樁板結(jié)構(gòu)施工對(duì)高速鐵路橋梁影響

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摘要：以臺(tái)州市和合大道工程下穿在建杭紹臺(tái)鐵路椒江特大橋?yàn)橐劳?，運(yùn)用有限元分析軟件模擬了樁板結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程，得到了椒江特大橋在道路工程附加荷載作用下的墩頂位移及樁基承載力檢算結(jié)果。結(jié)果表明：在和合大道樁板結(jié)構(gòu)施工及運(yùn)營(yíng)階段，高鐵橋梁墩頂位移（沉降量、差異沉降量、順橋向水平變形量和橫橋向水平變形量）及其樁基承載力均能滿足安全限值要求。

關(guān)鍵詞：樁板結(jié)構(gòu)；鐵路橋梁；墩頂位移；樁基承載力

作為一種新型的地基處理方法，樁板結(jié)構(gòu)在軟弱地基土地區(qū)下穿高速鐵路工程中取得了較好的實(shí)踐效果。當(dāng)高速鐵路橋下凈空滿足通行高度，但不具備設(shè)置橋梁條件，且地質(zhì)條件不宜采用路基結(jié)構(gòu)下穿時(shí)［１］，鐵路管理部門多建議采用樁板結(jié)構(gòu)方案下穿。因此，樁板結(jié)構(gòu)施工對(duì)高速鐵路橋梁的影響研究具有重要意義。隨著高速鐵路和公路交通的不斷發(fā)展，涉及高速鐵路的立交工程越來(lái)越多，研究道路施工過(guò)程對(duì)臨近高鐵橋梁的變形影響，對(duì)維護(hù)高鐵運(yùn)營(yíng)安全和滿足軌道平順性要求非常重要［２－３］。以臺(tái)州市和合大道工程下穿在建杭紹臺(tái)鐵路椒江特大橋?yàn)橐劳?，運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)樁板結(jié)構(gòu)施工對(duì)高速鐵路橋梁的影響進(jìn)行分析，對(duì)高鐵橋墩頂位移及其樁基承載力進(jìn)行檢算。

１工程概況

杭紹臺(tái)鐵路為高速鐵路，設(shè)計(jì)行車速度３５０ｋｍ／ｈ，于ＤＫ２１２＋０６０處上跨椒江。椒江特大橋?yàn)椋ǎ福矗保担叮矗福埃保担叮福矗磉B續(xù)鋼桁斜拉橋，且為四線橋，線間距為（５．３＋５＋５．３）ｍ，有砟軌道，位于直線及１．３‰、－１．３‰的縱坡上。和合大道采用樁板結(jié)構(gòu)從椒江特大橋第５１＃～５２＃橋墩間穿越，橋墩為四線圓端形空心橋墩，５１＃號(hào)墩采用１６根直徑Φ２．０ｍ鉆孔灌注摩擦樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為７５ｍ，５２＃墩采用１２根直徑Φ２．０ｍ鉆孔灌注摩擦樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為７９ｍ。５２＃墩與５３＃墩之間采用３２ｍ簡(jiǎn)支箱梁，５３＃墩與５４＃墩之間采用２４ｍ簡(jiǎn)支箱梁。和合大道新建樁板結(jié)構(gòu)設(shè)置為三聯(lián)，跨徑具體布置為（３×１０）ｍ＋（４×１０）ｍ＋（３×１０）ｍ，總長(zhǎng)１０１ｍ。橫向分四幅，左右幅主路機(jī)動(dòng)車道各為一幅，左右幅兩側(cè)輔路機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道及人行道共用一幅，共四幅，每幅之間設(shè)２ｃｍ斷縫。上部結(jié)構(gòu)承載板厚０．８ｍ，采用Ｃ４０鋼筋混凝土；樁基采用Φ１ｍ鉆孔灌注樁，樁間距３．５～４．０ｍ，采用Ｃ３０水下鋼筋混凝土?；鶚堕L(zhǎng)度在４８～５８ｍ范圍內(nèi)。下穿杭紹臺(tái)鐵路處地質(zhì)從上到下依次為：雜填土、淤泥、粉質(zhì)黏土、細(xì)圓礫土、含礫粉質(zhì)黏土，其中淤泥層厚度約２７ｍ，地質(zhì)條件相對(duì)較差。樁板結(jié)構(gòu)左幅人行道欄桿外側(cè)距離杭紹臺(tái)鐵路５１＃橋墩最小距離為５．５３ｍ，右幅人行道欄桿外側(cè)距離杭紹臺(tái)鐵路５２＃橋墩最小距離為４．３６ｍ；樁板結(jié)構(gòu)樁基中心距離杭紹臺(tái)鐵路５１＃橋墩樁基中心最小距離７．５２ｍ，距離杭紹臺(tái)鐵路５２＃橋墩樁基中心最小距離８．１２ｍ；樁板結(jié)構(gòu)距杭紹臺(tái)鐵路梁底約為４０ｍ。和合大道樁板結(jié)構(gòu)與椒江特大橋的相對(duì)位置關(guān)系，見(jiàn)圖１、圖２。

２有限元數(shù)值模擬

２．１模型建立

根據(jù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)及地勘報(bào)告等資料，利用ＭＩＤＡＳＧＴＳＮＸ軟件建立三維有限元數(shù)值分析模型。在三維建模中，計(jì)算區(qū)域主要根據(jù)新建樁板結(jié)構(gòu)與既有橋梁的位置關(guān)系，并滿足一定邊界效應(yīng)的要求來(lái)確定。在本模型中，為滿足橋梁施工的邊界效應(yīng)，三維數(shù)值模型整體尺寸為３５０ｍ（ｘ）×３００ｍ（ｙ）×２００ｍ（ｚ）。本模型采用位移邊界條件：側(cè)面限制水平位移，底部限制垂直位移，模型上表面取為自由邊界。土體強(qiáng)度準(zhǔn)則為Ｍｏｈｒ－ｃｏｕｌｏｍｂ準(zhǔn)則，采用實(shí)體單元模擬，土層計(jì)算參數(shù)結(jié)合本工程地質(zhì)勘察報(bào)告和相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值，得到計(jì)算模型如圖３和圖４所示。依據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》［４］ＣＪＪ１１—２０１１，城－Ａ級(jí)車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值取為１０．５ｋＮ／ｍ。

２．２施工過(guò)程模擬

施工過(guò)程分析步驟為：初始化地應(yīng)力場(chǎng)、高鐵施工階段、位移清零、樁板結(jié)構(gòu)樁基施工、承載板施工、道路運(yùn)營(yíng)［５－６］。具體模擬過(guò)程見(jiàn)表１。

２．３數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果

２．３．１高鐵橋墩的變形。通過(guò)數(shù)值模擬，得到和合大道施工過(guò)程對(duì)杭紹臺(tái)鐵路椒江特大橋５１＃～５４＃橋墩及承臺(tái)的影響（樁板結(jié)構(gòu)樁基施工及承載板施工），主要包括橫橋向位移（模型ｙ方向）、順橋向位移（模型ｘ方向）以及豎向的沉降（模型ｚ方向），和合大道施工階段鐵路橋梁墩臺(tái)的位移云圖如圖５所示。為避免冗余，運(yùn)營(yíng)階段的計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表２和表３。表２表明，和合大道樁板結(jié)構(gòu)施工過(guò)程引起的高鐵墩頂最大豎向位移０．８５４２ｍｍ，位于５２＃墩，滿足３０ｍｍ的控制限值要求；高鐵墩頂最大差異沉降０．５５３１ｍｍ（５２＃和５３＃墩之間），滿足１５ｍｍ的控制限值要求；高鐵墩頂最大順橋向位移１．８３６３ｍｍ，位于５２＃墩，滿足２４．５ｍｍ的控制限值要求；高鐵墩頂最大橫橋向位移０．１３９３ｍｍ，位于５２＃墩，最大橫橋向位移差０．０９２８ｍｍ（５２＃和５３＃橋墩之間），滿足１２ｍｍ的控制限值要求［７］。表３表明，道路運(yùn)營(yíng)階段引起的杭紹臺(tái)鐵路墩頂最大沉降為０