软土区桥下路面施工对桩基的影响研究

梁广朋

【摘    要】：针对软土地质导致路面施工对桩基产生的作用并非是以直接方式作用的特點，结合路面、土体、桩基结构之间的关系，分析了施工对桩基的作用方式，结合三维弹塑性有限元分析方法计算路面土体的间隙参数值，充分考虑土体的折减作用，对桩基应力进行的计算分析。结果表明，设计方法可以实现对路面施工状态下桩基应力数据的准确分析，与实际检测结果的误差稳定在2.50 kN以内。

【关键词】：软土；路面；桩基；土体

【中图分类号】：U443.15【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-15-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.005

Research on the Influence of Pavement Construction under Bridge in Soft Soil Area on Pile Foundation

LIANG Guangpeng

（China Construction Second Engineering Bureau Co. Ltd.， Shanghai 200000， China）

【Abstract】：Based on the particularity of soft soil geology， the effect of pavement construction on the pile foundation is not directly affected，combined with the relationship between pavement， soil and pile foundation structure， the action mode of construction on the pile foundation is analyzed， and the gap parameter value of the pavement soil is calculated with the three-dimensional elastic-plastic finite element analysis method， and the reduction effect of the soil is fully considered. Realize the calculation and analysis of pile foundation stress. The results show that the design analysis method can realize the accurate analysis of the pile foundation stress data under the pavement construction state， and the error of the actual test results is stable within 2.50 kN.

【Key words】：soft soil area; pavement; pile foundation; soil mass

路面施工时，软土区桥下的地层结构与现有桥梁桩基是以共同作用体系形式存在的[1]，施工的目标是实现软土区地质、桩基及施工建筑三者之间的稳定，确保其处于一种相对平衡的状态[2]；而实际施工对周围地层产生扰动是动态的，无论影响强度还是影响形式，其作用产生的效果都会对原有的应力平衡关系造成破坏[3]，环境的平衡状态也发生变化。与其他类型的施工相比，软土区桥下路面施工带来的最直接影响就是地层结构的变化[4]；因此可以认为，路面施工对软土区地层作用的影响是对桥梁桩基附近应力作用的直观体现，而在岩土体物理力学性质的差异性作用下，桩基的应力状态也会发生对应的变化[5]。

本文在分析土体及桩基之间相互作用的基础上，对施工作用下桩基的应力情况进行分析，通过试验验证方法的准确性。

1 土体与桩基间作用关系

路面施工过程中，路面、土体、桩基结构是在同一个体系中共同存在的，三者之间的作用也是相互的[6]。见图1。

路面施工对桩基的影响主要是通过3方面实现。

1）施工过程中桩基自身出现明显下沉，同时这种下沉并未与桩基周围土体沉降实现同步，导致桩身会受到来自周围土体的摩阻作用，当这种作用大于桩基强度系数或超过其应力极限时，桩基在竖向方向上就会发生变形，此时桩基原本的应力平衡遭到破坏，各位置应力出现不均匀分布。

2）路面施工带来的地层变形会在水平方向上改变桩侧土体的分布，这种扭矩力作用于桩基，会使桩基产生变形。

3）当路面施工位于桩基上方时，不会引起土体的沉降，但会大大增加桩基上部端点的承载力，导致桩基整体出现沉降情况。

可以看出，路面施工对桩基的影响主要是以周围土体为中间载体间接实现的；而在软土区，这种作用传递效果也会根据土体属性的变化而发生一定程度的改变。因此，在对软土区桥下路面施工对桩基的影响进行分析时，需要充分考虑该部分因素。

2 路面施工对桩基的影响

2.1 施工环境基础参数确定

路面施工的作用效果与土体的属性参数直接相关，先分析计算软土区的土质间隙参数及施工状态下桩基荷载。沉降主要是由施工产生的扰动引起的，在此状态下桩基的荷载是包含施工扰动的广义荷载，对应的土体间隙参数也是相对于动态的。为此，本文采用三维弹塑性有限元分析方法计算路面土体的间隙参数值。

[c=w（cp+d）]  （1）

式中：c为施工状态下路面土体的间隙参数；cp为原有平衡状态下土体的间隙参数；d为路面施工作用下土体径向上产生的等效三维位移距离；w为施工作用系数。

式（1）中，cp的取值与土体的构成直接相关。

[cp=γa+bk+lm] （2）

式中：[γ]为土体的饱和重度；a为土体盾壳的厚度；k为土体的弹性模量；b为泊松比；l为土体的初始孔隙比；m为土体的基础重度。

式（1）可以表示为

[c=w（γa+bk+lm+d）] （3）

计算得到软土区地质在路面施工状态下的基础参数。

2.2 桩基在施工状态下荷载

路面施工对土层原有的平衡状态造成破坏导致地面出现沉降现象，此时桩基的应力也会改变；实际工程中，充填稳定土质将沉降控制在一定范围内。考虑到充填土质的差异会产生一定的折减，因此，按照表1的标准对不同土质的折减效果进行设置。

按照表1的标准，结合实际施工环境土质，桩基在施工状态下的荷载可以表示为

[F=r（G+cf）] （4）

式中：F为桩基在施工状态下的荷载；r为地质折减作用效果；G为重力荷载；f为施工作用强度。

需要注意的是，桩基应力随着施工推进也会发生变化，无论是施工强度的改变还是施工的调整都会对f值产生相应的影响；因此在实际的影响分析计算过程中，f取值具有较强的针对性，以具体的施工情况为基础取值。

3 现场试验测试与分析

3.1 工程概况

施工区域位于某高架桥下方，桩基布置见图2。

6个桩基均分布于承台之下，直径均为1.60 m，对应的承台大小为11.0 m×6.5 m×2.5 m。桩基钢筋笼的主筋数量共计30根，为?30 mm钢筋；周围外圈的螺旋箍筋型号为?8 mm，排布间距为1.0 m；最外圈的加强箍筋型号为?22 mm的加强箍筋，排布间距为2.5 m。施工位置的土体参数见表2。

在各土层分界面处设置了钢筋应力传感装置，每个桩基对应4个应力传感器，安装位置位于桩基钢筋笼的主筋结构上。采用具有较高智能化程度的JMZX-428钢筋应力计采集桩基钢筋应力，采用具有较强综合属性的JMZX-3001测试仪采集桩基整体应力。

3.2 测试结果

考虑到部分受施工因素的干扰是不可避免的，异常数据客观存在；因此对数据进行筛选，在删除不可取数据的基础上将同一截面桩基钢应力平均值作为判定标准。

分别统计了桩基在施工状态下的应力变化情况以及实际检测到的数据。见表3。

4 结语

本文设计分析方法得出的桩基应力结果与实际检测结果之间的誤差始终稳定在2.50 kN以内，具有较高的准确性，在对6个桩基的应力分析中，最小误差为5号桩基，误差仅为0.91 kN。表明本文提出的分析方法可以达到准确判定软土环境下路面施工对桩基带来的影响。

参考文献：

[1]王晓晶. 冷换设备和容器基础遇软土地基提高桩基水平承载力问题[J]. 化工管理， 2021，（36）：181-182.

[2]洪俊青，包华，周威，等. 基于m法的劲性复合桩单桩水平承载力计算方法[J]. 南通大学学报（自然科学版），2021，20（4）：78-86.

[3]苗博泉，赵旺. 某高层建筑桩基下溶洞顶板的FLAC3D数值模拟[J]. 贵州科学，2021，39（6）： 91-96.

[4]李元，段然，叶雄伟，等. 高烈度软土区大型动臂塔式起重机基础优化设计分析[J]. 建筑技术，2021，52（12）：1488-1490.

[5]张东豪，王维成. 长短桩基坑支护结构在深厚软弱土层中的设计应用[J]. 建筑技术开发，2021，48（23）：158-159.

[6]张磊，周腾，芮瑞，等. 软黏土场地桩基桥墩系统地震损伤特性的三维有限元动力分析[J]. 振动与冲击，2021，40（23）：109-119.