新建桥墩开挖对邻近铁路桥墩、台的安全性分析

徐杰(广州大学土木工程学院，广东 广州 510006)

1 引言

当今中国高铁的快速发展和用地紧张趋势的存在，导致越来越频繁的新建基坑距离已有建筑或桥梁很近。基坑的开挖过程中对于土层原有应力的平衡的一种破坏，相当于应力释放的过程，会引起土体应力重分布，从而使邻近既有铁路墩台结构产生附加内力和附加变形。而既有铁路的变形要求苛刻，所以在新建桥墩基坑开挖过程进行数值模拟分析，为设计和施工提供指导依据。

2 工程概况

2.1 工程介绍

工程项目位于温州市鹿城区藤桥镇，新建戍浦江特大桥起点至DK1+841（金温货线里程K219+652.59）与既有金温货线并行，桥梁中心线与既有金温货线间距为8.8m～26m，为邻近营业线施工作业。

新建乐清湾铁路戍浦江特大桥23#、24#、27#墩分别邻近既有金温货线藤江特大桥 8、9、12#墩距离分别为5.75、8.0和6.17米。新建铁路墩台基坑开挖深度为10.0米，支护形式为φ1000@1200灌注桩+三道钢支撑。如图1所示。

图1 新建桥墩支护平、剖面图

2.2 工程地质及水文地质情况

据现场钻探揭露，桥址区的岩土层按其成因分类主要有：第四系全新统填土层（Q1ml）、第四系全新统冲海积层（Q4al+m）、第四系全新统海积层（Q4m）、第四系上更新统冲洪积层（Q3nl+nl）、第四系中更新统冲洪积层（Q2nl+nl）、白垩系下统朝川组凝灰熔岩（K1c）。

桥址区地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水及基岩裂隙水，分述如下：第四系松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。模型的详细参数如下表1所示。

表1 岩土层和结构物材料参数

粗圆砾土 17.9 50 0.25 9.0 25.4混凝土 25 30000 --

3 二维维有限元数值模拟分析

本文有限元模型中对地层的模拟主要为新建桥墩基坑的勘察资料进行归并偏向不利地层状况简化而得。

本次计算岩土体本构模型采用修正莫尔-库伦弹塑性模型，采用二维平面应变单元模拟岩土体。计算模型的边界约束为：模型底部约束XY方向，左右两侧约束X方向。分析主要分为五个工况，分别为初始地应力状态、围护桩施工、第一次基坑开挖3.0m、第二次基坑开挖3.0m和第四次基坑开挖3.0m，其中图2所示计算模型，新建墩台施工时桥墩、台位移值如表2所示。

图2 新建桥墩二维有限元模型图

表2 新建墩台施工时桥墩、台位移值

图3 第一次开挖桥墩、台竖向变形

图4 第二次开挖桥墩、台竖向变形

图5 第三次开挖桥墩、台竖向变形

基坑开挖过程中，既有金温货线藤江特大桥桥墩桩基最大轴力、弯矩分别发生在工况2、工况6阶段，即新建戍浦江特大桥桥墩基坑围护桩施工与基坑开挖后，相对于基坑开挖前，轴力变化量为109.12KN，弯矩变化量为85.76Kn·m其变化量如图6所示。

图6 坑开挖过程中相对开挖前桥墩桩基轴力、弯矩变化量

根据开挖桥墩、台竖向变形位移图和弯矩图均满足《中国铁路安全管理条例》要求。

4 结语

根据有限元软件分析，在基坑围护桩施工过程中，对既有藤江特大桥桩基产生最大轴力影响，故基坑围护桩不能连续施工。基坑开挖应遵循“分段、分层、分块”原则进行。先撑后挖，不得超挖及损坏基坑围护结构，基坑暴露时间不宜超过12小时。工程实施中，应针对各种安全风险制定相应的应急预案措施。