隧道施工临时弃渣堆载与车辆荷载同时作用对桩的影响分析.doc

1、隧道施工临时弃渣堆载与车辆荷载同时作用对桩的影响分析摘要: 在隧道施工中临时弃渣的堆放及运输对邻近交通结构物的影响问题在国内外的研究较少。由于开挖后临时弃渣堆放在邻近交通结构物周围，可把临时弃渣当做外荷载，在外荷载的情况下使得邻近交通结构物产生沉降，并且可能会产生开裂现象，影响交通的正常运行。本文在已有的研究基础之上，结合南山隧道工程施工，采用 ABAQUS 有限元软件分析临时弃渣堆载、运输对邻近交通结构物的影响。无论是在学术研究方面，还是在工程应用研究方面上述问题都具有重要的意义。 关键词：隧道施工；临时堆载；车辆荷载；桩 中图分类号：U45 文献标志码： 文章编号： 0 引言 在隧道施工临

2、时弃渣的堆放、运输方面的计算，早期人们采用土力学中分层总和法计算土体的沉降量，其原理是认为基础的平均沉降量为各分层沉降量的总和1。如果在比较复杂的工程背景下，此方法难以算出与实际相符合的结果。由于数值模拟在工程上的不断运用，研究者得出了许多值得借鉴的方法和结论。张其一2等人在土体极限平衡理论的基础上，利用有限元分析软件 ABAQUS 对复杂加载模式下地基失效机理进行了进一步的研究。结果表明，竖向荷载控制了地基破坏滑裂面的宽度与深度，水平荷载和力矩荷载作用下造成了地基破坏形式的非对称性。陈晶利用 ABAQUS 有限元分析软件中的主一从接触算法，在桩身与土体之间建立接触，对桩身采用弹性模型，土体采

3、用扩展的 DruckerPrager模型进行模拟，考虑初始地应力的影响 。通过计算得到竖向载荷作用下桩的轴力分布曲线和沉降曲线。 综上所述，探究一种合理的分析方式来分析临时弃渣的堆放、运输对邻近交通结构物结构的影响。以及减少临时弃渣的堆放、临时弃渣的运输对邻近交通结构物结构的影响，目前是隧道施工中需要不断进一步解决的问题。 1 计算模型及参数 1.1 计算模型与材料参数 本文以南山隧道施工弃渣、运渣为工程背景。桩采用 C25 的混凝土，计算模型如图 1。考虑到桩内钢筋的加强作用，该桩已经建成 10 余年，需要对其进行一定的强度折减。 图 1 弃土堆置图 图 2 桩顶受压图 1.2 荷载确定 模

4、型中的地基和桥梁均处于重量场中，其重力加速度为 10m/s2。为了提高计算的效率，在数值模型中直接计算出桥板自重和车辆荷载，然后使其均匀的由各桥桩基础承受，根据梁板的尺寸，估计每个桩所承担的重量为：，则每根桩顶的压应力为。 1.3 典型工况分析 为了模拟加压和车辆运动的过程，在“地表”设置如下图所示的分割线，将整个“地表”划分为不同的区域。该划分并没有改变材料的性质，仅仅是为了加载的方便。基于地质环境和弃渣堆置两个方面，选取8 个工况进行数值模拟分析，如表 2 所示。 表 1 典型工况表 (1) 临时弃渣场弃土对桥梁第三排桩基的影响 近似取弃土的密度为， ，设弃渣高度为 5m，其所对应的压力为

5、，设弃土堆置在临时运输线路两旁。 (2) 运渣车对整个桥梁的影响 设运渣车每车载重 20T，假设车轮与地面的接触面积为 0.5m2，则近似车辆施加在地面上的压力为 400kPa。实际的运渣车处于运动状态，在数值模型中以压力的移动模拟车辆的运动。在数值试验中，放大运渣车对桩基的影响，假设车辆在每排桩的中间运行，每个工况的荷载施加长度为 20m，宽度为 6m，施加的压力为 27700Pa,在数值模拟中为了工程安全，取 40000Pa。 图 3 汽车在第 1 排桩附近运行图 图 4 汽车在第 4 排桩附近运行图 2 数值模拟结果分析 由于本次模拟组合的工况较多，在计算结果数据处理上，选择典型的数据以

6、及最不利的情况进行分析，提取工况 8 的位移结果图进行分析。图 68 工况 8 的位移分析图。X 方向最大位移为 1.42mm，Y 方向最大位移为-2.61mm，Z 方向最大位移为-0.32mm。 图 4 X 方向位移图 图 5 Y 方向位移图 图 6 Z 方向位移图 2.4 同时受堆载和车辆荷载的应力和位移分析 图 7 Mises 应力图 图 8 位移图 受堆载和车辆荷载行驶在第三排桥墩左、右侧时 X、Y、Z 方向的位移值较大，X 方向最大位移为 1.45mm，Y 方向最大位移为 2.61 mm，Z 方向最大位移为-0.4mm。 2.5 同时受堆载和车辆荷载的位移分析曲线图 图 9 X 方向

7、位移曲线图 图 10 Y 方向位移曲线图 图 11 Z 方向位移曲线图 从图 1113 得出，当同受堆载和车辆荷载作用时， 第四排第二根桥墩顶处 Y 方向的最大位移为 3.0mm 。 3 结论 （1）根据现行公路桥涵设计通用规范 （JTG D602004）及城市桥梁工程施工与质量验收规范 （CJJ2-2008）的规定：桩尖对中轴线的倾斜允许偏差为 10mm，桩顶平面对桩纵轴线的倾斜允许偏差不大于3mm。对于桂花新村大桥，按实际情况，在第三排桥墩右侧临时弃渣堆置后。 （2）经过以上数值模拟分析得出，桥墩最大应力和位移有细微变化；同时受堆载和车辆荷载作用后，墩台顶处最大位移 X 方向为 1.41m

8、m,Y 方向为-2.61mm，Z 方向为-0.43mm，符合公路桥涵设计通用规范 （JTG D602004）及城市桥梁工程施工与质量验收规范 （CJJ2-2008）的规定要求。 （3）当受堆载和车辆荷载共同作用时，第四排第二根桥墩顶处 Y 方向的最大位移为 3.0mm 。 （4）数值模拟值与实际测试只想比较，墩台顶处最大位移 X 方向为1.22mm,Y 方向为-2.35mm，Z 方向为-0.36mm，在合理的误差范围以内，证明数值模拟的可靠性。 （5）在合理的保护计算方案下，隧道施工后临时弃渣在桥梁桩基周边堆载产生的沉降很小，与测试值进行对比误差较小，运渣车通过桥梁桩基邻近区域时对桥梁的振动及其稳定性的影响较小。 参考文献： 1 高大钊.土力学与基础工程M.北京:中国建筑工业出版社.1998,09. 2 张其一.复合加载模式下地基失效机制研究J.岩石力学学报2009,30（10）: 29402944. 3 赵海鸥.LS-DYNA 动力分析指南M.北京：兵器工业出版社.2003. 4 费康，张建伟. ABAQUS 在岩土工程中的应用M.北京；水利水电出版社.2010,01. 5 王玉镯等. ABAQUS 结构工程分析及实例详解M.北京；中国建筑工业出版社.2010,03.