软土地基邻近堆载对桥梁桩基偏位的影响.pdf

作 者 简 介：唐 钱 龙（），男，湖 南 湘 潭 人，副 教 授，博 士 生，主 要 从 事 桥 梁 与 隧 道 工 程 方 面 的 研 究。基 金 项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目（，）；江 西 省 教 育 厅 科 学 技 术 研 究 项 目（）软土地基邻近堆载对桥梁桩基偏位的影响及纠偏措施研究唐 钱 龙，李 双 龙，魏 丽 敏，李 正 亮（江 西 交 通 职 业 技 术 学 院，江 西 南 昌）（中 南 大 学 土 木 工 程 学 院，湖 南 长 沙）（南 昌 工 程 学 院 水 利 与 生 态 工 程 学 院，江 西 南 昌）（江 西 交 院 工 程 技 术 有 限 公 司，江 西 南 昌）摘要：结 合 某 堆 载 致 软 土 区 桥 墩 偏 移 工 程 案 例，考 虑 软 土 侧 向 变 形 时 效 性 特 征，引 入 软 土 固 结蠕 变 变 形 材 料 模 型 子 程 序，建 立 堆 载桥 墩 结 构 有 限 元 模 型，研 究 堆 载 作 用 下 软 土 区 桥 墩承 台桩 基 结 构 的 时 效 性 偏 移 特 性，揭 示 桥 墩承 台桩 基 结 构 横 向 偏 移 机 理，并 针 对 现 场 条 件 提 出有 效 合 理 纠 偏 措 施。结 果 表 明：随 着 堆 载 时 间 的 延 长，桩 身 响 应 沿 深 度 分 布 发 生 显 著 变 化，同 时 堆载 引 发 的 软 土 时 效 性 横 向 变 形 致 使 作 用 于 桩 侧 的 横 向 附 加 压 力 逐 渐 增 大，但 其 沿 深 度 的 分 布 范 围基 本 不 变，并 且 主 要 分 布 在 软 弱 土 层 深 度 范 围 内；基 于 桩 身 截 面 承 载 极 限 弯 矩 的 评 估，所 研 究 桥 墩各 桩 基 仍 处 于 安 全 状 态，但 应 注 意 承 台 与 桩 基 连 接 处 以 及 软 弱 层 与 硬 土 层 界 面 处 的 弯 矩；提 出 的卸 载高 压 旋 喷 桩 加 固 纠 偏 措 施 可 以 达 到 预 期 纠 偏 效 果。关 键 词：堆 载；桥 梁 桩 基；软 土；横 向 偏 移；纠 偏 措 施前言随 着 交 通 事 业 的 迅 猛 发 展，线 路（铁 路、公 路）的 逐 渐 密 集 化 使 得 沿 线 堆 载 时 常 发 生。过 大 堆 载将 引 发 土 体 产 生 显 著 横 向 变 形，造 成 邻 近 线 路 桥 梁桩 基 及 梁 体 结 构 产 生 明 显 横 向 偏 移（见 图），这 对桥 梁 的 安 全 服 役 极 为 不 利。中 国 高 速 铁 路 设 计 规范（）和 德 国规 范中 明确 规 定：桥 墩 顶 横 向 水 平 位 移 引 起 的 桥 面 处 梁 端 水平 折 角 不 应 大 于 弧 度。除 此 以 外，日 本 规 范对 梁 体 结 构 的 横 向 变 形 限 定 在 （为 桥 梁 跨 度，单 位：），欧 盟标 准 将 梁 体横 向 水 平 位 移 限 定 在以 内。如 果 按 照普 通 跨 度 的 梁 体 进 行 计 算，梁 体 横 向 变 形 的限 值 为。考 虑 到 梁 体 结 构 与 墩 台 的 协 调 变形，桥 墩 顶 部 的 横 向 偏 移 被 普 遍 规 定 在 以内，以 保 证 梁 体 安 全。被动荷载图堆 载 致 桥 梁 桩 基 偏 移 示 意尽 管 如 此，受 邻 近 线 路 不 规 范 建 筑 施 工 影 响，堆 载 诱 发 桥 梁 结 构（桩 基桥 墩梁 体）发 生 超 过限 值 偏 移 的 工 程 案 例 仍 屡 见 不 鲜，特 别 是 在 软 土区。在 这 些 案 例 中，诸 多 学 者 采 用 数 值 分 析 方 法对 偏 移 桩 基 的 变 形 机 理 及 服 役 状 态 进 行 了 研 究，并提 出 了 对 应 的 处 治 措 施。如，孙 剑 平等、等、庄 立 科、潘 振 华以 及 李 志 伟等 通 过 有限 元 模 型 计 算 了 偏 移 桩 基 的 变 形 和 内 力，分 析 了 桩基 服 役 状 态，分 别 评 估 了 钻 纠 卸 压桩 侧 顶 推 扶正、应 力 释 放 孔高 压 旋 喷 桩 及 补 桩 加 固 等 整 治 措施 的 效 果。针 对 软 土 区 堆 载 而 言，堆 载 引 发 的 土 体 侧 向 变形 及 其 诱 导 的 桩 基 偏 移 具 有 显 著 的 时 效 性 特征，。等和等发 现 堆 载（或 填筑）致 使 的 软 土 侧 向 变 形 随 堆 载 持 荷 时 间 的 增 大 而增 大。等，指 出 要 准 确 反 应 邻 近 堆 载 作用 下 深 厚 软 土 区 桩 基 的 力 学 行 为，考 虑 软 土 的 时 效性 变 形 行 为 尤 为 重 要。然 而，上 述 有 关 结 合 实 际 案例 开 展 的 桩 基 偏 移 机 理 及 纠 偏 措 施 研 究 仅 仅 将 土体 侧 向 变 形 和 桩 基 偏 移 考 虑 为 瞬 时 完 成，忽 略 了 土体 变 形 和 桥 墩 偏 移 的 时 效 性，这 与 软 土 区 土 体 变 形和 桩 基 变 形 的 实 际 情 况 不 符。本 文 结 合 某 堆 载 致 软 土 区 桥 墩 偏 移 工 程 案 例，考 虑 软 土 侧 向 变 形 时 效 性 特 征，引 入 综 合 考 虑 软 土固 结 效 应 和 蠕 变 效 应 的 软 土 材 料 模 型，建 立 堆 载桩 基桥 墩 有 限 元 模 型，研 究 堆 载 作 用 下 软 土 区 桩基承 台桥 墩 结 构 的 时 效 性 偏 移 特 性，阐 明 由 堆载 引 发 作 用 于 桩 身 横 向 附 加 被 动 荷 载 的 分 布 特 征，揭 示 桩 基承 台桥 墩 结 构 时 效 性 横 向 偏 移 诱 因。工 程 概 况本 文 研 究 对 象 为 某 单 跨 长 度 的 简 支 梁式 特 大 桥，该 桥 全 长，桥 址 整 体 位 于 低 山 丘陵 及 丘 间 谷 地 区，墩 柱 基 础 采 用 桥 墩承 台桩 基础 形 式 的 桥 跨 支 撑 结 构。以桥 墩 为 例，其 承 台桩 基 布 置 形 式 及 结 构 尺 寸 见 图。桥 墩 基 础 为（线 路 纵 向线 路 横 向）分 布 形 式、直 径 为 的 钻 孔 灌 注 桩，桩 长 为；承 台 长，宽，厚；桥 墩 高。该 特 大 桥 建 设 完 成 后不 久，附 近 曾 有 较 大 规 模 的 市 政 工 程 密 集 施 工。由此 导 致 大 量 的 弃 土 被 堆 置 于 桥 梁 一 侧，堆 土 区 域 见图。堆 土 沿 桥 墩 纵 向 分 布，分 布 范 围大 致 呈 梯 形，宽 度 范 围 在 至 之 间，堆土 厚 度 ，堆 土 坡 脚 离桥 墩 最 小 距离 为，离和桥 墩 最 小 距 离 分 别 约 为 和，根 据 现 场 施 工 记 录，堆 土 持 续 时 间 大约。（）桩 基 分 布 形 式 （）邻 近 桥 墩 的 堆 载 分 布图桥 墩 结 构 布 置 及 邻 近 堆 载 分 布大 面 积 堆 土 作 用 下，桥 墩 发 生 了 明显 的 水 平 横 向 偏 移。根 据 现 场 测 量 数 据，桥 墩承 台 偏 移 量 达 到，桥 墩 承 台 偏 移 量 最大，达 到，桥 墩 顶 面 偏 移，桥 墩承 台 偏 移 过 程 见 图。根 据 前 文 可 知，部 分 桥 墩 偏移 量 已 超 过 桥 墩 横 向 偏 移 限 值，这 对 桥梁 稳 定 安 全 运 营 造 成 了 重 大 威 胁。根 据 现 场 勘 探 调 查，桥 址 区 分 布 有 厚 度 较 大 的软 土 层，桥 墩 桥 址 区 内 主 要 分 布 有 淤 泥 层、淤泥 质粉 质 黏 土 层、粉 质 黏 土 层、细 圆 砾 土 及 中 砂层，其 厚 度 及 基 本 力 学 参 数 见 表，其 中 软 弱 土 层 厚度 达 到 以 上。255075100 125 150 175 200 2250403020100横向位移（mm）时间（天）承台位移图 承 台 时 效 性 横 向 偏 移 过 程表地 层 分 布 及 基 本 力 学 参 数土 类 名 称厚 度（）密 度（）压 缩 模 量（）泊 松比黏 聚 力（）内 摩 擦角（）淤 泥 层 淤 泥 质粉 质 黏 土 层 粉 质 黏 土 层 细 圆 砾 土 中 砂 层 桥 墩承 台桩 基 础 时 效 性 变 形机 理 分 析 建 立 考 虑 软 土 时 效 性 变 形 的 堆 载桥 墩 结 构有 限 元 模 型，研 究 桥 墩承 台桩 基 时 效 性 横 向 偏移 发 展 过 程，揭 示 邻 近 堆 载 对 软 土 区 桥 墩承 台桩 基 结 构 横 向 变 形 的 长 期 作 用 机 理。有 限 元 模 型 建 立考 虑 到 各 桥 墩 间 相 隔 较 远，为 了 简 化 计 算，忽略 其 余 桥 墩 及 梁 体 等 其 他 结 构 的 影 响，仅 以桥墩 为 研 究 对 象 建 立 有 限 元 模 型。整 体 模 型 由个土 层 和桥 墩承 台桩 基 础 结 构 组 成，模 型 尺寸 及 网 格 见 图。250.8 m370 m100 m堆载653#桥墩-承台-桩基础XYZ图有 限 元 模 型为 充 分 反 映 桩 基承 台 结 构 与 周 围 土 体 的 相互 作 用 行 为，分 别 在 承 台 底 面土 体、桩 侧 面土体 和 桩 底 面土 体 间 建 立 接 触 面。以 桩承 台 表面 为 作 用 主 面、周 围 土 体 为 从 面，采 用 硬 接 触 描 述接 触 面 的 法 向 行 为，采 用“罚 函 数”方 法 来 描 述 接 触面 的 切 向 行 为。各 接 触 面 摩 擦 系 数根 据 式（）（为 土 体 有 效 内 摩 擦 角）以 及 参 考 文献 离 心 试 验，进 行 取 值，对 应 三 组 接 触 面 摩 擦 系数 分 别 为、和。忽 略 堆 载 土 体 变 形对 地 基 变 形 的 影 响，将 堆 土 荷 载 简 化 为 地 基 面 荷载。将 面 荷 载 边 界 简 化 设 置 为 与 承 台 边 缘 平 行，且距 离 为。桥 墩承 台桩 基 结 构 被 考 虑 为 线弹 性 结 构。软 土 模 型 子 程 序 开 发 与 计 算 步 骤为 充 分 反 映 侧 移 软 土桩 基 时 效 性 相 互 作 用过 程，采 用 软 土 时 效 性 变 形 本 构 模 型 模 拟 软 土 非 线性 变 形 行 为。软 土 材 料 模 型 采 用 扩 展模 型，。扩 展模 型 源 于 一 维模 型，其 轴 向 应 变表 达 式 为：（）()（）式（）中：为 主 固 结 系 数，可 由 式（）获 得，为 初 始 孔 隙 比，为 压 缩 指 数；为 次 固 结 系 数，可 由 式（）获 得，为 关 系 曲 线 的 次 固 结 指 数；为 附 加 应 力，为初 始 应 力。然 而，一 维模 型 仅 适 用 于 单 向 固 结蠕 变 应 变 条 件，并 不 适 用 于 描 述 竖 向 堆 载 作 用 下地 基 土 的 侧 向 时 效 性 变 形。由 此，作 者 对 其 进 行 了以 增 量 形 式 的 三 维 扩 展，推 导 的 详 细 过 程 见 文献。得 到 了 基 于 一 维模 型 的 扩 展模 型，其 应 变 增 量 表 达 式 如 下：()()（）（）式（）中：，、；为 固 结蠕 变 应 变 增量；和分 别 代 表 主、次 固 结 偏 应 变 张 量；为偏 应 力 增 量 张 量；为 偏 应 力 张 量；为 时 间 增 量；为 土 体 弹 性 模 量；为 泊 松 比；（），代 表 平 均 应 力 增 量；，。采用 模 型 作 为 材 料 屈 服 准 则，基 于平 台编 写 了 扩 展模 型 的 用户 材 料 模 型 子 程 序（），子 程 序 的 运 行 流 程 见图。为 提 高 计 算 效 率，有 限 元 模 型 中 上 部 软 弱 土 层（包 含 淤 泥 层、淤 泥 质粉 质 泥 土 层 及 粉 质 黏 土 层）采 用 扩 展模 型 模 拟，其 中 主 固 结 系 数和 次 固 结 系 数由 固 结蠕 变 试 验 综 合 确 定，其 试验 确 定 方 法 参 考 文 献。下 部 土 层 采 用 基 于 摩 尔库 伦 屈 服 准 则 的 线 弹 塑 性 本 构 模 型 模 拟。各 结构 及 土 层 计 算 参 数 见 表。整 体 计 算 步 骤 可 分 为：（）地 基 初 始 地 应 力 场计 算，初 始 位 移 场 清 零；（）激 活 桥 墩承 台桩 基单 元 以 及 接 触 面 单 元，计 算 桩土 系 统 初 始 状 态；（）施 加 桥 墩 上 部 结 构 重 力 荷 载，其 中 包 含 标 准跨 度 简 支 梁 重 力 荷 载 以 及 双 线 型 板 式 无 砟 轨 道 桥 面 恒 载，共 计；（）一 次 性 施 加 邻 近 堆 土 荷 载，计 算 桥墩承 台桩 基 的 瞬 时 变 形；（）调 用，计 算桥 墩承 台桩 基 随 时 间 变 化 的 长 期 变 形。整 体计 算 流 程 见 图。表数 值 模 型 计 算 参 数土 层 或结 构 名 称厚 度（）弹 性 模 量（）泊 松 比黏 聚 力（）内 摩 擦 角（）屈 服准 则固 结 系 数淤 泥 层 淤 泥 质粉 质 黏 土 层 粉 质 黏 土 层 细 圆 砾 土 中 砂 层 桥 墩 线 弹 性承 台 线 弹 性基 桩 线 弹 性UMAT图数 值 模 型 计 算 流 程模 型 验 证将 现 场 监 测 结 果 与 数 值 模 拟 结 果 作 对 比 以 验证 模 型 的 可 靠 性。图（）给 出 了 计 算 的 桥 墩承台桩 基 础 横 向 位 移 随 时 间 的 发 展 过 程。堆 载 初期（时 间），靠 近 堆 载 的 桩 基 横 向 位 移 最 大，而随 着 堆 载 时 间 的 延 长，淤 泥 层 及 淤 泥 质粉 质 黏 土层 侧 向 变 形 逐 渐 增 大，桩 基 附 加 横 向 荷 载 也 逐 渐 增大，导 致 桩 顶 的 变 形 带 动 承 台 与 桥 墩 整 体 横 向 偏移，致 使 桥 墩 横 向 偏 移 量 成 为 最 大 值，偏 移 达。+3.213e-02+2.946e-02+2.678e-02+2.410e-02+1.874e-02+1.607e-02+1.339e-02+1.071e-02+8.033e-03+5.356e-03+2.678e-03+0.000e+00t=200dayst=3daysU,U2+2.315e-02+2.122e-02+1.929e-02+1.736e-02+1.543e-02+1.350e-02+1.157e-02+9.645e-03+7.716e-03+5.787e-03+3.858e-03+1.929e-03+0.000e+00U,U2zYzY（）计 算 位 移 等 值 线 云 图255075100 125 150 175 200 2250403020100横向位移（mm）时间（天）实测承台位移计算承台位移（）实 测 结 果 与 计 算 结 果 对 比图有 限 元 模 型 验 证将 计 算 的 承 台 横 向 位 移 与 实 测 结 果 作 对 比，见图（）。由 于 数 值 模 型 无 法 详 细 反 映 堆 载 施 工 过程，如 施 工 设 备 的 扰 动、堆 载 顺 序 的 差 异 以 及 堆 载高 度 的 不 均 匀 性，并 且 将 堆 载 荷 载 简 化 为 一 次 性 施加，导 致 在 堆 载 前 期（即 第以 前）计 算 的 结 果 与实 际 监 测 有 一 定 差 异。但 在 堆 载 后 的 期间，计 算 的 承 台 位 移 逐 渐 稳 定，与 实 测 承 台 位 移 变化 规 律 基 本 一 致。在 堆 载 后 的 第，计 算 承 台 位移 和 实 测 承 台 位 移 分 别 为 和，相差，表 明 数 值 计 算 结 果 与 实 测 结 果 吻 合 较 好，基 本 上 合 理 地 反 映 了 堆 载 条 件 下 深 厚 软 土 区 桥 墩承 台桩 基 结 构 稳 定 状 态 下 的 变 形 性 状。桩 基 内 力 与 变 形 特 性 分 析基 于 验 证 后 的 数 值 模 型，研 究 堆 载 条 件 下 深 厚软 土 区 桩 基 的 内 力 与 变 形 特 性，揭 示 桩 基 时 效 性 横向 变 形 机 理，并 评 估 桩 基 长 期 服 役 性 能。桩 身 响 应图为 桩 基 横 向 水 平 位 移 变 化 发 展。由 图 可知，桩 基 础 中 的 基 桩 与 堆 载 距 离 越 大，其 桩 身 挠 曲越 小。对 于 近 距 离 基 桩 而 言（如，和基 桩），在堆 载 初 期，埋 深 在 桩 段 受 堆 载 荷 载的 影 响 最 大，桩 身 位 移 最 大 值 也 位 于 该 深 度。随 着堆 载 时 间 的 延 长，由 于 浅 层 淤 泥 及 淤 泥 质粉 质 黏土 层 时 效 性 侧 向 位 移 逐 渐 增 大，导 致 承 台桩 基 结构 偏 移 量 逐 渐 增 大，最 大 位 移 所 在 深 度 逐 渐 上 升。以基 桩 为 例，在 时，最 大 位 移 位 于 埋 深 约 处，而 在 时，最 大 位 移 所 在 位 置 上 升到 了 埋 深 约 位 置。可 见，在 深 厚 软 土 条 件下，桩 身 位 移 的 分 布 随 堆 载 时 间 的 延 长 而 发 生 明 显变 化。这 种 规 律 与 不 考 虑 时 间 效 应 的 计 算 结 果，有 显 著 差 别。桩身位移（mm）05 10 15 20 25 30 35051015202530354045505560埋深（m）堆 载线路方向1#4#7#10#2#5#8#11#3#6#9#12#1#2#4#5#8#11#桩身位移（mm）05 10 15 20 25 30 35051015202530354045505560埋深（m）1#2#4#5#8#11#（）后 （）后图桩 身 位 移 变 化图给 出 了 桩 基 横 向 弯 矩（）的 变 化 发 展。正 弯 矩 代 表 靠 近 堆 载 侧 桩 身 受 压，负 弯 矩 代 表 靠 近堆 载 侧 桩 身 受 拉。对 于 近 距 离 基 桩 而 言（如、），正 弯 矩 最 大 值 位 于 埋 深 约 处，而 负 弯 矩最 大 值 位 于 埋 深 约 处，并 且 负 弯 矩 最 大 值 与正 弯 矩 最 大 值 接 近，表 明：堆 载 除 了 对 软 弱 土 层 深度 内 的 桩 段 影 响 显 著 以 外，还 可 能 对 与 承 台 相 连 接的 桩 段（即 埋 深 约 处）造 成 威 胁。随 着 堆 载 时 间 的 延 长，近 距 离 基 桩 上 部 桩 段 的负 弯 矩 最 大 值 逐 渐 减 小，而 埋 深 较 大 位 置（即 深 度位 置）的 负 弯 矩 逐 渐 增 大，并 最 终 成 为 桩 身的 最 大 弯 矩 值。产 生 此 种 现 象 的 原 因 在 于：随 着 堆载 时 间 的 延 长，上 部 软 土 层 时 效 性 侧 向 变 形 随 时 间的 延 长 逐 渐 增 大，致 使 桩 基 上 部 桩 段 与 承 台 整 体 发生 横 向 偏 移，导 致 近 距 离 桩 基 上 部 桩 段 弯 矩 逐 渐 减小，而 深 部 弯 矩 逐 渐 增 大。桩身弯矩（kNm）200051015202530354045505560埋深（m）1#2#4#5#8#11#1000-100-200-300桩身弯矩（kNm）200051015202530354045505560埋深（m）1#2#4#5#8#11#1000-100-200-300 （）后 （）后图桩 身 弯 矩 变 化 桩 侧 横 向 附 加 被 动 荷 载桩 基 时 效 性 变 形 的 根 本 诱 因 在 于 桩 侧 承 受 了横 向 附 加 被 动 荷 载，图给 出 了 各 桩 基 桩 前 侧 节 点（面 向 堆 载 一 侧 的 节 点）的 横 向 附 加 压 力 分 布。其中 正 值 代 表 节 点 横 向 压 力 增 大，负 值 代 表 减 小。在该 堆 载 作 用 下，近 距 离 基 桩（如、和）埋深 在 桩 段 横 向 附 加 压 力 都 有 所 增 加，呈 现“土 压 桩”模 式。对 比 图可 以 看 出，该 深 度 范围 内 的 横 向 附 加 压 力 是 近 距 离 桩 基 产 生 正 弯 矩 的根 本 原 因。除 此 以 外，由 于 堆 载 荷 载 在 土 层 中 的 传递 范 围 有 限 以 及 受 到 桩 基 自 身 挠 曲 协 调 作 用，桩 基在 埋 深 在 和 桩 段 的 横 向附 加 压 力 有 所 减 小。对 于 远 距 离 基 桩（如和），受 承 台桩 基 结 构 变 形 协 调 的 影 响，深 度 桩 段 的 横 向 附 加 压 力 都 有 所 增 加。桩侧横向附加应力（kPa）051015202530354045505560埋深（m）1#2#4#5#8#11#-20-10 010 20 30 40 50桩侧横向附加应力（kPa）051015202530354045505560埋深（m）1#2#4#5#8#11#-20-10 010 20 30 40 50 （）后 （）后图桩 侧 横 向 附 加 被 动 荷 载 分 布随 着 堆 载 时 间 的 延 长，桩 基 节 点 的 附 加 压 力 都显 著 增 大。堆 载 至时，相 比 堆 载，基 桩 最大 附 加 横 向 压 力 增 大 约，对 应 地基 桩 增大 了 约。值 得 注 意 的 是，横 向 附 加 压 力 增 长的 桩 段 深 度 范 围 随 堆 载 时 间 的 延 长 始 终 保 持 不 变，大 致 分 布 在 埋 深 范 围 内，表 明 作 用 在桩 前 侧 的 附 加 土 压 力 沿 深 度 分 布 范 围 基 本 保 持 不变，主 要 分 布 在 软 弱 土 层（该 工 点 为 淤 泥 层 和 淤 泥质粉 质 黏 土 层）深 度 范 围 内，且 最 大 附 加 土 压 力值 始 终 位 于 淤 泥 质粉 质 黏 土 层 与 粉 质 黏 土 层 界面 深 度 偏 上 位 置（深 度 约 处）。桩 基 服 役 状 态 评 估根 据 混 凝 土 结 构 设 计 规 范（）以 及 徐 文 平 等等 提 出 的 计 算 方 法 进 一步 评 估 桩 身 服 役 状 态。桩 身 截 面 承 载 的 极 限 弯 矩由 式（）确 定：（）（）式（）中：为 截 面 弯 矩 承 载 力 系 数；为 纵 向钢 筋 的 截 面 面 积；为 桩 的 截 面 面 积；为 普 通 钢 筋抗 拉 强 度 设 计 值；为 混 凝 土 轴 心 抗 压 强 度 设 计值；为 纵 向 钢 筋 所 在 圆 周 的 半 径；为 对 应 于 受 压区 混 凝 土 截 面 面 积 的 圆 心 角（）与的 比 值；为 纵 向 受 拉 钢 筋 截 面 面 积 与 全 部 纵 向 钢 筋 截 面 面积 的 比 值。根 据 桩 身 截 面 属 性 及 钢 筋 布 置，可 确 定，。经 过 计 算 确定 桥 墩 桩 基值 为，值 为，为。根 据 图中 的 计算 结 果，堆 载 至时，最 大 弯 矩 值 发 生 在基 桩 埋 深 约 处，值 为，小 于，表 明 该 堆 载 条 件 下桥 墩 的 各 桩 基 未 发生 破 坏，仍 处 于 安 全 状 态。纠 偏 措 施 及 整 治 效 果纠 偏 方 案 及 主 要 施 工 参 数通 过 以 上 桩 基 服 役 性 能 的 评 估 结 果 可 知，在 该堆 载 条 件 下，桥 墩 各 桩 基 未 发 生 损 坏，处 于 安全 状 态。但 是，桩 基 变 形 导 致 的 桥 墩 顶 部 偏 移 可 能会 引 起 上 部 梁 体 结 构 错 位，进 而 对 行 车 产 生 重 大 安全 隐 患。因 而，必 须 采 取 合 理 且 必 要 的 纠 偏 措 施 对桥 墩 偏 移 进 行 矫 正。借 鉴 以 往 工 程 经 验，桥墩 偏 移 纠 偏 措 施 主 要 有：堆 载 反 压应 力 释 放 孔 联合 纠 偏、水 平 顶 推应 力 释 放 孔 联 合 纠 偏、高 压 旋喷 桩 加 固 纠 偏 以 及 预 应 力 锚 索 抗 滑 桩 纠 偏 等。堆载 反 压 措 施 所 需 场 地 较 大，否 则 容 易 造 成 地 面 沉陷；水 平 顶 推 措 施 一 般 适 用 于 桩 基 偏 移 较 大 情 况；而 高 压 旋 喷 桩 加 固 纠 偏 措 施 相 对 保 守，适 用 于 具 有较 厚 软 弱 层 的 地 质 条 件。考 虑 到 该 工 点 的 软 土 层厚 度 很 大，拟 采 取 卸 载高 压 旋 喷 桩 加 固 联 合 纠 偏措 施 对 偏 移 桥 墩 进 行 矫 正，见 图。其 纠 偏 过 程为：（）对 离 承 台 距 离 范 围 内 的 堆 载 土 体 进行 整 平 运 离；（）在桥 墩 另 一 侧，通 过 高 压 旋 喷桩 对 软 弱 土 层 进 行 加 固 处 理。针 对 本 文 工 点，拟 采 用 距 承 台 先 远 后 近 的 施 工顺 序 在 桥 墩 另 一 侧 布 置 三 排 高 压 旋 喷 桩，第 一 排 至第 三 排 与 承 台 距 离 分 别 为、和。桩径，桩 间 距，正 方 形 布 置，桩 长（即 喷 嘴 喷液 最 大 深 度）。注 浆 材 料 采 用 强 度 的 普通 硅 酸 盐 水 泥，水 灰 比 为：。根 据 该 线 路 高 压 旋喷 桩 以 往 的 施 工 经 验 以 及 多 次 调 试，确 定 了 第一、二 排 喷 嘴 喷 浆 压 力 为，第 三 排 喷 浆 压力 为。图纠 偏 方 案 示 意高 压 旋 喷 桩 施 工 模 拟基 于 上 述 验 证 的 有 限 元 模 型 开 展 纠 偏 效 果 分析。考 虑 到 高 压 旋 喷 桩 布 桩 相 对 密 集，且 单 桩 加 固区 域 在 原 有 桩 位 范 围 上 有 所 扩 大（即 有 效 桩 径 大 于实 际 桩 径），因 而 在 数 值 模 型 中 将 高 压 旋 喷 桩 区 域简 化 为 高 压 旋 喷 桩 墙，桩 墙 宽 度，深 度，见 图。图高 压 旋 喷 桩 施 工 模 拟高 压 旋 喷 桩 除 可 对 地 基 进 行 加 固 外，还 因 其 喷浆 过 程 产 生 较 大 的 喷 浆 压 力 可 对 偏 移 承 台桩 基进 行 辅 助 矫 正。数 值 模 型 中，将 高 压 旋 喷 桩 喷 浆 压力 统 一 简 化 为 桩 墙 边 界 处 的 单 根 桩 压 力 荷 载，在 不同 旋 喷 桩 施 工 阶 段 逐 步 施 加。高 压 旋 喷 桩 浆 液 喷射 时 在 土 体 介 质 中 的 压 力 分 布 可 按 以 下 经 验 公式确 定：（）式（）中：为 介 质 某 点 喷 浆 压 力；和为 系数；为 喷 嘴 直 径；为 喷 嘴 出 口 压 力；为 喷 嘴 中心 轴 距 介 质 点 的 距 离。当取 时，则 系 数和分 别 取 和。根 据 拟 定 的 施 工 步 骤，第 一 排 至 第 三 排单 根 桩 距 加 载 面 的 距 离 分 别 为、，对 应 压 力 分 别 为、和。纠 偏 效 果 评 估基 于 以 上 数 值 计 算，纠 偏 前 和 纠 偏 后 的 桩 基 内力 与 变 形 对 比 结 果 以 见 图。纠 偏 措 施 实 施 后，承台（约 等 于 桩 顶 位 移）向 面 向 堆 载 方 向 偏 移 约，小 于 规 范 指 定 的，表 明 可 以 达 到 预 期 纠偏 效 果。值 得 注 意 的 是，即 使 承 台桩 基 在 纠 偏 措施 的 作 用 下 逐 步 得 到 恢 复，但 是 位 于 堆 载 侧 近 距 离桩 基 的 横 向 位 移 依 然 较 大，见 图（），最 大 位 移 发生 在 埋 深 约 处，达 到。桩身位移（mm）051015202530354045505560埋深（m）前2#后2#前5#后55#前8#后8#前11#后11#-600-400-2006004002000桩身位移（mm）051015202530354045505560埋深（m）前2#后2#前5#后55#前8#后8#前11#后11#-70714 21 28 35 （）桩 身 位 移 （）桩 身 弯 矩图纠 偏 前、后 的 桩 身 响 应 对 比除 此 以 外，从 图（）可 看 出，连 接 位 置 处 弯 矩增 大 明 显，基 桩 在 该 位 置 的 弯 矩 达 到，如 若 施 工 不 当 可 能 出 现 拉 裂 破 坏，应 特 别 关 注 承台 与 桩 基 连 接 位 置 处 的 弯 矩。实 际 工 程 中，需 建 立承 台 变 形 实 时 预 警 机 制，并 继 续 加 强 纠 偏 后 承 台桩 基 横 向 偏 移 观 测。纠 偏 措 施 现 场 应 用通 过 采 用 数 值 模 型 的 初 步 评 估，拟 定 的 纠 偏 措施 方 案 已 成 功 应 用 于 现 场 纠 偏 施 工 中。图为 纠偏 施 工 阶 段 现 场 监 测 的 承 台 位 移 发 展。经 过 约的 纠 偏 措 施 矫 正，承 台 顶 面 横 向 位 移 从 减小 至 左 右，小 于 规 范的 限 值，表 明 通 过实 施 提 出 的 纠 偏 方 案，已 经 达 到 了 预 期 纠 偏 效 果。除 此 以 外，计 算 的 承 台 偏 移 量 为 （偏 移 方向 与 实 测 偏 移 方 向 相 反），纠 偏 量 要 大 于 实 测 纠 偏量。原 因 可 能 在 于 计 算 模 型 采 用 了 简 化 的 喷 浆 压力 计 算 模 型，可 能 高 估 了 实 际 喷 浆 压 力 值。同 时，数 值 模 型 无 法 还 原 具 体 施 工 过 程，因 而 计 算 的 承 台位 移 发 展 曲 线 与 实 测 的 有 所 差 异。总 体 而 言，数 值模 型 计 算 结 果 和 现 场 实 测 曲 线 比 较 吻 合，表 明 本 文建 立 的 考 虑 时 效 性 变 形 数 值 模 型 可 以 较 好 地 对 纠偏 措 施 效 果 展 开 评 估。35302520151050-5横向水平位移（mm）计算结果实测结果40801201602002402800时间（天）图数 值 模 型 计 算 纠 偏 位 移 与 实 测 结 果 对 比结语结 合 软 土 区 堆 载 致 邻 近 桥 墩 偏 移 工 程 案 例，采用 嵌 入 了 软 土 时 效 性 本 构 模 型 的 数 值 模 型，研 究 了桥 墩承 台桩 基 的 时 效 性 偏 移 特 性，揭 示 了 桩 基时 效 性 横 向 变 形 机 理，并 提 出 了 有 效 合 理 的 纠 偏 措施，主 要 研 究 结 论 如 下：（）桩 身 响 应 的 分 布 随 堆 载 时 间 的 延 长 而 发 生明 显 变 化。随 着 堆 载 时 间 的 延 长，上 部 软 弱 土 层 横向 位 移 逐 渐 增 大，导 致 承 台桩 基 结 构 横 向 偏 移 量逐 渐 增 大，并 且 最 大 位 移 所 在 位 置 逐 渐 上 升。同时，上 部 桩 段 的 负 弯 矩 最 大 值 逐 渐 减 小，而 埋 深 较大 位 置 的 负 弯 矩 最 大 值 逐 渐 增 大。（）基 于 桩 身 截 面 承 载 极 限 弯 矩 的 估 算 结 果，本 文 描 述 案 例 中 的桥 墩 的 各 桩 基 未 发 生 破 坏，仍 处 于 安 全 状 态，但 需 进 一 步 重 视 承 台 与 桩 基 连 接位 置 以 及 上 部 软 弱 层 与 下 部 更 硬 土 层 界 面 位 置 处的 弯 矩，当 堆 载 足 够 大 时，这 两 个 位 置 是 张 拉 破 坏的 潜 在 发 生 部 位。（）堆 载 作 用 下，桩 基 持 续 产 生 变 形 的 本 质 原因 在 于 软 土 时 效 性 横 向 变 形 致 使 作 用 在 桩 身 的 被动 荷 载 持 续 增 大。随 着 持 荷 时 间 的 延 长，桩 侧 节 点的 横 向 附 加 压 力 逐 渐 增 大，但 沿 深 度 的 分 布 范 围 基本 保 持 不 变，并 且 主 要 分 布 在 软 弱 土 层 深 度 范围 内。（）提 出 的 卸 载高 压 旋 喷 桩 加 固 纠 偏 措 施 达到 了 预 期 纠 偏 效 果，该 措 施 成 功 地 应 用 于 了 现 场 纠偏 施 工 中，表 明 所 建 立 的 考 虑 软 土 时 效 性 变 形 的 有限 元 模 型 评 估 纠 偏 措 施 的 效 果 是 可 行 的。参 考 文 献：中 华 人 民 共 和 国 国 家 铁 路 局高 速 铁 路 设 计 规 范（）北 京：中 国 铁 道 出 版 社，柯 在 田，张 煅铁 路 桥 梁 横 向 变 形 限 值 标 准 问 题 的 研 究 铁 道 标 准 设 计，（）：中 华 人 民 共 和 国 铁 道 部高 速 铁 路 无 砟 轨 道 线 路 维 修 规 则（试 行）（）北 京：中 国 铁 道 出 版社，孙 剑 平，唐 超，王 军，等堆 载 致 桥 梁 桩 基 偏 移 机 理 分 析 与 纠偏 技 术 研 究 建 筑 结 构，（）：，：庄 立 科杭 甬 高 铁 桥 墩 基 础 偏 移 及 纠 偏 处 理 铁 道 建 筑技 术，（）：潘 振 华沪 杭 客 运 专 线 松 江 特 大 桥 简 支 梁 桩 基 纠 偏 技 术 探讨 铁 道 建 筑，（）：李 志 伟软 土 地 基 不 对 称 堆 载 对 桥 梁 偏 位 的 影 响 及 加 固 分析 公 路，（）：，：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：王 金 昌，陈 页 开 在 土 木 工 程 中 的 应 用 杭州：浙 江 大 学 出 版 社，（）：魏 丽 敏，冯 胜 洋，何 群，等改 进蠕 变 模 型 及 其 应用 岩 土 力 学，（）：李 双 龙，魏 丽 敏，冯 胜 洋，何 群，张 开 鑫基 于 扩 展模 型 的 被 动 桩软 土 时 效 性 相 互 作 用 研 究 岩 土 力 学，（）：，：（）：，中 华 人 民 共 和 国 住 房 和 城 乡 建 设 部混 凝 土 结 构 设 计 规 范（）北 京：中 国 建 筑 工 业 出 版 社，徐 文 平，孟 少 平圆 形 截 面 钢 筋 混 凝 土 受 弯 构 件 正 截 面 承载 力 的 快 速 实 用 计 算 方 法 工 业 建 筑，（）：吕 若 冰，孔 纲 强，沈 扬，等既 有 高 速 公 路 高 压 旋 喷 桩 施 工现 场 监 测 与 数 值 模 拟 分 析 防 灾 减 灾 工 程 学 报，（）：