总第２６６期 ２０１４年第５期 交通科技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ ＮＯ．２６６ ＮＯ．５ Ｏｃｔ．２０１４ 基坑开挖对既有桥梁岸坡稳定性影响研究 张位华 李春峰 曾 耀 （贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 ５５０００１） 摘要公路既有桥梁附近基坑开挖可能对桥梁岸坡稳定性产生影响。结合工程实例，查明场区 的工程地质条件；建立稳定性计算模型，采用刚体极限平衡法计算基坑开挖前后岸坡的稳定性；基 于快速拉格朗日有限差分法（ＦＬＡｃ３Ｄ），建立数值模拟模型，模拟各种情况下边坡的应力场、位移 及塑性区分布情况。根据上述方法计算分析结果，综合分析基坑开挖对既有桥梁岸坡稳定性的影 响。结果表明，基坑开挖后，最不稳定部位均扩展至基坑脚，各断面的稳定性系数均有所降低，但 在基坑开挖前后稳定性系数均大于１．３，边坡稳定；基坑开挖仅对桥墩边坡基坑外２０ ＩＴＩ左右范围 （２—４号桩８ ｍ位置）存在一定的影响，表现为应力重新调整、位移量较小；调节池基坑开挖对边坡 整体稳定性及桥梁基础无影响，可不进行特殊处治。 关键词 基坑开挖 既有桥梁 岸坡稳定性 数值模拟 公路既有桥梁附近基坑开挖可能对桥梁岸坡 稳定性产生影响，进而影响桥梁基础。本文以其 为对象，结合工程实例进行研究。干河大桥为整 幅桥，桥梁起讫桩号为Ｋ８８＋７１１～Ｋ８９＋２８６，长 ５７５ ｍ，桥梁上部结构：１４×４Ｏ ｍ先简支后结构连 算分析结果，综合分析基坑开挖对既有桥梁基础 稳定性的影响。 １工程地质、水文地质条件 １．１工程地质条件 （１）地形、地貌。场区位于云贵高原乌蒙山 脉北段，地势西高东低，场区附近海拔１ ３９５．１Ｏ～ １ ５１６．２０ ｒｎ，相对高差１２１．１０ ｍ。污水处理场址 地势较平坦，原地面高程为１ ３９７ ｉｎ左右。场址 续Ｔ梁。桥梁下部构造：桥墩采用薄壁墩、双柱 式桥墩，桩基础；桥台采用ｕ型桥台。设计荷载： 公路一Ｉ级。 某污水处理厂调节池距离干河大桥２号墩 （桩号：Ｋ８８＋８００）２～４号桩边缘约２８ ｍ。调节 东侧为陡峻斜坡，南侧为干河大桥，西侧为干河， 北侧为宽缓平地。 （２）地层、岩性。场区上覆第四系冲洪积层 （Ｑ －ｐ ）淤泥质粘土、卵石土，残坡积（Ｑ“制 ）粉质 粘土、碎石土，下伏基岩为二叠系上统峨眉山玄武 岩（Ｐ２Ｉ９）。 池基坑已按设计开挖形成长１３．５ ｍ、宽１１ ｍ、深 ８ １ＴＩ的基坑，调节池基础完成，外墙钢筋已绑扎。 基坑开挖影响岸边坡上桥墩均为双柱式桥墩，桥 梁设计参数见表１。 表１桥墩设计参数 （３）地质构造与地震。场区位于黔北台隆遵义 断拱毕节北东向构造变形区毕节向斜北西翼，无断 层通过，地质构造简单，岩层综合产状２００。 ２１。。 根据国家地震局颁布的《中国地震动参数区 本文首先对场区进行详细的调查，查明场区 的工程地质条件。根据场区的地质条件，建立稳 定性计算模型，计算基坑开挖前后边坡的稳定性； 然后基于快速拉格朗日有限差分法（ＦＬＡＣ３Ｄ）， 划图》（ＧＢ １８３０６—２００１），场区地震动反应谱特 征周期为０．３５ Ｓ，地震动峰值加速度值为０．０５ ｇ， 场区地震基本烈度为ＶＩ度。 （４）岩土工程特征。 ①覆盖层。 建立数值模拟模型，模拟各种情况下边坡的应力 场、位移及塑性区分布情况；最后根据上述方法计 ａ）粉质粘土（Ｑ ）：褐黄色、灰褐色，可塑 状，厚Ｏ～９ ｍ，零星分布。 ｂ）碎石土（Ｑ ）：黄褐色，碎石成分为灰 收稿日期：２０１４ ０６—０９ ２０１４年第５期 张位华等：基坑开挖对既有桥梁岸坡稳定性影响研究 岩、玄武岩，粒径２Ｏ～８０ ｍｍ，含量大于５０ ，余 为粉质粘土，厚０４６ ｍ，场区均有分布。 ｃ）淤泥质粘土（Ｑ ）：灰褐、灰黑色，软塑， 厚Ｏ～２３ ｍ，分布于河床内。 ｄ）卵石土（Ｑ ）：灰褐色，粒径２０～４０ ｍｍ，岩质较杂，卵石含量６５ 以上，淤泥质粘土 和砂粒充填，磨圆较好，多呈次圆状，厚０～２６ ｍ， 分布于河床内。 ３ ０ Ｌ 。ｒ 左幅２号墩 右幅２号墩 × ＼ ｇ ｛呕 平距／ｍ ②基岩。下伏基岩为二叠系上统峨眉山玄武 图２ １一ｌ剖面边坡稳定性计算模型 岩（Ｐ ）。强风化层：褐色、黄褐色，岩体节理裂 隙发育，岩体破碎，岩质较软，局部夹全风化层，厚 Ｏ～２４ ｍ。中风化层：灰绿色，岩体节理较发育， 岩体较破碎，岩质较硬。 １．２水文地质条件 场区地下水主要为碳酸盐岩岩溶水、基岩裂 隙水和松散岩类孔隙水。地下水埋藏较浅。 场区地下水主要靠大气降水补给和干河河水 距／ Ｓ ０ × ＼ｇ ｛喧 侧向补给，大气降水部分沿岩体节理裂面、岩层层 面渗入地下，部分向地势低洼处的干河径流排泄， 场区的干河是地表水径流排泄的主要通道。场区 们 躬 姐 ∞ 盯 图３ ２－２剖面边坡稳定性计算模型 ２．２岩体力学参数 根据工程地质勘察、室内外试验、工程地质类 比及反演计算分析等方法综合确定岩体力学参数 地下水水质类型为Ｅｓ］Ｃａ Ｉ型，对混凝土有微腐 蚀性。 取值，见表２。 表２岩土体力学参数取值表 ２ 刚体极限平衡稳定性计算 ２．１ 计算模型及方法 调节池基坑东侧边坡无深大切割岩体的节理 裂隙。坡脚从上到下分布粉质粘土、卵石土。调 节池持力层为卵石土，基坑开挖其上覆粉质粘土。 稳定计算方法采用圆弧法计算，自动多滑面搜索， 寻找最危险滑面及相应的稳定性系数。计算方法 采用Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊｉａｎｂｕ法及Ｏｒｄｉｎａｒｙ法 ｊ。 基坑开挖主要影响边坡上干河大桥１号，２ 号墩，故稳定性计算选取基坑与１号，２号墩之间 的卜ｌ及２—２断面。计算断面布置情况见图１，稳 定性计算模型见图２、图３。 ２．３计算结果 根据岩土体物理力学参数、计算方法及模型， 计算得各剖面在基坑开挖前后不同计算方法的稳 定性系数见表３。 表３稳定性计算结果 依据《建筑边坡工程技术规范》（ＧＢ ５０３３０— ２００２）、《公路路基设计规范》（ＪＴＧ Ｄ３０—２００４）等 规范，该边坡稳定安全系数为１．３Ｏ。边坡稳定性 计算结果显示，在基坑开挖后，各断面的稳定性系 数均有所降低，最不稳定部位均扩展至基坑脚。 ｌ 但各断面在基坑开挖前后稳定性系数均大于１．３， 故基坑开挖后，边坡整体稳定。 图１计算断面布置图 １８ 张位华等：基坑开挖对既有桥梁岸坡稳定性影响研究 ２Ｏ１４年第５期 ３数值模拟分析 ３．１ 数值模型 边坡地层为强风化、中风化二叠系上统峨眉 山玄武岩（Ｐ Ｊ３），坡面基坑附近分布第四系冲洪积 层（Ｑ ）卵石土，残坡积（ｑｏ ）粉质粘土。计 大，１—１断面最大位移量２．７ ｍｍ，２—２断面最大位 移量３．５ ｍｍ；③基坑外２０ ｍ左右，水平位移接 近０，说明基坑开挖只对基坑周围一定范围存在 较大影响。 在ｙ方向（竖直方向），位移主要特征有： ①基坑回弹，越接近基坑底回弹量越大，１—１断面 最大回弹量１．５ ｍｍ，２—２断面最大回弹量２．３ 算模型范围：①１—１断面。水平方向（Ｘ轴方向） 宽为１７０ ｍ，竖向高度（ｙ轴方向）１２２ ｍ，Ｚ轴方 向厚１ ｍ；②２—２断面。水平方向（Ｘ轴方向）宽为 １８３ ｍ，竖向高度（ｙ轴方向）１２８ ｍ，Ｚ轴方向厚１ ｍ。 计算模型除坡面设为自由边界外，模型底部 （ｙ＝０）设为固定约束边界，模型四周设为单向边 ｍｍ；②基坑两侧边坡产生竖直向下的微小位移。 位移量小于１ ｍｍ，这是因基坑开挖后两侧岩土 体失去约束，发生斜向基坑的位移；③基坑外１Ｏ ｍ左右，竖向位移接近０，说明基坑开挖只对基坑 周围一定范围存在较大影响。 总之，由于基坑开挖卸荷作用，减少了坡脚土 体覆重，在水平方向基坑两侧边坡产生向基坑的 位移，桥墩所在边坡坡脚位移量较大；在竖向基坑 表现为卸荷回弹。 界。在初始条件中，不考虑构造应力，仅考虑自重 应力产生的初始应力场［２＿５］。１—１断面计算模型见 图４，２—２断面计算模型见图５。 ４ Ｉ—Ｉ断面计算模型 ～ 图５ ２－２断面计算模型 （３）基坑开挖后塑性区分布。基坑开挖后， 除开挖附近位置外，均无塑性区。开挖附近局部 位置的塑性区大部分为“ｐａｓｔ”状态，表示单元过 去曾处于屈服面上，而现在已经离开屈服面，处于 弹性变形阶段。仅坡脚极少数位置出现塑性区， 计算模型中，边坡岩土体按弹塑性材料考虑， 破坏准则采用莫尔一库仑强度准则。计算中所需 的体积模量、剪切模量由弹性模量和泊松比换算 但范围较小，且不贯通，边坡整体稳定。 ４结论 而来，其具体计算公式如下。 Ｋ一 （Ｉ）基坑开挖后，最不稳定部位均扩展至基 坑脚，各断面的稳定性系数均有所降低。但在基 坑开挖前后稳定性系数均大于１．３，故在目前基 Ｇ一 坑开挖情况下，边坡稳定。 （２）在目前基坑开挖情况下，桥墩所在边坡 坡脚产生向基坑方向的水平位移，最大位移３．５ ｍｍ；未出现大范围贯通的塑性破坏区，边坡稳 定；基坑表现出回弹变形，最大变形２．３ ｍｍ。基 ３．２数值模拟结果及分析 （１）基坑开挖后应力场。边坡主应力场分布 规律仍与初始应力场基本相同：①自下而上，主应 力在量值上呈逐渐增大的趋势；②在方向上，主应 力迹线发生偏转，最大主应力平行于地表，与此同 时，最小主应力则与地表相垂直；③开挖后由于卸 坑开挖仅对桥墩边坡基坑外２０ ｍ左右范围（２－４ 号桩８ ｍ位置）存在一定的影响，表现为应力重 荷作用，使最大主应力和最小主应力均有所减小； ④基坑开挖，使开挖附近的最大、最小应力场分布 规律略有调整。 新调整、位移量较小，对桥梁基础无影响。 （３）在目前工况下，调节池基坑开挖对边坡 整体稳定性及桥梁基础无影响，可不进行特殊处 治。为避免基坑开挖长期暴露，及突发降水等因 素诱发边坡失稳、造成地质灾害，应尽快完成调节 池修筑并及时回填基坑。 （２）基坑开挖后位移分布。在ｘ方向（水平 方向），位移主要特征有：①基坑两侧边坡产生向 基坑的位移，越靠近基坑位移量越大，越远离基 坑，位移量越小；②桥墩所在边坡坡脚位移量较 总第２６６期 交通科技 Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２６６ ２０１４年第５期 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２Ｏ１４ 某铁路跨线桥主桥转体结构设计 吴 勇 郭伦波 （１．贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 ５５０００１； ２．中铁二院工程集团有限责任公司 成都６１００３１） 摘要转体施工方法具有安全可靠、费用低、工期短、适用范围广等特点，常用于跨既有线路或 跨越大河及山谷等地段的桥梁施工。文中以郑州市一座跨铁路斜拉桥为例，介绍了转体结构中转 盘、球铰等主要构造设计要点，以及转体施工实施方案。 关键词转体施工动力装置转盘球铰 桥梁转体施工是在适当的位置．利用地形或 １转体施工设计 使用简便的支架先将半桥预制完成，之后以桥梁 斜拉桥跨客运铁路专线一侧桥梁采用单铰平 结构本身为转动体，使用一些机具设备，分别将２ 面施工方案，桥梁转体长度为６０．５ ｍ＋５９．５ ｍ， 个半桥转体到桥位轴线位置合龙成桥。 转体面积为３ ９９３ ｍ ，转体重量１７１ ０００ ｔ，包括： 转体的方法可以采用平面转体、竖向转体或 承台上转盘、桥墩墩身、塔、主梁、斜拉索等。转体 平竖结合转体。目前已应用在拱桥、梁桥、斜拉 段主梁先沿铁路方向搭支架现浇施工。本桥采用 桥、斜腿刚架桥等不同桥型上部结构的施工中。 环道及中心支撑的球铰相结合体系组成，此转体 郑州市中心区铁路跨线桥西起河医立交，东 体系已应用于北京市石景山南站斜拉桥转体施工 至二七广场，主桥（斜拉桥）位于郑州市客运站以 中，其转体重量为１４５ ０００ ｔ。桥梁转体结构主体 北３Ｏ０～４００ ｍ，上跨郑州市重要的铁路枢纽，是 由上、下转盘、球铰及牵引系统组成ｌ１］。 ２００６年郑州市确定的“一站、一桥、一路”工程中 的“一桥”工程，建成后将成为郑州市的标志性建 ２上、下转盘设计 设工程之一。斜拉桥为双塔单索面３跨预应力混 上、下转盘是转体结构的基础，全部转体重量 凝土斜拉桥，孔跨布置为１０６ ｍ＋２４８ ｍ＋１０６ ｒｎ， 通过上转盘传递至下转盘，其设计、施工质量是确 全长４６０ ｍ，标准段桥面全宽为３３ ＩＴＩ，主跨跨越４ 保桥梁转体稳定、安全的关健。 条货运铁路专线（西侧）及６条客运铁路专线（东 本桥上转盘直径１４．５ ｍ，高度为１．８ １３２。上 侧）。经过综合比较，最终确定的施工方案为跨越 转盘采用Ｃ５Ｏ混凝土。由于其结构受力非常复 货运铁路专线（西侧）采用挂篮施工方案；跨越客 杂，结构采用了顺桥向、横桥向、竖向三向预应力 运铁路专线（东侧）采用单铰平面转体施工方案， 体系。上转盘下侧共设８对撑脚，每对撑脚由２ 转体角度为６Ｏ．４。，转体重量达１７ １００ ｔ。 个钢管组成，钢管内填Ｃ５Ｏ微膨胀混凝土。撑脚 收稿日期：２０１４－０７—２４ 参考文献 ＥＭ３．北京：中国水利水电出版社，２００８． Ｅ４３聂广焕，张志增，杨子胜，等．基于ＦＬＡＣ的南平市 ［１３陈祖煜，汪小刚，杨 健．岩质边坡稳定分析：原理 红桃山边坡稳定性数值分析ＥＪ３．中原工学院学报， ・方法・程序［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社， ２Ｏ１２（５）：５１—５６． ２００５． Ｅ５３ 张志军，丁德馨，章求才．某道路边坡稳定性的 Ｅ２３孙书伟，林杭，任连伟．ＦＬＡＣ３Ｄ在岩土工程中的 ＦＬＡＣ２Ｄ模拟分析ＥＪ］．南华大学学报：自然科学 应用ＥＭ３．北京：中国水利水电出版社，２０１１． 版，２００７（３）：１６－１９． Ｅ３３ 陈育民，徐鼎平．ＦＬＡｃ／ＦＬＡＣ３Ｄ基础与工程实例
