新建橋墩開挖對鄰近鐵路橋墩、臺的安全性分析

徐杰(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)

1 引言

當(dāng)今中國高鐵的快速發(fā)展和用地緊張趨勢的存在，導(dǎo)致越來越頻繁的新建基坑距離已有建筑或橋梁很近。基坑的開挖過程中對于土層原有應(yīng)力的平衡的一種破壞，相當(dāng)于應(yīng)力釋放的過程，會引起土體應(yīng)力重分布，從而使鄰近既有鐵路墩臺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力和附加變形。而既有鐵路的變形要求苛刻，所以在新建橋墩基坑開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，為設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

2 工程概況

2.1 工程介紹

工程項(xiàng)目位于溫州市鹿城區(qū)藤橋鎮(zhèn)，新建戍浦江特大橋起點(diǎn)至DK1+841（金溫貨線里程K219+652.59）與既有金溫貨線并行，橋梁中心線與既有金溫貨線間距為8.8m～26m，為鄰近營業(yè)線施工作業(yè)。

新建樂清灣鐵路戍浦江特大橋23#、24#、27#墩分別鄰近既有金溫貨線藤江特大橋 8、9、12#墩距離分別為5.75、8.0和6.17米。新建鐵路墩臺基坑開挖深度為10.0米，支護(hù)形式為φ1000@1200灌注樁+三道鋼支撐。如圖1所示。

圖1 新建橋墩支護(hù)平、剖面圖

2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露，橋址區(qū)的巖土層按其成因分類主要有：第四系全新統(tǒng)填土層（Q1ml）、第四系全新統(tǒng)沖海積層（Q4al+m）、第四系全新統(tǒng)海積層（Q4m）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3nl+nl）、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（Q2nl+nl）、白堊系下統(tǒng)朝川組凝灰熔巖（K1c）。

橋址區(qū)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水及基巖裂隙水，分述如下：第四系松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水和基巖裂隙水。模型的詳細(xì)參數(shù)如下表1所示。

表1 巖土層和結(jié)構(gòu)物材料參數(shù)

粗圓礫土 17.9 50 0.25 9.0 25.4混凝土 25 30000 --

3 二維維有限元數(shù)值模擬分析

本文有限元模型中對地層的模擬主要為新建橋墩基坑的勘察資料進(jìn)行歸并偏向不利地層狀況簡化而得。

本次計(jì)算巖土體本構(gòu)模型采用修正莫爾-庫倫彈塑性模型，采用二維平面應(yīng)變單元模擬巖土體。計(jì)算模型的邊界約束為：模型底部約束XY方向，左右兩側(cè)約束X方向。分析主要分為五個工況，分別為初始地應(yīng)力狀態(tài)、圍護(hù)樁施工、第一次基坑開挖3.0m、第二次基坑開挖3.0m和第四次基坑開挖3.0m，其中圖2所示計(jì)算模型，新建墩臺施工時橋墩、臺位移值如表2所示。

圖2 新建橋墩二維有限元模型圖

表2 新建墩臺施工時橋墩、臺位移值

圖3 第一次開挖橋墩、臺豎向變形

圖4 第二次開挖橋墩、臺豎向變形

圖5 第三次開挖橋墩、臺豎向變形

基坑開挖過程中，既有金溫貨線藤江特大橋橋墩樁基最大軸力、彎矩分別發(fā)生在工況2、工況6階段，即新建戍浦江特大橋橋墩基坑圍護(hù)樁施工與基坑開挖后，相對于基坑開挖前，軸力變化量為109.12KN，彎矩變化量為85.76Kn·m其變化量如圖6所示。

圖6 坑開挖過程中相對開挖前橋墩樁基軸力、彎矩變化量

根據(jù)開挖橋墩、臺豎向變形位移圖和彎矩圖均滿足《中國鐵路安全管理?xiàng)l例》要求。

4 結(jié)語

根據(jù)有限元軟件分析，在基坑圍護(hù)樁施工過程中，對既有藤江特大橋樁基產(chǎn)生最大軸力影響，故基坑圍護(hù)樁不能連續(xù)施工。基坑開挖應(yīng)遵循“分段、分層、分塊”原則進(jìn)行。先撐后挖，不得超挖及損壞基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑暴露時間不宜超過12小時。工程實(shí)施中，應(yīng)針對各種安全風(fēng)險制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案措施。