樁筏U形結構在新建鐵路路基并行既有高鐵橋梁時的應用

郭　磊

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，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形結構在新建鐵路路基并行既有高鐵橋梁時的應用

郭磊

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，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引起既有客運專線橋梁沉降變形，保證運營安全，經技術比較，采用樁筏U形結構。運用Plaxis軟件建立數值分析模型，對基坑開挖、樁筏U形結構的施工過程進行數值模擬分析：基坑開挖及樁筏U形結構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，滿足規范要求。

關鍵詞樁筏U形結構有限元數值模擬

鐵路樞紐受既有鐵路、道路及建筑物的影響，工程條件相對復雜。新建鐵路路基并行高速鐵路橋梁是近來鐵路建設過程中在鐵路樞紐區域經常遇到的情況。為防止路基放坡占壓既有橋梁橋墩，可以考慮采用U形結構等支擋結構。為減小基坑開挖及回填導致既有橋梁豎向及水平的變形，樁筏U形結構是可考慮的工程方案。《高速鐵路設計規范》中第7.3.10條規定橋梁墩臺均勻沉降為20 mm，相鄰墩臺的沉降差為5 mm。《高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)》(鐵運[2012]83號)規定，靜態高低容許偏差管理值為4 mm；動態高低容許偏差管理值為5 mm。采用合理的路基結構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形結構的施工過程進行數值模擬分析。

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，橋墩基礎由4根1.0 m鉆孔樁構成，樁長21 m。

1.2　場地地質情況

地基表層為雜填土，松散，稍濕，主要由碎石、磚塊及黏性土等構成。其下依次為：粉質黏土，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)。

土壤標準凍結深度1.30 m，土壤最大凍結深度1.48 m。

2數值模擬

2.1　數值模擬方案

采用巖土有限元分析軟件Plaxis 2D進行模擬。模型寬度為100 m，深度50 m，地層均采用“強化土模型”來模擬土的本構關系，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形結構施工按樁基全部承擔路基結構及上部軌道、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參數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　計算分析結果

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

(1)基坑開挖對橋梁基礎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。基坑開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。基坑開挖階段引起的橋梁基礎沉降及差異沉降均滿足《高速鐵路設計規范》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則(試行)》中容許偏差為4 mm的規范要求。

(2)路基放坡施工對橋梁基礎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形結構施工階段引起的橋梁基礎總沉降及差異沉降均滿足《高速鐵路設計規范》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則(試行)》中容許偏差為4 mm的規范要求。

(3)樁筏U形結構施工對橋梁基礎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形結構，如圖6所示，并進行分析，圖7為樁筏U形結構路基工程建設引起既有橋梁變形矢量圖及變形等值線圖。

樁筏U形結構施工引起橋梁最大沉降為3.0 mm，無差異沉降。總沉降及差異沉降均滿足《高速鐵路設計規范》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則(試行)》中容許偏差為4 mm的要求。

3結論

以某樞紐內新建路基工程臨近既有高速鐵路橋梁為依托，運用Plaxis軟件建立數值分析模型，對基坑開挖、路基放坡、樁筏U形結構的施工過程進行數值模擬分析。得出以下研究結論：=在新建鐵鐵路基并行既有高鐵橋梁時，應用樁筏U形結構可以減小對既有橋梁基礎的影響。基坑開挖及樁筏U形結構的施工引起臨近橋梁基礎變形，基坑開挖引起橋梁的隆起變形，最大變形為1.00 mm，樁筏U形結構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《高速鐵路設計規范》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則(試行)》中容許偏差為4 mm的規范要求。

參考文獻

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[2]TB10621—2014高速鐵路設計規范[S]

[3]鐵運[2012]83號高速鐵路無砟軌道修理規則(試行)[S]

[4]TB10106—2010鐵路工程地基處理技術規程[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用[J].路基工程，2008(4)

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

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

中圖分類號：U231.3

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)05-0056-02

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

收稿日期：2015-06-10