CN117436183B - 深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，属于桥梁工程技术领域。所述施工方法先施工整个右区路基和与右区接邻的部分左区路基，其中右区路基的施工宽度为设计宽度B_R、施工高度为设计高度hr；施工部分的左区路基的施工宽度为B_L0，施工高度为设计高度hr；然后按照桥梁的设计参数施工桥梁；最后同步填筑服务区和左区路基的剩余部分，以左区路基剩余部分来平衡服务区填方对桥梁桩基产生的水平推力。本申请提供的施工方法可以避免桥梁桩基产生较大的水平偏位及产生较大的内力。

Description

深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法

技术领域

本申请属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法。

背景技术

为了高效利用土地，靠近城市的公路高架桥下多设有市政道路。在实际施工场景中，受到各方面因素的制约，通常采用的施工顺序是：先施工桥梁下方的路基，待路基沉降完成后再施工桥梁，最后填筑服务区，该种施工顺序可以避免路基的沉降对桥梁的桥基产生影响，但是无法规避服务区的填筑对桥梁桥基产生的水平推力，容易造成桥梁桩基的偏位，因此只能通过增大桥梁基础、柱子的截面来抵抗该水平推力的作用，但是该种做法会带来施工成本的增加。

因此，实有必要提供一种深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本申请提供一种深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，可以降低桥下市政道路，路边服务区填方对桥梁的不利影响，避免在桥梁桩基、桥墩内产生较大的水平偏位和内力。

为解决上述技术问题，本申请的技术方案在于：

一种深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，市政道路位于桥梁下方，服务区位于市政道路任一侧，施工方法包括如下步骤：

S1：从设计资料中获取桥梁、市政道路及服务区的设计参数，其中，市政道路的设计参数包括市政道路路基的设计高度hr及设计宽度B；服务区的设计参数包括服务区的设计高度hs及设计宽度L；

S2：将市政道路路基以桥梁基础的中线为分界线划分为左、右两个分区，其中右区路基位于靠近服务区一侧，设计宽度为B_R；左区位于远离服务区一侧，设计宽度为B_L，B_R+B_L=B，并以此为基础制定按时间推进的施工计划，所述施工计划包括如下几个阶段：

第一阶段：施工整个右区路基和与右区接邻的部分左区路基，其中右区路基的施工宽度为设计宽度B_R，施工高度为设计高度hr；施工部分的左区路基的施工宽度为B_L0，施工高度为设计高度hr；

第二阶段：按照桥梁的设计参数施工桥梁；

第三阶段：同步填筑服务区和左区路基的剩余部分，以左区路基剩余部分来平衡服务区填方对桥梁桩基产生的水平推力；

S3：基于力学分析的方法，以施工计划中第三阶段施工过程中桥梁桩基弯矩最小化为目标，计算施工计划中参数B_R、B_L0的具体数值，并按照施工计划进行施工。

优选的，施工计划中，参数B_R、B_L0基于有限差分法或者有限元法进行计算确定，通过构建有限差分模型或是有限元模型，计算参数B_R、B_L0不同取值下桥梁桩基所产生的弯矩，以桥梁桩基弯矩最小化为目标，确定参数B_R、B_L0的取值。

优选的，参数B_R、B_L0 采用有限差分数值模拟软件FLAC^3D进行数值模拟得到，在模拟过程中，填土不考虑其破坏，采用Elastic模型，渗流状态设置成空；软土层弹性状态采用横观各向同性模型，塑性状态采用Plastic-Harden本构模型，渗流状态采用各向异性模型。

优选的，还包括步骤S4：

S4：实时检测桥梁桩基的状态数据，若桥梁桩基的状态数据超出预设值，则对服务区填方的设计高度进行修正，直至桥梁桩基的状态数据不超出预设值。

优选的，桥梁桩基的状态数据包括偏位量和桩身内力。

本申请的有益效果在于：

（1）通过预留部分左区路基与服务区同步填筑，利用预留的部分左区路基平衡服务区填方对桥梁桩基产生的不平衡推力，避免桥梁桩基产生较大的水平偏位和内力；

（2）在桥梁施工前，仅需填筑部分市政道路路基，比现状需在桥梁开工前完成市政路基填筑工程量更少，可提早桥梁开工时间，进而加快整个工程工期。

附图说明

图1表示本申请提供的深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工的场景示意图；

图2表示实施例1中不同方案下的桥梁桩基位移-深度曲线图；

图3表示实施例1中不同方案下的桥梁桩基弯矩-深度曲线图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请结合参阅图1-图3，本申请提供一种深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，其中市政道路位于桥梁下方，服务区位于市政道路任一侧，施工方法包括如下步骤：

S1：从设计资料中获取桥梁、市政道路及服务区的设计参数，其中，市政道路的设计参数包括市政道路路基的设计高度hr及设计宽度B；服务区的设计参数包括服务区的设计高度hs及设计宽度L。

S2：将市政道路路基以桥梁基础的中线为分界线划分为左、右两个分区，其中右区路基位于靠近服务区一侧，设计宽度为B_R；左区位于远离服务区一侧，设计宽度为B_L，B_R+B_L=B，并以此为基础制定按时间推进的施工计划，所述施工计划包括如下几个阶段：

第一阶段：施工整个右区路基和与右区接邻的部分左区路基，其中右区路基的施工宽度为设计宽度B_R，施工高度为设计高度hr；施工部分的左区路基的施工宽度为B_L0，施工高度为设计高度hr；

第二阶段：按照桥梁的设计参数施工桥梁；

第三阶段：同步填筑服务区和左区路基的剩余部分，以左区路基剩余部分来平衡服务区填方对桥梁桩基产生的水平推力。

S3：基于力学分析的方法，以施工计划中第三阶段施工过程中桥梁桩基弯矩最小化为目标，计算施工计划中参数B_R、B_L0的具体数值，并按照施工计划进行施工。

本申请的方案中，第一阶段的施工早于第二阶段的施工，在第一阶段施工过程中，桥梁桩基还未施工，不会对桥梁桩基产生影响；第三阶段的施工晚于第二阶段的施工，在第三阶段过程中，由于左区路基的剩余部分可以很好的平衡服务区填方对桥梁桩基产生的水平推力，使桥梁桩基两侧所受的推力保持平衡，尽可能减小水平偏位和内力，避免市政道路路基和服务区的填筑对桥梁桩基产生的不利影响。并且，在桥梁施工前，仅需填筑部分的市政道路路基，相比于现有技术中市政道路路基全部填筑的方式，由于填筑量的减少，可以缩短前期市政道路路基的施工时间，使桥梁开工时间可以提前，从而从整体上加快整个工程工期。

施工计划中，参数B_R、B_L0基于有限差分法或者有限元法进行计算确定，通过构建有限差分模型或是有限元模型，计算参数B_R、B_L0不同取值下桥梁桩基所产生的弯矩，以桥梁桩基弯矩最小化为目标，确定参数B_R、B_L0的取值。需要说明的是，有限差分法或者有限元法采用本领域的常规技术即可，本实施方式对此不做赘述。得到了参数B_R、B_L0的取值后，按照施工计划逐步进行施工即可。

具体的，参数B_R、B_L0 采用有限差分数值模拟软件FLAC^3D进行数值模拟得到，在模拟过程中，填土不考虑其破坏，采用Elastic模型，渗流状态设置成空；软土层弹性状态采用横观各向同性模型，塑性状态采用Plastic-Harden本构模型，渗流状态采用各向异性模型。

进一步的，上述施工方法还可以包括如下步骤：

S4：实时检测桥梁桩基的状态数据，若桥梁桩基的状态数据超出预设值，则对服务区填方的设计高度进行修正，直至桥梁桩基的状态数据不超出预设值。

在实际施工过程中，由于施工现场环境与理论施工环境的差异，使得桥梁桩基的实际状态与理论状态之间会存在一定的差异，按照B_R、B_L0的理论取值进行施工，仍然可能会造成桥梁桩基产生一定的偏位，因此通过实时监测桥梁桩基的状态数据，桥梁桩基的状态数据包括偏位量和桩身内力。通过监测的数据，基于力学分析的方法，以施工计划中第三阶段施工过程中桥梁桩基弯矩最小化为目标再次进行计算，对服务区填方的设计高度hs进行修正，以使其可以更好的与预留部分市政道路所产生的水平推力平衡。

在修正过程中，可以调整的参数包括预留部分左区路基的施工高度、施工宽度及服务区的施工高度及施工宽度，但是由于与市政道路接壤的外部环境一般较为复杂，例如包括其他已建道路、已建绿化、已建建筑等，因此市政道路的施工高度和施工宽度发生变化，均会造成与现有外部环境的不适配；而服务区的施工宽度变化会带来可使用面积的减小，因此最优的方式为对服务区的施工高度进行修正，由修正所带来的服务区与市政道路之间的落差可以通过缓坡的形式来进行弥补，并不会对市政道路和服务区的使用造成影响。

实施例1

某高速公路全线为高架桥，地处珠江三角洲平原的海陆交互相深厚软土区，其中K22~K23段高架桥某段下方为北环西路，道路路基顶面设计宽度B=43.1m，路基设计高度hr=3.2m，边坡坡度为1:1.5，B=B_R+B_L=43.1m。北环西路一侧为服务区填方，设计宽度L=300m，设计高度hs=3.2m。桥梁基础为桩柱式桥墩，桩基中心间距5.4m。

施工位置的地层从上到下依次为素填土、1-1淤泥质黏土、1-2淤泥质黏土、2-2淤泥质黏土、4-2中砂、1-3强风化混合岩、1-4中风化混合岩，各层的参数以及路堤填土的参数如表1所示。

表 1 地层以及路堤填土参数

采用了有限差分数值模拟软件FLAC^3D进行数值模拟，根据所研究问题的规模，建立尺寸为模型。桥梁桩基础及管桩采用Pile单元建立，桥面、柱采用Beam单元建立，土工格栅采用Geogrid单元建立。填土不考虑其破坏，采用Elastic模型，填土渗流状态设置成null；软土层弹性状态采用横观各向同性模型表达，塑性状态采用Plastic-Harden本构模型表达；渗流状态均采用各向异性模型。流体模量按标准状态下水的模量选取，取2×10⁹Pa。其中，塑性本构模型主要参数及渗透系数见表2。

表 2 塑性本构模型主要参数及渗透系数

为了验证本本申请所提供施工方法的有效性，设置如下对比试验：

（1）方案1：理想方案

第一阶段：按照设计宽度B、设计高度hr施工市政道路路基；

第二阶段：按照设计宽度L、设计高度hs填筑服务区；

第三阶段：按照桥梁施工参数施工桥梁。

（2）方案2：现有技术中采用的常规方案：

第一阶段：按照设计宽度B、设计高度hr施工市政道路路基；

第二阶段：然后按照桥梁施工参数施工桥梁；

第三阶段：按照计宽度L、设计高度hs填筑服务区。

（3）方案3：本申请方案

第一阶段：按照设计宽度Br、设计高度hr施工整个右区路基，按照设计宽度B_L0、设计高度hr施工与右区接邻的部分左区路基；

第二阶段：按照桥梁设计参数施工桥梁；

第三阶段：按照设计宽度L、设计高度hs填筑服务区，按照宽度B_L1（B_L1=B- B_L0）施工左区路基的剩余部分，其中，服务区的填筑和左区路基剩余部分的施工同步进行，以左区路基剩余部分来平衡服务区填方对桥梁桩基产生的水平推力。

（4）方案4：本申请优化方案

在方案3的基础上，实时检测桥梁桩基的状态数据，若桥梁桩基的状态数据超出预设值，则对服务区填方的设计高度hs进行修正，修正后的施工高度为hs₁直至桥梁桩基的状态数据不超出预设值。

上述四个方案中，从保护桥梁的角度来看，方案1属于理想方案，在市政道路路基填筑和服务区填筑都完成后再进行桥梁桩基施工，这样桥梁的桩基就不会受到市政道路路基填筑和服务区填筑的影响。但是在实际工程场景中，由于服务区的面积一般较大，存在施工周期过长的问题，会导致桥梁的施工进度严重的受到制约。

方案2属于现行施工体系中普遍采用的方案，市政道路路基填筑完成后，再开始桥梁施工，这样，桥梁桩基不会受到路基填方的不利影响。但是后续服务区的填筑会对建成的桥梁桩基产生不平衡的水平推力，容易使其向远离服务区方向发生偏位。

本申请的方案中（方案3），先施工部分的市政道路路基，然后施工桥梁桩基，最后施工预留部分的市政道路路基和服务区，通过预留部分的道路路基来平衡服务区的填筑对桥梁桩基产生的水平推力，使桥梁桩基两侧所受的推力保持平衡，不易发生偏位，尽可能减小市政道路路基和服务区的填筑对桥梁桩基产生的不利影响。

方案4属于方案3的优化扩展方案，在方案3中，市政道路剩余部分宽度（B-B_L0）是根据服务区设计宽度L和设计高度hs计算出来的理论值，在实际施工过程中，实际的施工环境不可能完全与设计环境保持一致，因此通过对服务区的设计高度hs进行修正，使服务区填方所产生的水平推力其可以更好的与市政道路剩余部分所产生的水平推力进行平衡，进一步减小对桥梁桩基产生的不利影响。

经过试算，得到：

方案3的分期填筑宽度参数为：B_R=21.55m，B_L0=9.1m；B_L1=12.45m; hs=3.2m。

方案4的分期填筑宽度参数为：B_R=21.55m，B_L0=9.1m；B_L1=12.45m；hs₁=2.0m。

模拟得到四个方案下的桥梁桩基的水平位移、弯矩如附图 2、图 3所示。从图2和图3可以看出，方案1为理想状态，桥梁桩基基本不发生偏位，所产生的弯矩也较小；与方案2相比，方案3和方案4所产生的位移以及弯矩均大幅减小，尤其是方案4，弯矩减小到了500kN.m以下，与方案1最为接近，表明其与方案1一样，均对桥梁桩基所产生的影响较小。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (5)

1.一种深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，其特征在于，市政道路位于桥梁下方，服务区位于市政道路任一侧，施工方法包括如下步骤：

S1：从设计资料中获取桥梁、市政道路及服务区的设计参数，其中，市政道路的设计参数包括市政道路路基的设计高度hr及设计宽度B；服务区的设计参数包括服务区的设计高度hs及设计宽度L；

S2：将市政道路路基以桥梁基础的中线为分界线划分为左、右两个分区，其中右区路基位于靠近服务区一侧，设计宽度为B_R；左区位于远离服务区一侧，设计宽度为B_L，B_R+B_L=B，并以此为基础制定按时间推进的施工计划，所述施工计划包括如下几个阶段：

第一阶段：施工整个右区路基和与右区接邻的部分左区路基，其中右区路基的施工宽度为设计宽度B_R，施工高度为设计高度hr；与右区接邻的部分左区路基的施工宽度为B_L0，施工高度为设计高度hr；

第二阶段：按照桥梁的设计参数施工桥梁；

第三阶段：同步填筑服务区和左区路基的剩余部分，以左区路基剩余部分来平衡服务区填方对桥梁桩基产生的水平推力；

其中，第一阶段的施工早于第二阶段的施工；第三阶段的施工晚于第二阶段的施工；

S3：基于力学分析的方法，以施工计划中第三阶段施工过程中桥梁桩基弯矩最小化为目标，计算施工计划中参数B_R、B_L0的具体数值，并按照施工计划进行施工。

2.根据权利要求1所述的深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，其特征在于，施工计划中，参数B_R、B_L0基于有限差分法或者有限元法进行计算确定，通过构建有限差分模型或是有限元模型，计算参数B_R、B_L0不同取值下桥梁桩基所产生的弯矩，以桥梁桩基弯矩最小化为目标，确定参数B_R、B_L0的取值。

3.根据权利要求2所述的深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，其特征在于，参数B_R、B_L0 采用有限差分数值模拟软件FLAC^3D进行数值模拟得到，在模拟过程中，填土不考虑其破坏，采用Elastic模型，渗流状态设置成空；软土层弹性状态采用横观各向同性模型，塑性状态采用Plastic-Harden本构模型，渗流状态采用各向异性模型。

4.根据权利要求1所述的深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，其特征在于，还包括步骤S4：

S4：实时监测桥梁桩基的状态数据，若桥梁桩基的状态数据超出预设值，则对服务区填方的设计高度进行修正，直至桥梁桩基的状态数据不超出预设值。

5.根据权利要求4所述的深厚软土区桥梁、市政道路与邻近服务区同步施工方法，其特征在于，桥梁桩基的状态数据包括偏位量和桩身内力。