王麗 梁飛 趙偉

摘要：根據(jù)資料對鐵路復(fù)合地基穩(wěn)定性進行檢算，并驗算水泥攪拌樁加固的復(fù)合地基總的沉降量是否滿足規(guī)范要求；針對鐵路路基外橋梁的施工階段及運營階段進行有限元分析，分析和評價2#公路橋橋墩對鐵路復(fù)合路基受力狀態(tài)的影響。

關(guān)鍵詞：路基穩(wěn)定性；沉降驗算；有限元分析

中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：16723198（2014）14017802

1鐵路工程概況

某鐵路支線DDK7+150.00～DDK9+200.00段地基采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基加固，樁徑0.5m，樁間距15m，按等邊三角形布置，樁長至硬底以下0.5m，樁長3.5～12m；樁頂鋪0.6m厚砂夾碎石墊層，墊層內(nèi)鋪雙層極限抗拉強度不小于100kN/m雙向土工格柵。

2公路立交橋工程概況

某2#公路橋橋總長415m，上部結(jié)構(gòu)為25m跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，下部結(jié)構(gòu)為直徑1.1m鉆孔灌注樁接蓋梁結(jié)構(gòu)。橋梁縱向坡度設(shè)為3.5%，橋梁起點接陸域標高11388m，終點標高11.388m，并接入城港大道。如圖1所示為某一期工程2#橋上跨某鐵路支線橋梁。

圖12#公路橋跨某支線鐵路立、平面圖3鐵路路基受力狀態(tài)的有限元分析

3.1計算參數(shù)的選取及模型的建立

圖2計算簡化模型（1）采用Midas有限元軟件分析橋梁施工時鐵路路基的受力狀態(tài)，將實際施工過程簡化為平面模模型，土層按支線鐵路地質(zhì)勘察報告分為五層，分別為回填土層、(2)4淤泥、(3)2淤泥質(zhì)黏土、(6)2粉質(zhì)黏土、(10)1全風(fēng)化混合巖，土層采用平面單元模擬，屈服準則采用M-C準則。橋梁橋墩和水泥攪拌樁認為在受力過程中僅發(fā)生彈性變形，路堤土、墊層、樁間土和樁端土均采用理想彈塑性模型。計算簡化模型如圖2。

（2）考慮土體的成層性:地層分為五層，并假設(shè)土體僅在自重應(yīng)力下的固結(jié)已經(jīng)完成，并且不考慮初始應(yīng)力場，評估區(qū)域內(nèi)地層無大的構(gòu)造運動，不考慮地層構(gòu)造應(yīng)力。

（3）橋梁上部荷載和路基的動荷載簡化為集中力和等效土樁高度分別施加于橋墩樁頂和路基頂面。

（4）邊界條件：對稱面僅限制水平移動，底面和側(cè)面為固定邊界，地層表面為自由邊界。

（5）根據(jù)東吳鐵路支線地質(zhì)報告，計算模型的參數(shù)見表1。

表1計算模型的參數(shù)

序號材料壓縮模量

（MPa）彈性模量

（MPa）泊松

比容重

(kN/m2)粘聚力

(KPa)摩擦角

(°)采用屈

服準則1回填土層3.87100.318.22.028M-C2（2）4淤泥1.97130.316.56.475.04M-C3（3）2淤泥

質(zhì)黏土6.34110.2816.05.733.83M-C4（6）2粉

質(zhì)黏土5.26180.251923.9422.56M-C5（10）2全風(fēng)

化混合巖4.56460.2818.623.417.5M-C6路基20000.32315036M-C7水泥

攪拌樁220000.322彈性8橋梁墩臺310000.323彈性3.2施工步序的模擬

根據(jù)東吳支線填海筑堤地段及魚塘蝦塘地段變更設(shè)計施工圖和2#橋施工圖及石門澳陸域填海規(guī)劃，再給合現(xiàn)場踏勘所得實際情況了解到，鐵路路基施工時，海域未填至規(guī)劃標高，目前填海標高為3.5m（85黃海高程基準）。本次擬根據(jù)鐵路施工和2#橋梁的施工先后順序分為兩種工況。工況一：鐵路復(fù)合地基已施工，先施工鐵路路基，橋梁樁及上部結(jié)構(gòu)后施工；工況二：鐵路復(fù)合地基已施工，橋梁樁基及上部結(jié)構(gòu)先施工，后施工鐵路路基。

工況一的施工模擬順序為：先填海至標高3.5m（85黃海高程基準），進行復(fù)合地基處理（已施工），然后進行鐵路路基施工，最后進行2#橋橋墩及上部結(jié)構(gòu)施工，詳細的施工進程按以下五步進行模擬：第一步：海域填至地面標高35m（85黃海高程基準），地層僅由自重應(yīng)力構(gòu)成，不考慮構(gòu)地層構(gòu)造應(yīng)力；第二步：采用水泥攪拌樁進行鐵路軟基處理；第三步：模擬鐵路路基施工和施加列車動荷載等效土柱；第四步：模擬橋梁橋墩施工；第五步：模擬橋梁上部結(jié)構(gòu)施工，施加上部及組合荷載。

工況二的施工模擬順序為：先填海至標高3.5m（85黃海高程基準），進行復(fù)合地基處理（已施工），然后進行2#橋橋墩及上部結(jié)構(gòu)施工，最后進行鐵路路基施工，詳細的施工進程按以下五步進行模擬：第一步：海域填至地面標高3.5m（85黃海高程基準），地層僅由自重應(yīng)力構(gòu)成，不考慮構(gòu)地層構(gòu)造應(yīng)力；第二步：采用水泥攪拌樁進行鐵路軟基處理；第三步：模擬橋梁橋墩施工；第四步：模擬橋梁上部結(jié)構(gòu)施工，施加上部及組合荷載；第五步：模擬鐵路路基施工和施加列車動荷載等效土柱。

4計算結(jié)果分析

4.1位移分析

(1)地表沉降分析。圖3橋梁施工后鐵路路基最終沉降圖，可以看出鐵路路基沉降分布。

表2鐵路路基沉降量表單位：cm

工況一施工步驟沉降第一步0第二步0第三步9.75第四步10.61第五步18.67圖3工況一：

地表最終沉降云圖表2為工況一條件下各施工工序完成后鐵路路基沉降量，由圖3和表2可以看出在工況一條件下鐵路路基施工完成后路基沉降量為9.75cm，這與復(fù)合地基沉降計算軟件所計算得到的沉降值相當，說明本次計算較為準確，可以模擬此工況的施工過程。最終沉降值滿足Ⅱ級鐵路要求工后沉降量30cm的要求。橋梁上部結(jié)構(gòu)施工完成及荷載作用后，鐵路路基有較大的沉降增加，這說明橋梁上部結(jié)構(gòu)及荷載對鐵路路基沉降有較大的影響，有必要在橋梁施工過程中對于鐵路路基設(shè)置沉降觀測點，如沉降量值較大或者變化較大、較快，應(yīng)及時對于地基采取加固措施。

(2)水平位移分析。圖4為鐵路路基水平位移云圖。

工況一工況二

圖4鐵路路基水平位移云圖由圖5可以看出，兩種工況情況下，復(fù)合地基外側(cè)水泥攪拌樁的樁底的水平位移最大，工況一最大水平位移為2403mm，工況二為13.02mm。

工況一工況二

圖5水泥攪拌樁水平位移圖圖5為兩工況下外側(cè)水泥攪拌樁水平位移圖。由圖可以看出兩種工況中，鐵路路基的施工完成后，水泥攪拌樁的樁底水平位移會都有較大增加，而橋梁樁柱、上部結(jié)構(gòu)及荷施作以后，對鐵路路基下的水泥攪拌樁的水平位移影響較小。對比兩種工況可以看出，工況二的在鐵路施工后將會對使軟基產(chǎn)生較大的水平位移，這樣勢必會增加橋梁樁基的側(cè)向水平推力，這將會影響橋墩的結(jié)構(gòu)安全?；诳紤]橋梁的安全，所以不推薦工況二的施工順序。

4.2復(fù)合路基水泥攪拌樁的受力分析

圖6為水泥攪拌樁豎向應(yīng)力云圖。

工況一工況二

圖6水泥攪拌樁的豎向應(yīng)力圖由圖7可以看出，在路堤及列車荷載作用，沿線路中心水泥攪拌樁承受較大荷載，靠近外側(cè)的水泥攪拌樁的軸向應(yīng)力要小于內(nèi)側(cè)。工況一內(nèi)側(cè)水泥攪拌樁最大豎向應(yīng)力為330.93kN/m2，單樁所受軸力為64.94kN；工況二內(nèi)側(cè)水泥攪拌樁最大豎向應(yīng)力為299.08kN/m2，單樁所受軸力為5870kN；單根水泥攪拌樁的軸力均小于設(shè)計承載力要求。

圖7為靠內(nèi)側(cè)水泥攪拌樁軸力在各施工步序下軸力圖，由圖可以看出，每道工序下水泥攪拌樁軸力隨深度增加而增加，鐵路路基及列車荷載施作后水泥攪拌樁的軸力增加較大，橋墩及橋梁上部荷載的施作對水泥攪拌樁軸力增加量較小，橋梁施工對鐵路路基及復(fù)合地基的豎向力影響小。

工況一工況二

圖7水泥攪拌樁軸力圖圖8橋墩水平位移圖

4.3橋墩位移分析

圖8為不同種工況下，考慮墩頂受力最不利的情況下，橋墩的水平位移由圖可以看出工況一、工況二橋墩墩頂?shù)淖畲笏轿灰品謩e為32.4mm、29.1mm（正為偏向鐵路路基側(cè)），工況二鐵路路基施工將會使橋墩樁柱地面以下8～12m的范圍內(nèi)產(chǎn)生較大的水平位移，這對2#橋梁結(jié)構(gòu)安全不利?？紤]橋梁的安全建議先采用工況一模擬的施工順序，即先鐵路路基施工，待路基沉降值穩(wěn)定后進行橋墩及上部結(jié)構(gòu)的施工，但施工時應(yīng)保證減小對臨近鐵路路基礎(chǔ)地層的擾動。

參考文獻

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