鉆孔灌注樁基礎變形對既有線的影響范文

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《公路雜志》2016年第10期

摘要：

新建高速鐵路跨越既有線施工過程中，存在諸多工程問題，包括基坑開挖、現澆箱梁支架鉆孔灌注樁基礎變形等對既有線的影響等。采用三維有限元方法模擬分析跨越既有線連續梁現澆支架的基礎灌注樁施工的“縮頸效應”、支架基礎變形引起的“牽連作用”等對既有線的影響。針對計算結果及工程經驗，建議灌注樁施工期間采取限速等措施，以確保既有線行車安全。

關鍵詞：

既有線；鉆孔灌注樁；基礎；變形；有限元分析

新建高速鐵路跨既有線的連續梁采用現澆支架法施工時，其荷載將通過鋼管支架傳遞至支架基礎上，進而通過基礎下的鉆孔灌注樁傳遞至地基，地基將在上述荷載作用下發生一定量的變形（以豎向變形為主）。由于支架基礎緊鄰既有線路基，其沉降變形將會對既有線產生“牽連作用”，從而導致既有線路基與鐵軌產生變形［1－3］。此外，支架基礎灌注樁施工時，產生的“縮頸效應”同樣對既有線產生一定的影響［4－7］。因此，研究現澆箱梁支架的鉆孔灌注樁基礎變形對既有線的影響具有非常重要的工程意義。本文結合工程實例，采用有限元方法分析在上述“縮頸效應”、“牽連作用”下，鉆孔灌注樁基礎變形對既有線路基的影響，工程實踐表明，方案與計算結果均具有指導意義。

1工程簡介

三條新建高速鐵路采用主跨100m的連續梁跨越既有線，連續梁采用支架法施工，支架基礎與既有線平行，采用條形基礎＋樁的形式。條基截面尺寸為1．8m×1．0m（寬×高），長度為192．75m。樁基為1200mm的鉆孔灌注樁，間距為5．0m，如圖1、圖2所示。

2計算模型

為減小數值模型中邊界約束條件對計算結果產生的不利影響，取計算模型尺寸為：寬度方向70m，長度方向為242m，深度方向約為60m（最大鉆孔深度），如圖3所示。

2．1縮頸效應的計算模型

本工況下的施工順序為先施工一側鉆孔灌注樁，再施工另一側，為便于分析將4根鐵軌按照與先施工一側樁基的距離編為1～4號軌道，如圖4所示。劃分網格后的三維模型如圖5所示；圖6為樁基與既有線路基以及軌道的空間關系。

2．2牽連作用的計算模型

本工況下劃分網格后的三維模型如圖7所示；樁基、承臺與既有線路基及鐵軌的空間關系如圖8所示。

2．3單元類型

數值模擬分析中采用三維有限元軟件，土體、樁、鐵路路基均采用三維8節點六面體實體單元，鐵軌采用桁架單元；樁—土接觸面單元采用無厚度的Goodman單元；采用理想彈塑性的mohr－coulomb強度準則。模型的邊界條件為：頂面為自由邊界條件；側面限制外法向位移；底部邊界的3個平移自由度均限制其位移。

3計算結果

采用三維有限元計算模型分析在“縮頸效應”、“牽連作用”下，對既有線路基、鐵軌的變形影響。在下面的計算結果中，X正方向為沿著鐵路向右，Y正方向為朝向第一批施工灌注樁方向、Z正方向為向上（即隆起）。

3．1縮頸效應的計算結果

3．1．1基樁施工引起的既有線位移

在最不利工況下（不含列車荷載的作用），分析樁基施工對既有線路基及軌道的位移的影響，計算結果見表1。從上述計算結果中可以得出，在沒有列車荷載的作用下，因基樁施工引起的軌道的最大豎向位移約為16mm，但這是在下列最不利工況下得到的，即既有線一側的鉆孔灌注樁同時進行成孔后（不澆筑混凝土），進行另外一側的成孔施工，顯然與實際工程施工不符。根據經驗修正，一般取其最大值的25％較為合理，即因鉆孔灌注樁施工所引起的軌道沉降最大值約為4mm；差異沉降很小，即使按照最不利工況考慮，差異沉降也僅為1．0mm左右。

3．1．2列車荷載引起的軌道的位移

在最不利工況下（雙向列車在施工區域會車），分析列車荷載對既有線的軌道的沉降的影響。結果表明，列車荷載引起的既有線軌道的最大沉降約為10．6mm，差異沉降約為1．5mm，沉降云圖如圖9、圖10所示。

3．1．3列車荷載作用下基樁施工引起的軌道的位移

在列車荷載作用下，分析基樁施工對既有線軌道的位移的影響，計算結果見表2．結果表明，在鉆孔灌注樁施工時，考慮既有線列車會車荷載的作用，軌道的最大沉降約為25．67mm，包括列車運行所引起的沉降約10．6mm，則由于鉆孔灌注樁施工所引起的附加沉降約為15mm，與上述計算結果較為一致。綜上所述，在列車荷載作用下，因“縮頸效應”引起的既有線軌道的最大沉降約為14．6mm，差異沉降約為2．7mm，為了確保施工期間既有線的行車安全，建議采取限速措施等。

3．2牽連作用的計算結果

在各工況下，支架基礎變形對既有線路基及軌道的位移影響見表3。結果表明，因支架基礎變形對既有線軌道的最大沉降約為11．58mm，包括列車運行所引起的沉降約10．6mm，因此，由于支架基礎變形所引起的既有線軌道的附加沉降僅為1mm左右，故對既有線的影響較小。

4結語

根據上述數值模擬分析可得到以下主要結論。

（1）本工程鉆孔灌注樁施工時，會對鄰近的既有線路基及軌道產生一定的影響；不考慮列車荷載的情況下，灌注樁施工所產生的最大附加沉降約為4mm，最大的差異沉降約為1．0mm。

（2）鉆孔灌注樁施工時，對鄰近的既有線路基及軌道產生的附加水平位移影響較小。

（3）僅考慮列車荷載作用，軌道的最大沉降約為10．6mm，差異沉降約為1．5mm。

（4）在鉆孔灌注樁施工時，考慮既有線列車會車荷載的作用，軌道的最大沉降約為14．6mm，差異沉降約為2．7mm。

（5）在鉆孔灌注樁施工期間，為了確保既有線的行車安全，建議采取限速等措施。

（6）因支架基礎變形所引起的既有線軌道的附加沉降約為1mm，故對既有線的影響較小。目前，該新建高速鐵路跨越既有線的連續梁橋，在限速的情況下，已安全施工完畢，驗證了該分析方法是可行的，為在類似施工條件下跨越既有線的連續梁橋的支架法施工積累了寶貴的經驗。

參考文獻：

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［7］溫世游，陳云敏．鉆孔灌注樁變形機理的理論分析和數值模擬［C］∥中國土木工程學會第九屆土力學及巖土工程學術會議論文集，2003．

作者:韓學偉 王高彥 王君 單位:中國交通建設股份有限公司 河海大學 中交第二公路工程局有限公司