某出水明渠下穿工程對(duì)既有鐵路橋墩的影響分析

江 攀

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都 610031)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類(lèi)工程的建設(shè)進(jìn)程日益加快，但由于地域限制，新建工程常常臨近既有工程，為了確保新建工程的合理設(shè)計(jì)及既有工程的安全，常常要分析此類(lèi)交叉工程之間的相互影響[1]。由于涉及到廣大乘客的安全，新建工程對(duì)既有鐵路的影響更是研究的重點(diǎn)[2]，近年來(lái)，大量河道出于對(duì)通航及防洪等因素的考慮，需要進(jìn)行改造，當(dāng)其與既有鐵路出現(xiàn)相互交叉時(shí)，必須對(duì)河道改建工程進(jìn)行安全評(píng)估，分析其對(duì)既有鐵路造成的影響[3]。本文以某一出水明渠工程下穿既有鐵路橋梁為背景，對(duì)河道工程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行介紹，并分析其對(duì)既有鐵路橋梁的影響，可為日后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 工程概況

1.1 原河道概況

原河道位于合肥市境內(nèi)，河底寬度9～14 m，河底高程約8.4 m，河道邊坡為土質(zhì)邊坡，邊坡坡率1∶1.2～1∶1.8，無(wú)其他防護(hù)措施。堤壩頂標(biāo)高為12.5～13.5 m，周?chē)貏?shì)標(biāo)高為11～12 m，地形較平坦。

1.2 既有鐵路橋墩概況

既有鐵路為無(wú)砟軌道，出水明渠與該鐵路相交2#～3#墩間。橋梁相鄰各跨均為32 m簡(jiǎn)支箱梁結(jié)構(gòu)，重力式實(shí)心墩，樁基接承臺(tái)基礎(chǔ)。橋位處地形起伏不大，梁底高程約26.9 m。

1.3 出水明渠工程設(shè)計(jì)方案

出水明渠工程長(zhǎng)60 m，主要包括岸線整治及河道疏浚，平面上由R=90 m、R=60 m的曲線及一段直線組成。工程采用樁接U槽結(jié)構(gòu)作為永久堤防，U槽內(nèi)填充級(jí)配碎石，總寬5 m，底板厚0.6～1.0 m，邊墻高3 m。下基礎(chǔ)采用φ1.0 m的鉆孔樁，樁間距7 m×3 m，樁長(zhǎng)18 m。河道邊坡均采用框架梁護(hù)坡防護(hù)，河底采用0.5 m厚的漿砌片石鋪砌至河底設(shè)計(jì)標(biāo)高7.84 m。鋼混框架梁橫截面尺寸0.4 m×0.3 m，采用2.5 m×2.5 m的矩形窗格布置，窗格內(nèi)砌筑漿砌片石。

1.4 土層條件

根據(jù)地勘資料，場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 數(shù)值模擬分析

2.1 模型建立

選取下穿工程涉鐵范圍內(nèi)的巖土和結(jié)構(gòu)物，采用數(shù)值模擬方法計(jì)算下穿出水明渠對(duì)鐵路橋墩的影響，既有鐵路橋墩包括1#～4#墩。利用Midas NX建立三維有限元模型，考慮邊界效應(yīng)的影響，模型總長(zhǎng)度138 m(順橋向/X向)、寬度90 m(橫橋向/Y向)、深度85 m(豎向/Z向)，建立的三維計(jì)算模型如圖1所示。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

圖1 三維計(jì)算模型

2.2 模型邊界條件

模型的邊界條件分別為：上表面自由邊界，側(cè)面施加法向位移約束，底部施加完全固定約束。

2.3 本構(gòu)及參數(shù)選取

土體采用修正Mohr-Coulumb本構(gòu)模型[4]，計(jì)算參數(shù)按照地勘資料選取。

2.4 施工工況設(shè)置

根據(jù)實(shí)際施工情況，本次模擬共設(shè)置5個(gè)工況：工況1初始應(yīng)力場(chǎng)平衡、工況2近2#墩側(cè)河堤整平挖方、工況3U槽底板挖方及鉆孔樁施工、工況4U槽施工及填筑、工況5河道疏浚及墊層鋪砌，部分典型工況如圖2所示。

圖2 典型施工工況模擬

2.5 出水明渠下穿工程對(duì)鐵路橋墩的影響

通過(guò)有限元模擬，出水明渠下穿工程施工后，既有鐵路橋梁各墩頂X、Y、Z方向的累計(jì)位移統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2、表3及表4。

表2 墩頂順橋向(X向)累計(jì)位移 單位：mm

由上表可以看出，既有鐵路橋墩墩頂最大累計(jì)水平位移及豎向位移均發(fā)生在2#墩，分別為0.42 mm、-0.20 mm。

表3 墩頂橫橋向(Y向)累計(jì)位移 單位：mm

表4 墩頂豎向(Z向)累計(jì)位移 單位：mm

綜合上述結(jié)果可得，出水明渠下穿工程對(duì)既有鐵路橋墩墩頂?shù)目傮w影響較小，墩頂累計(jì)位移小于相關(guān)規(guī)范中無(wú)砟軌道2 mm的一般取值，滿足受下穿工程影響的高速鐵路橋梁墩臺(tái)頂位移限值要求[5]。

3 結(jié)論

本文以某出水明渠工程下穿一既有鐵路橋梁為背景，對(duì)此下穿工程的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，并分析了該工程對(duì)既有鐵路橋墩的影響。分析表明，本工程通過(guò)采取合理的設(shè)計(jì)方案及防護(hù)措施，保證了出水明渠下穿施工后，對(duì)既有鐵路橋梁墩頂?shù)睦塾?jì)位移影響較小，位移值均未超限，設(shè)計(jì)方案可行。同時(shí)，由于各階段施工過(guò)程中的影響難以計(jì)算，如出現(xiàn)鉆孔樁施工時(shí)對(duì)軟土承載特性的影響等情況，建議在施工中加強(qiáng)對(duì)鐵路橋墩的變形監(jiān)測(cè)，所有施工過(guò)程需嚴(yán)格控制。