新建橋墩開挖對鄰近鐵路橋墩、臺的安全性分析

徐杰(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)

1 引言

當(dāng)今中國高鐵的快速發(fā)展和用地緊張趨勢的存在，導(dǎo)致越來越頻繁的新建基坑距離已有建筑或橋梁很近。基坑的開挖過程中對于土層原有應(yīng)力的平衡的一種破壞，相當(dāng)于應(yīng)力釋放的過程，會引起土體應(yīng)力重分布，從而使鄰近既有鐵路墩臺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力和附加變形。而既有鐵路的變形要求苛刻，所以在新建橋墩基坑開挖過程進行數(shù)值模擬分析，為設(shè)計和施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

2 工程概況

2.1 工程介紹

工程項目位于溫州市鹿城區(qū)藤橋鎮(zhèn)，新建戍浦江特大橋起點至DK1+841（金溫貨線里程K219+652.59）與既有金溫貨線并行，橋梁中心線與既有金溫貨線間距為8.8m～26m，為鄰近營業(yè)線施工作業(yè)。

新建樂清灣鐵路戍浦江特大橋23#、24#、27#墩分別鄰近既有金溫貨線藤江特大橋 8、9、12#墩距離分別為5.75、8.0和6.17米。新建鐵路墩臺基坑開挖深度為10.0米，支護形式為φ1000@1200灌注樁+三道鋼支撐。如圖1所示。

圖1 新建橋墩支護平、剖面圖

2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露，橋址區(qū)的巖土層按其成因分類主要有：第四系全新統(tǒng)填土層（Q1ml）、第四系全新統(tǒng)沖海積層（Q4al+m）、第四系全新統(tǒng)海積層（Q4m）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3nl+nl）、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（Q2nl+nl）、白堊系下統(tǒng)朝川組凝灰熔巖（K1c）。

橋址區(qū)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水及基巖裂隙水，分述如下：第四系松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水和基巖裂隙水。模型的詳細參數(shù)如下表1所示。

表1 巖土層和結(jié)構(gòu)物材料參數(shù)

粗圓礫土 17.9 50 0.25 9.0 25.4混凝土 25 30000 --

3 二維維有限元數(shù)值模擬分析

本文有限元模型中對地層的模擬主要為新建橋墩基坑的勘察資料進行歸并偏向不利地層狀況簡化而得。

本次計算巖土體本構(gòu)模型采用修正莫爾-庫倫彈塑性模型，采用二維平面應(yīng)變單元模擬巖土體。計算模型的邊界約束為：模型底部約束XY方向，左右兩側(cè)約束X方向。分析主要分為五個工況，分別為初始地應(yīng)力狀態(tài)、圍護樁施工、第一次基坑開挖3.0m、第二次基坑開挖3.0m和第四次基坑開挖3.0m，其中圖2所示計算模型，新建墩臺施工時橋墩、臺位移值如表2所示。

圖2 新建橋墩二維有限元模型圖

表2 新建墩臺施工時橋墩、臺位移值

圖3 第一次開挖橋墩、臺豎向變形

圖4 第二次開挖橋墩、臺豎向變形

圖5 第三次開挖橋墩、臺豎向變形

基坑開挖過程中，既有金溫貨線藤江特大橋橋墩樁基最大軸力、彎矩分別發(fā)生在工況2、工況6階段，即新建戍浦江特大橋橋墩基坑圍護樁施工與基坑開挖后，相對于基坑開挖前，軸力變化量為109.12KN，彎矩變化量為85.76Kn·m其變化量如圖6所示。

圖6 坑開挖過程中相對開挖前橋墩樁基軸力、彎矩變化量

根據(jù)開挖橋墩、臺豎向變形位移圖和彎矩圖均滿足《中國鐵路安全管理條例》要求。

4 結(jié)語

根據(jù)有限元軟件分析，在基坑圍護樁施工過程中，對既有藤江特大橋樁基產(chǎn)生最大軸力影響，故基坑圍護樁不能連續(xù)施工。基坑開挖應(yīng)遵循“分段、分層、分塊”原則進行。先撐后挖，不得超挖及損壞基坑圍護結(jié)構(gòu)，基坑暴露時間不宜超過12小時。工程實施中，應(yīng)針對各種安全風(fēng)險制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案措施。