臨近高鐵側墻式樁板結構的樁基分布合理性分析

冀少峰 JI Shao-feng

（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

0 引言

多年來，隨著鐵路網的逐漸加密，引入既有高鐵站變得越來越常見，既有無砟軌道的變形要求很高，所以新建鐵路路基的地基處理方案變得尤為重要，既要保證安全可靠，又要滿足經濟性的要求。采用側墻式樁板結構進行地基處理可以很好保證既有線變形和節約土地。論文結合實際項目，通過有限元數值模擬，分析側墻式樁板結構的外側一排樁間距對既有線變形和筏板配筋的影響，從而對設計方案進行優化。

1 工程概況

論文中的新建高鐵為時速250km/h 客運專線，路基填高6m，站臺填高8m，采用路基幫寬形式緊鄰既有線，地基處理采用樁板結構形式，樁長22m，樁徑1m，橫向樁間距3.4m，縱向樁間距4.5m，筏板厚度1m；論文分析的范圍分布有三處雨棚立柱，每處立柱處的荷載為1392kN。既有安九高鐵潛山站為無砟軌道形式，路基填高6m，站臺填高8m，采用螺紋樁進行地基處理，樁長6~10m，樁間距2~2.4。引入皆有車站的平面圖和代表性橫斷面圖如圖1~圖2 所示。

圖1 六慶高鐵引入安九高鐵潛山站平面圖

圖2 代表性橫斷面圖

根據《臨近鐵路營業線施工安全監測技術規程》（TB10314-2021）及《中國鐵路上海局集團有限公司營業線施工工務安全監督管理辦法》（上鐵工[2020]345 號）中的相關要求，既有高速鐵路路基的軌道、路基的水平和豎向位移控制值見表1。

表1 既有高速鐵路路基的軌道和路基位移控制值

新建路基下的地層從上至下依次為素填土、粉土、粉質粘土、中砂、礫砂、全風化泥質粉砂巖、強風化泥質粉砂巖、弱風化泥質粉砂巖，地質條件較好，具體參數詳表2。

表2 材料參數

2 數值模擬

2.1 模型本構關系及配筋檢算理論

材料本構關系的選取關系到計算結果的精度，為保證計算結果的準確性，論文采用線彈性模型（Linearelastic）和摩爾－庫侖模型（Mohr—Coulomb）兩種本構關系。其中，鉆孔灌注樁、雨棚基礎和筏板采用線彈性模型，基床表層、基床底層、路基本體和地基各土層采用摩爾－庫侖模型。

受彎構件最大應力：

鋼筋混凝土構件相對界限受壓區高度：

正截面受彎承載力應符合下列規定：

M－彎矩；

b－筏板寬度，此處取值1；

h－筏板厚度；

β1－系數，取值0.8；

fy－鋼筋抗拉強度設計值，取值360N/mm2；

Es－鋼筋彈性模量，取值2×105N/mm2；

εcu－混凝土極限壓應變。

2.2 材料參數和結構尺寸

根據鐵路定測的地質勘察資料和工程地質手冊，材料采用的參數見表2。

2.3 有限元模型建立

利用有限元分析軟件MIDAS—GTS 對代表性斷面進行模擬分析，沿線路方向長度取35m。鉆孔樁采用植入式梁單元來模擬樁的受力；其余結構均采用3D 實體單元。三維有限元模型如圖3~圖4 所示。

圖3 新建高鐵路基幫寬既有路基整體模型

圖4 樁板結構、雨棚基礎及立柱荷載模型

2.4 既有鐵路路基變形分析

由于站臺填方較高，對側墻的側壓力較大，最外側一排樁的布置對筏板受彎的影響較大，本次模擬建立三種最外側樁至側墻邊緣的距離進行模擬分析，分別是0.6m、1.3m、2.0m，進而對比分析既有線的變形和筏板水平應力：

2.4.1 既有線變形分析

最外側樁至側墻邊緣的距離分別是0.6m、1.3m、2.0m的情況下，既有線的水平位移云圖如圖5~圖7 所示。

圖5 最外側樁至側墻邊緣的距離為0.6m 時水平位移云圖

圖7 最外側樁至側墻邊緣的距離為2.0m 時水平位移云圖

最外側樁至側墻邊緣的距離分別是0.6m、1.3m、2.0m的情況下，既有線的豎向位移云圖如圖8~圖10 所示。

圖6 最外側樁至側墻邊緣的距離為1.3m 時水平位移云圖

圖8 最外側樁至側墻邊緣的距離為0.6m 時豎向位移云圖

圖10 最外側樁至側墻邊緣的距離為2.0m 時豎向位移云圖

提取既有線路肩和軌道的位移見表3。

表3 不同最外側樁至側墻邊緣下既有線變形值

圖9 最外側樁至側墻邊緣的距離為1.3m 時豎向位移云圖

通過圖5~圖10 和表3 得出，最外側樁至側墻邊緣的距離對既有線變形影響很小，且既有線變形均滿足限值要求。

2.4.2 筏板受力分析

最外側樁至側墻邊緣的距離分別是0.6m、1.3m、2.0m的情況下，對水平向配筋影響較大，筏板水平應力云圖如圖11~圖13 所示。

圖11 最外側樁至側墻邊緣的距離為0.6m 時水平應力云圖

圖13 最外側樁至側墻邊緣的距離為2.0m 時水平應力云圖

通過以上應力云圖，根據公式（1）~（3）計算出筏板所受彎矩，同配筋所能承受彎矩進行對比分析，見表4。

表4 不同最外側樁至側墻邊緣下既有線變形值

圖12 最外側樁至側墻邊緣的距離為1.3m 時水平應力云圖

通過圖5~圖10 和表3 得出，最外側樁至側墻邊緣的距離為0.6m 時，筏板右側頂面受力偏小，且小于左側頂面受力，該情況布局不合理；最外側樁至側墻邊緣的距離為1.3m 時，筏板右側頂面受力均衡，承載強度安全系數為1.59，較為合理；最外側樁至側墻邊緣的距離為2.0m 時，筏板右側頂面受力偏大，接近鋼筋承受極限值，該情況布局不合理。因此最外側樁至側墻邊緣的距離以1.3m 為宜。

3 結語

通過對工程模型的數值模擬分析，得出以下結論：

①最外側樁至側墻邊緣的距離對既有線變形基本無影響。②最外側樁至側墻邊緣的距離對板內鋼筋的受力影響較大，通過對比分析，最外側樁基至側墻邊緣距離以1.3m為宜。