樁筏U形結(jié)構(gòu)在新建鐵路路基并行既有高鐵橋梁時的應(yīng)用

郭　磊

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津　300251)

Application of Piled Raft U-type Structure in the New Railway Base Parallel Existing High Railway Bridge

GUO Lei

樁筏U形結(jié)構(gòu)在新建鐵路路基并行既有高鐵橋梁時的應(yīng)用

郭磊

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300251)

Application of Piled Raft U-type Structure in the New Railway Base Parallel Existing High Railway Bridge

GUO Lei

摘要某鐵路樞紐內(nèi)新建鐵路工程，由于平面條件受限，以路堤形式并行既有高速鐵路橋梁通過。為減小新建路基工程建設(shè)引起既有客運專線橋梁沉降變形，保證運營安全，經(jīng)技術(shù)比較，采用樁筏U形結(jié)構(gòu)。運用Plaxis軟件建立數(shù)值分析模型，對基坑開挖、樁筏U形結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析：基坑開挖及樁筏U形結(jié)構(gòu)施工引起橋梁的隆起和下沉變形分別為1 mm、3 mm，兩項變形疊加累計沉降2 mm，滿足規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞樁筏U形結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模擬

鐵路樞紐受既有鐵路、道路及建筑物的影響，工程條件相對復(fù)雜。新建鐵路路基并行高速鐵路橋梁是近來鐵路建設(shè)過程中在鐵路樞紐區(qū)域經(jīng)常遇到的情況。為防止路基放坡占壓既有橋梁橋墩，可以考慮采用U形結(jié)構(gòu)等支擋結(jié)構(gòu)。為減小基坑開挖及回填導(dǎo)致既有橋梁豎向及水平的變形，樁筏U形結(jié)構(gòu)是可考慮的工程方案?！陡咚勹F路設(shè)計規(guī)范》中第7.3.10條規(guī)定橋梁墩臺均勻沉降為20 mm，相鄰墩臺的沉降差為5 mm?！陡咚勹F路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》(鐵運[2012]83號)規(guī)定，靜態(tài)高低容許偏差管理值為4 mm；動態(tài)高低容許偏差管理值為5 mm。采用合理的路基結(jié)構(gòu)減小新建鐵路工程對既有高速鐵路橋梁的影響是非常必要的。

運用Plaxis軟件建立數(shù)值分析模型，對新建路基的基坑開挖、路堤放坡及樁筏U形結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

1工程背景

1.1　工程概況

新建鐵路以路基形式與某高速鐵路橋梁73～76墩并行，路基寬度13.7 m，與既有線線間距9 m，路肩距橋墩邊緣2.6 m，路基填高2.5 m。既有高速鐵路橋梁為32 m簡支梁，橋下凈高9.5 m，橋墩基礎(chǔ)由4根1.0 m鉆孔樁構(gòu)成，樁長21 m。

1.2　場地地質(zhì)情況

地基表層為雜填土，松散，稍濕，主要由碎石、磚塊及黏性土等構(gòu)成。其下依次為：粉質(zhì)黏土，黃褐色，硬塑，基本承載力σ0=140 kPa；粉土，黃褐色，稍密，基本承載力σ0=140 kPa；細(xì)圓粒土，黃褐色，密實，飽和，主要由石英、長石組成，含少量礫石及大量黏性土，基本承載力σ0=600 kPa；礫砂，黃褐色，密實，飽和，主要由石英、長石組成，含黏性土，基本承載力σ0=550 kPa。

地下水埋深9.0～12.0 m，水位季節(jié)性變幅2.0 m，無侵蝕性。

地震動峰值加速度0.10g(地震基本烈度Ⅶ度)。

土壤標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.30 m，土壤最大凍結(jié)深度1.48 m。

2數(shù)值模擬

2.1　數(shù)值模擬方案

采用巖土有限元分析軟件Plaxis 2D進(jìn)行模擬。模型寬度為100 m，深度50 m，地層均采用“強化土模型”來模擬土的本構(gòu)關(guān)系，橋梁承臺、樁基采用板單元模擬，基坑開挖以均布荷載形式加載來模擬，樁筏U形結(jié)構(gòu)施工按樁基全部承擔(dān)路基結(jié)構(gòu)及上部軌道、列車荷載，以集中荷載形式模擬[5]，土體水平邊界采用水平約束，底邊界采用固定約束。

利用前面所確定分層土的地質(zhì)參數(shù)和土體計算模型尺寸，可建立二維平面有限元模型，整體計算模型如圖1所示。

2.2　計算分析結(jié)果

本部分研究基坑開挖、路基正常放坡及樁筏U形結(jié)構(gòu)施工對臨近秦沈客專橋梁基礎(chǔ)沉降的影響。

(1)基坑開挖對橋梁基礎(chǔ)沉降及差異沉降的影響

圖2～圖3給出了基坑開挖土體變形矢量圖及變形云圖?；娱_挖施工引起橋梁最大附加隆起為1.0 mm，京沈正線與秦沈線線間距不變，基坑深度不變，相鄰橋墩之間差異沉降不變?；娱_挖階段引起的橋梁基礎(chǔ)沉降及差異沉降均滿足《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中相鄰墩臺的沉降差為5 mm及《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》中容許偏差為4 mm的規(guī)范要求。

(2)路基放坡施工對橋梁基礎(chǔ)沉降及差異沉降的影響

新建路基填高2.5 m，邊坡以1∶1.5坡率放坡，放坡后邊坡占壓既有橋梁墩臺。圖4～圖5給出填高2.5 m路基放坡變形矢量圖及變形等值線圖。路基正常放坡引起橋梁最大沉降為4.2 mm(下沉)。樁筏U形結(jié)構(gòu)施工階段引起的橋梁基礎(chǔ)總沉降及差異沉降均滿足《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中相鄰墩臺的沉降差為5 mm的要求，但不滿足《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》中容許偏差為4 mm的規(guī)范要求。

(3)樁筏U形結(jié)構(gòu)施工對橋梁基礎(chǔ)沉降及差異沉降的影響

為減小新建路基對運營既有線路的影響，研究了樁筏U形結(jié)構(gòu)，如圖6所示，并進(jìn)行分析，圖7為樁筏U形結(jié)構(gòu)路基工程建設(shè)引起既有橋梁變形矢量圖及變形等值線圖。

樁筏U形結(jié)構(gòu)施工引起橋梁最大沉降為3.0 mm，無差異沉降?？偝两导安町惓两稻鶟M足《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中相鄰墩臺的沉降差為5 mm及《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》中容許偏差為4 mm的要求。

3結(jié)論

以某樞紐內(nèi)新建路基工程臨近既有高速鐵路橋梁為依托，運用Plaxis軟件建立數(shù)值分析模型，對基坑開挖、路基放坡、樁筏U形結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。得出以下研究結(jié)論：=在新建鐵鐵路基并行既有高鐵橋梁時，應(yīng)用樁筏U形結(jié)構(gòu)可以減小對既有橋梁基礎(chǔ)的影響?；娱_挖及樁筏U形結(jié)構(gòu)的施工引起臨近橋梁基礎(chǔ)變形，基坑開挖引起橋梁的隆起變形，最大變形為1.00 mm，樁筏U形結(jié)構(gòu)的施工引起橋梁的下沉變形，最大變形為3.00 mm，兩項變形疊加后累計沉降為2.00 mm，滿足《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中相鄰墩臺的沉降差為5 mm及《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》中容許偏差為4 mm的規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

[1]禚一，張軍，宋順忱.軟土地區(qū)基坑開挖對臨近高鐵影響數(shù)值仿真分析[J].鐵道工程學(xué)報，2014(2)

[2]TB10621—2014高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S]

[3]鐵運[2012]83號高速鐵路無砟軌道修理規(guī)則(試行)[S]

[4]TB10106—2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S]

[5]趙少偉，王丙興，郭蓉.Plaxis在高速公路軟基變形研究中的應(yīng)用[J].路基工程，2008(4)

[6]李曙光，隋孝民.新型支擋結(jié)構(gòu)適用性探討[J].鐵道勘察，2014(5)

[7]郭堅鴿.軟土路基樁筏基礎(chǔ)土受力測試分析[J].鐵道勘察，2014(1)

中圖分類號：U231.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)05-0056-02

作者簡介：郭磊(1982—)，男，2010年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，工學(xué)碩士，工程師。

收稿日期：2015-06-10