郭　磊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

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

GUO Lei

桩筏U形结构在新建铁路路基并行既有高铁桥梁时的应用

郭磊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

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

GUO Lei

摘要某铁路枢纽内新建铁路工程，由于平面条件受限，以路堤形式并行既有高速铁路桥梁通过。为减小新建路基工程建设引起既有客运专线桥梁沉降变形，保证运营安全，经技术比较，采用桩筏U形结构。运用Plaxis软件建立数值分析模型，对基坑开挖、桩筏U形结构的施工过程进行数值模拟分析：基坑开挖及桩筏U形结构施工引起桥梁的隆起和下沉变形分别为1 mm、3 mm，两项变形叠加累计沉降2 mm，满足规范要求。

关键词桩筏U形结构有限元数值模拟

铁路枢纽受既有铁路、道路及建筑物的影响，工程条件相对复杂。新建铁路路基并行高速铁路桥梁是近来铁路建设过程中在铁路枢纽区域经常遇到的情况。为防止路基放坡占压既有桥梁桥墩，可以考虑采用U形结构等支挡结构。为减小基坑开挖及回填导致既有桥梁竖向及水平的变形，桩筏U形结构是可考虑的工程方案。《高速铁路设计规范》中第7.3.10条规定桥梁墩台均匀沉降为20 mm，相邻墩台的沉降差为5 mm。《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》(铁运[2012]83号)规定，静态高低容许偏差管理值为4 mm；动态高低容许偏差管理值为5 mm。采用合理的路基结构减小新建铁路工程对既有高速铁路桥梁的影响是非常必要的。

运用Plaxis软件建立数值分析模型，对新建路基的基坑开挖、路堤放坡及桩筏U形结构的施工过程进行数值模拟分析。

1工程背景

1.1　工程概况

新建铁路以路基形式与某高速铁路桥梁73～76墩并行，路基宽度13.7 m，与既有线线间距9 m，路肩距桥墩边缘2.6 m，路基填高2.5 m。既有高速铁路桥梁为32 m简支梁，桥下净高9.5 m，桥墩基础由4根1.0 m钻孔桩构成，桩长21 m。

1.2　场地地质情况

地基表层为杂填土，松散，稍湿，主要由碎石、砖块及黏性土等构成。其下依次为：粉质黏土，黄褐色，硬塑，基本承载力σ0=140 kPa；粉土，黄褐色，稍密，基本承载力σ0=140 kPa；细圆粒土，黄褐色，密实，饱和，主要由石英、长石组成，含少量砾石及大量黏性土，基本承载力σ0=600 kPa；砾砂，黄褐色，密实，饱和，主要由石英、长石组成，含黏性土，基本承载力σ0=550 kPa。

地下水埋深9.0～12.0 m，水位季节性变幅2.0 m，无侵蚀性。

地震动峰值加速度0.10g(地震基本烈度Ⅶ度)。

土壤标准冻结深度1.30 m，土壤最大冻结深度1.48 m。

2数值模拟

2.1　数值模拟方案

采用岩土有限元分析软件Plaxis 2D进行模拟。模型宽度为100 m，深度50 m，地层均采用“强化土模型”来模拟土的本构关系，桥梁承台、桩基采用板单元模拟，基坑开挖以均布荷载形式加载来模拟，桩筏U形结构施工按桩基全部承担路基结构及上部轨道、列车荷载，以集中荷载形式模拟[5]，土体水平边界采用水平约束，底边界采用固定约束。

利用前面所确定分层土的地质参数和土体计算模型尺寸，可建立二维平面有限元模型，整体计算模型如图1所示。

2.2　计算分析结果

本部分研究基坑开挖、路基正常放坡及桩筏U形结构施工对临近秦沈客专桥梁基础沉降的影响。

(1)基坑开挖对桥梁基础沉降及差异沉降的影响

图2～图3给出了基坑开挖土体变形矢量图及变形云图。基坑开挖施工引起桥梁最大附加隆起为1.0 mm，京沈正线与秦沈线线间距不变，基坑深度不变，相邻桥墩之间差异沉降不变。基坑开挖阶段引起的桥梁基础沉降及差异沉降均满足《高速铁路设计规范》中相邻墩台的沉降差为5 mm及《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》中容许偏差为4 mm的规范要求。

(2)路基放坡施工对桥梁基础沉降及差异沉降的影响

新建路基填高2.5 m，边坡以1∶1.5坡率放坡，放坡后边坡占压既有桥梁墩台。图4～图5给出填高2.5 m路基放坡变形矢量图及变形等值线图。路基正常放坡引起桥梁最大沉降为4.2 mm(下沉)。桩筏U形结构施工阶段引起的桥梁基础总沉降及差异沉降均满足《高速铁路设计规范》中相邻墩台的沉降差为5 mm的要求，但不满足《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》中容许偏差为4 mm的规范要求。

(3)桩筏U形结构施工对桥梁基础沉降及差异沉降的影响

为减小新建路基对运营既有线路的影响，研究了桩筏U形结构，如图6所示，并进行分析，图7为桩筏U形结构路基工程建设引起既有桥梁变形矢量图及变形等值线图。

桩筏U形结构施工引起桥梁最大沉降为3.0 mm，无差异沉降。总沉降及差异沉降均满足《高速铁路设计规范》中相邻墩台的沉降差为5 mm及《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》中容许偏差为4 mm的要求。

3结论

以某枢纽内新建路基工程临近既有高速铁路桥梁为依托，运用Plaxis软件建立数值分析模型，对基坑开挖、路基放坡、桩筏U形结构的施工过程进行数值模拟分析。得出以下研究结论：=在新建铁铁路基并行既有高铁桥梁时，应用桩筏U形结构可以减小对既有桥梁基础的影响。基坑开挖及桩筏U形结构的施工引起临近桥梁基础变形，基坑开挖引起桥梁的隆起变形，最大变形为1.00 mm，桩筏U形结构的施工引起桥梁的下沉变形，最大变形为3.00 mm，两项变形叠加后累计沉降为2.00 mm，满足《高速铁路设计规范》中相邻墩台的沉降差为5 mm及《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》中容许偏差为4 mm的规范要求。

参考文献

[1]禚一，张军，宋顺忱.软土地区基坑开挖对临近高铁影响数值仿真分析[J].铁道工程学报，2014(2)

[2]TB10621—2014高速铁路设计规范[S]

[3]铁运[2012]83号高速铁路无砟轨道修理规则(试行)[S]

[4]TB10106—2010铁路工程地基处理技术规程[S]

[5]赵少伟，王丙兴，郭蓉.Plaxis在高速公路软基变形研究中的应用[J].路基工程，2008(4)

[6]李曙光，隋孝民.新型支挡结构适用性探讨[J].铁道勘察，2014(5)

[7]郭坚鸽.软土路基桩筏基础土受力测试分析[J].铁道勘察，2014(1)

中图分类号：U231.3

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)05-0056-02

作者简介：郭磊(1982—)，男，2010年毕业于兰州交通大学，工学硕士，工程师。

收稿日期：2015-06-10