复杂市域环境深埋箱涵原位拆复建技术研究

复杂市域环境深埋箱涵原位拆复建技术研究

高守栋

安徽省公路桥梁工程有限公司 安徽 合肥 230031

摘要：本文采用原位拆复建的手段进行老箱涵的改造，同时对于临近桥墩处作出保护措施，结果表明，本项目的箱涵改造过程中其排水能力和既有构筑物的变形得到有效控制，且相关研究规律对类似工程具有一定指导意义。

关键词：复杂市域；深埋箱涵；原位拆复建；有限元模拟

1 引言

目前很多箱涵等地下构筑物结构也逐渐进入老龄化，进而对其标准进行提升改造，根据城市要求有的箱涵仅需要加固维修即可，但对于大部分老旧箱涵来说，新建高标准箱涵是提升其标准的唯一途径，在修建过程中也会针对城市地下管网的需求选择异地新建或是原位拆复建。

2 工程概况

本次合肥市畅通二环（西南环）金寨路、合作化路节点工程设计范围为潜山路至关麓路(现状为三河路)，位于蜀山区与包河区交界，全长约2.8km，规划为城市快速路，红线宽60m。其中雨水箱涵位于合作化路南北走向，基本位于合作化路西侧。

3 箱涵改造思路

合作化路雨水箱涵包括新建以及原位改建，新建箱涵位于合作化路西侧，施工时优先施工西侧箱涵，废除东侧原位箱涵，将东侧管道引流至西侧新建箱涵，待原位箱涵从下游分段施工至上游期间分段将原道路雨水管道顺接至原位箱涵预留口中，部分小管道雨水管可以采用临时排水泵进行泵排，且在必要时候原位箱涵也具有一定的排水能力。

4 监测方案

图1监测方案平面图

本项目在基坑东侧2m处土体中，纵向布置五个位移监测点，每个监测点之间间距1.5m，沿深度方向布置位移监测仪器，布置深度为16m，继续向东每2m处依然布置相同的监测方案，用来监测基坑开挖过程中土体的扰动情况。

5 模型建立

如图为基坑开挖有限元模型，模型中各土层厚度取实际土层厚度的平均值。模型几何尺寸为30 m（长）×30 m（宽）×50 m（高），支护结构深度为9m，选取临边有既有桥墩的位置进行开挖模拟，通过弹塑性分析和“单元生死”技术模拟基坑开挖过程。

图2 有限元模型

6 有限元分析

为方便后续描述，引入相关参数如围护桩刚度折减系数fa，桩体水平位移取基坑东侧围护桩中线深度的位移曲线进行分析。

图3 不同工况下土层开挖过程中桩体位移曲线

当fa=0.7时，可以看到开挖第一层时，随着深度的增加桩体位移逐渐增大后渐渐减小，桩体的最大位移发生在距离地面7.2m左右，位移量约14.7mm。在开挖第二层土体时由于土体应力卸载过多，整个变形曲线也发生了变化，但整体趋势没变，在深度为1.8m范围内第二层开挖引起的桩体位移大于第一层，在1.8-4.6m范围内，第二层开挖引起的桩体位移小于第一层开挖引起的桩体位移量，后在深度约8.5m时位移量达到最大。

当fa=1时，可以看到开挖第一层时，随着深度的增加桩体位移逐渐增大后渐渐减小，桩体的最大位移发生在距离地面7m左右，位移量约13.3mm。在开挖第二层土体时同样由于土体应力卸载过多，整个变形曲线也发生了变化，但整体趋势没变，在深度为2m范围内第二层开挖引起的桩体位移大于第一层，在2-4.8m范围内，第二层开挖引起的桩体位移小于第一层开挖引起的桩体位移量，后在深度约8.3m时位移量达到最大，为15.5mm，相对于第一层开挖，第二层土层开挖引起的桩体最大位移值位置明显更深，和fa=0.7时结果比对，整体趋势大体一致，围护桩刚度小的明显桩体变形值会增加。

当fa=1.3时，可以看到开挖第一层时，随着深度的增加桩体位移逐渐增大后渐渐减小，桩体的最大位移发生在距离地面7m左右，位移量约12.1mm。且整体开挖工程第二层引起的桩体的位移将第一层开挖引起的桩体位移完全包络进去，第二层土体开挖引起的桩体位移发生在深度为9m的位置，最大位移量为14.3mm。相对于第一层开挖，第二层土层开挖引起的桩体最大位移值位置明显更深，和fa=0.7和fa=1时结果比对，整体趋势大体一致，围护桩刚度小的明显桩体变形值会增加，fa=1.3引起的桩体位移量在三者中也是最小的。

7 结语

针对老箱涵原位拆复建关键技术研究得到以下结论：

（1）本项目的箱涵改造思路在实施中达到了很好的效果；

（2）基于有限元软件分析了不同工况下桩体位移，得到了当围护桩刚度折减系数为0.7、1、1.3逐渐递增的时候，围护桩刚度和桩体变形位移最大值之间呈现线性函数关系。

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