基于有限元计算的新建市政道路下穿既有高速桥梁安全风险分析（论文）.pdf

·72 · 基于有限元计算的新建市政道路下穿  既有高速桥梁安全风险分析 吴龙飞 （中远交科设计咨询有限公司福建分公司，福建泉州 362000） 　　 ［摘　要 ］ 为探究新建市政道路下穿既有高速公路桥梁产生的安全风险，先对各风险点进行定性分析， 再利用PLAXIS 3D软件进行定量分析，建立三维有限元模型，计算得到市政道路施工及运营期间引起的附 加位移值和变形。由三维模型的计算结果可知，其值均满足相应规范的位移控制要求，认为整体风险可 控。并给出施工注意事项，以期为同类工程项目提供参考。 　　 ［关键词 ］ 市政道路；下穿高速；运营高速公路；有限元分析 　　 ［中图分类号］  U 415　　　　［文献标志码］  B　　　　　　［文章编号］  1001 -523X （2022 ）17 -0072 -04 SAfETY RISK ANALYSIS Of NEWLY -bUILT mUNICIp AL ROADS p ASSING THROUGH EXISTING EXpRESSWAY bRIDGES bASED ON fINITE ELEmENT CALCULATION Wu Long-fei 　　 ［Abstract ］  In order to explore the safety risk caused by the newly built municipal road passing through the existing highway bridge, after the qualitative analysis of each risk point, the PLAXIS 3D software is used for quantitative analysis, a three-dimensional finite element model is established, and the additional displacement and deformation caused by municipal road construction and operation are calculated. From the calculation results of the three-dimensional model, it is known that the values meet the displacement control requirements of the corresponding specifications, and it is considered that the overall risk can be controlled. The matters needing attention in construction are given in order to provide reference for similar projects. 　　 ［Keywords ］  municipal road; underpass highway; operating highway; finite element analysis 随着我国城镇化的快速发展，城市规模不断拓 展，越来越多的新建市政道路下穿位于城市外围的高 速公路预留桥孔。然而，市政道路及管线开挖施工不 可避免地引起周围地层扰动，使得附近土层的应力重 新分布，土体的刚度随着应力路径、应力水平变化， 周边地面产生沉降及土层摩阻力损失，引起既有桥梁 结构附加的变形、沉降等。 在线路交叉工程中，市政道路及管线的下穿施工 通常易引起桥墩及桩基的二次应力和变形，对于高速 公路而言，设计指标高，行车速度快，对桥梁等构造 物的刚度及变形有着非常严格的控制，对线路稳定性 及平顺性提出较高的要求。 为减小市政道路施工期间对既有桥梁结构附近土 层的扰动，下穿既有桥梁施工时需采取可靠的变形控 制措施。 使用岩土工程有限元计算分析软件PLAXIS 3D建 立三维模型进行计算，通过建模和数值模拟，对该市 政道路工程下穿既有高速公路预留桥孔建立三维模 型，分析市政道路在施工、运营期间对高速公路桥墩 及桩基受力及变形情况，研究成果可为类似工程提供 参考，也可为相关研究提供基础资料。 1 工程概况 本工程为城市次干道，设计行车速度40 km/h， 红线宽度30 m。该市政道路与高速公路斜交，交角为 65 °。拟建道路下穿既有高速特大桥，需利用桥下空 间建设城市道路，属于穿越式重要涉路工程。 拟建市政道路下穿既有桥梁，主车道路基边缘与 既有桥梁承台最小水平净距约为2.0 m ，人行道与既 有桥梁承台最小水平净距约为 1.0 m，下穿段均采用 人工明挖法施工，项目主要风险点为施工期间路基开 挖、路基填筑、管线反开挖等作业对邻近的高速公路 桥墩及桩基的影响。 本项目高速桥梁承台标高低于市政道路设计标 高，路基及管道开挖回填、市政道路运营荷载等因素 使高速桥梁桩基侧面土体卸/ 加载，引起既有高速桥 梁结构产生附加位移和变形，需进一步计算分析其影 响程度。 收稿日期： 2022–05–08 作者简介： 吴龙飞（1989—），男，河南商丘人，工程师，主要研 究方向为道路桥梁设计。 .k/7建   ?    ~   6   开   发 Municipal Engineering Building Technology Development 第49 第 17 期2?8 ·73 · 2 工程地质条件 本工程钻探深度范围所揭示的地层：上部为有人 类活动的素填土，中部为第四系淤积及冲、洪积物， 下部为花岗岩及其风化岩。各地层工程地质特征描述 见表1。 表1 主要岩土体材料参数一览表 材料 名称 γ/ E oed/E 50/ E ur/ m C/ φ （kN/m 3） （kN/m 3）（kN/m 3）（kN/m 3） （kN/m 3） 粉质粘土 18.28 500 7 50024 500 0.81112 残积砂质 粘性土 18.5 12 500 12 50035 000 0.72216 全风化花 岗岩 19.5 18 000 18 00065 000 0.72523 回填砂土 18.525 000 ——— 030 3 三维数值模型 3.1 数值计算方案的确定 为评估市政道路的路基