摘要：我国近些年来在基础设施建设方面投入了大量的资源，公路工程是基础设施建设的重要部分，随着建设数量的增加，新建公路工程面临的环境条件也变得越来越复杂多变。在一些比较特殊的条件下，公路工程建设需要考虑的因素更为广泛。例如，当新建公路工程下穿既有高速铁路桥梁时，在工程建设中就需要对安全性进行深入的分析。本文将以高速铁路桥梁桥下新建公路工程的安全性为主题进行探讨研究。
关键词：高速铁路桥梁；新建公路工程；安全性
前言：高速铁路具有运行速度快、舒适性强、安全性高等特点，在区域经济发展中发挥着重要的作用。在新时期的基础设施建设中，很多新建工程都会和高速铁路桥梁产生较差，下穿是比较常见的一种形式。在这种形式下，新建公路工程必然会对桥梁基础产生一定的影响，导致沉降或是位移的发生，只有对这种影响进行精准的分析和掌握，才能确保其整体安全性。
1.新建公路工程对高速铁路桥梁产生的影响分析
1.1对高速铁路桥梁基础承载力的影响
新建高速铁路桥梁下穿公路工程对桥梁基础承载力的影响主要体现在三个方面：首先，对承台的竖向影响。新建下穿公路工程的恒载和活载都会产生垂直荷载，当其覆盖到高速铁路桥梁承台的情况下，承台的顶面将将会承受到该荷载所换算成的土层竖向动力[1]。其次，对承台的水平影响。在新建下穿公路工程施工过程中，随着基坑开挖作业的不断深入，桥梁承台测方向土层的抗力将会呈现出不断减弱的趋势，导致开挖侧和未开挖侧的土压力出现失衡，导致承台受到影响。最后，对桩基土层摩阻力的影响。新建下穿公路工程会同时受到恒载和活载的作用，使得高速铁路桥梁基础侧面的土层发生向下位移情况，导致桩基侧土层摩阻力的方向和正常情况相反。
1.2对高速铁路桥梁墩顶位移的影响
在高速铁路桥梁下部新建公路工程，其产生的附加荷载会导致桥梁基础土层的侧向抵抗力和地基比例系数出现降低，使得桥墩墩顶发生的位移出现增长[2]。这就可能会违反《高速铁路设计规范》中关于桥墩墩顶纵向弹性水平位移和横向水平位移的相关规定。
1.3对高速铁路桥梁基础沉降的影响
高速铁路桥梁下穿新建公路工程产生的竖向荷载会导致桥梁承台桥墩及桩基础组成的群桩基础出现沉降现象，具体表现为桩身弹性压缩变形、群桩基础底平面以下一定深度内的地基土层出现压缩变形、桩端土层出现压缩变形等。
2.结合工程实力探讨高速铁路桥梁下穿新建公路工程的安全性
2.1工程概况
某新建高速公路工程的道路主线A匝道和G匝道会从临近高速铁路大桥33~39桥墩之间下穿通过。在工程设计阶段，主线设计采用左右两幅设计的方式，其路基宽度均设置为12.25m，和铁路之间的夹角分别为80.7°和82.5°。
本次高速公路工程的主线和匝道分4处下穿高速铁路大桥，根据铁路里程可以分为A匝道、主线右线、主线左线以及G匝道四个部分，公路路面和高速铁路桥梁梁底之间的距离均超过6.5m。该高速铁路桥梁的形式为双线桥，下穿新建公路工程的33~39号桥桥墩之间均采用32m双线简支箱梁，桥墩形式为双线流线形圆端实体桥墩。其中33、34号两桥墩的高度处于13.5~14.5m之间，36~39号桥墩的高度为8~9m。
2.2本次工程中高速铁路桥梁下穿高速公路工程的安全性分析
结合工程现场实际情况来看，A匝道和高速铁路桥梁的交叉情况最为复杂，因此选取这部分工程方案为典型进行深入分析。基于本文第一部分阐述的相关内容，针对A匝道下穿方案安全性的分析从承载力和沉降两个方面入手。
首先，在承载力影响方面，采用双车道公路I级汽车荷载对本次高速公路工程中A匝道在高速铁路桥梁下的填土和活载进行换算，获得的结果为土层厚度4.45m，基于此，该土层产生的附加荷载对高速铁路桥梁33、34两桥墩基础产生的应力影响可从下图得知。
图1 高速铁路桥梁33、34号桥墩附加应力影响
通过对上图的分析可知，新建高速公路工程的填土和活载会对33号桥墩产生竖向压力和水平力作用。而34号桥墩由于和新建公路路基之间的距离较远，因此所有的影响相对较小，其中承载基本上不受影响[3]。经过进一步的测量分析后，获得了附加荷载对33号桥墩承台的竖向偏压和水平力作用后产生的具体影响。在竖向偏压的作用下，承台底产生的纵向和横向弯矩分别为2107kN•m和2845kN•m。水平力的大小为476N，在该力作用下，桥梁承台底的弯矩为1332kN•m。关于附加荷载对桩基承载力的影响，则需要按照外荷载计入附加荷载对桥梁承台产生的竖向偏压和水平力，需要注意的一点时，在计算过程中对新建下穿工程产生附加应力范围内土层摩阻力应该进行适当的折减。图下表所示，为高速铁路大桥33、34号桥墩单桩承载力的对照情况。
表1 高速铁路桥梁33、34号桥墩单桩承载力对照
通过对表1中数据的分析可知，采用A匝道为路堤下穿高速铁路桥梁时，33号桥墩的单桩设计承载力和桩长均出现了一定幅度的提升，原设计已经无法满足要求。而34号桥墩的单桩容许承载力则出现了一定的减小，原设计不仅可以满足要求，同时还留下了一定的安全缓冲空间。
其次，在沉降影响方面，则从基础水平变形和竖向沉降两个角度切入进行分析，首先，结合工程地质勘察报告将高速铁路桥梁桥墩基础部位地层分为六个土层，并获得其各自的土层参数。之后将工程施工分为三个阶段，分别是高速铁路桥梁现状阶段、高速公路施工阶段以及公路建成投入运营阶段[4]。
经分析，在高速公路工程是阶段，高速铁路桥梁33号桥墩基础的附加沉降值为1.05mm，34号桥墩的仅为0.2mm。在公路建成投入运营阶段，33号桥墩基础附加沉降值为0.8mm，34号桥墩则为0.4mm。
2.3研究结论及建议
综合以上分析研究成果，在本次高速铁路桥梁下穿高速公路工程中，依照A匝道采用的路基方案，桥梁桩基础承载力和沉降变形均会超出相关设计规范的要求。为了保障工程建设的安全性，必须要对本次高速铁路桥梁下穿公路工程设计方案做出一定的调整，使公路桥下穿方案的各项检算内容能够满足相关设计规范。
除了对设计方案进行优化之外，在工程施工阶段，出于高速铁路桥梁的安全性考虑，也应注意以下几个方面的问题：其一，在工程施工作业过程中，尽可能的避免采用大型施工机械，尤其是在振动较大的压路机械，避免对桥梁桩基础产生不利影响。其二，施工作业时间最好避开雨水多发季节，在施工前要对工程现场的水文情况进行勘查了解，并做好施工场地的排水设计。其三，在施工中对地基进行加固处理，同时，为了降低施工作业对地基的影响，应优先选用施工效率较高、质量效果好并且对土层破坏力度较小的施工措施。其四，在高速公路施工阶段和运营阶段对高速铁路桥梁的变形情况进行专项监测，保障桥梁的安全性。
结语：综上所述，高速铁路桥梁下穿新建公路工程会对桥梁产生的不利影响主要体现在基础承载力、基础沉降、墩顶位移等三个方面，本文结合工程实例对影响程度进行了分析，希望可以为同类工程建设的顺利开展提供一定的参考。
参考文献：
[1]高世强.高速铁路桥梁桥下新建公路工程的安全性分析[J].铁道标准设计，2015，59（04）：63-67.
[2]刘玉洲.相邻高速铁路桥梁的公路工程施工对其影响分析[J].高速铁路技术，2017，8（01）：72-75.
[3]周乐平，陈俊波，姚进，孙远.新建桥梁施工对既有高速铁路桥梁的影响[J].土木工程与管理学报，2018，35（04）：83-88.
[4]雷贺彩.城市道路改扩建工程下穿既有城际铁路桥梁可行性分析[J].中国铁路，2016（05）：49-53.
论文作者:王连辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：桥梁论文; 高速铁路论文; 桥墩论文; 公路工程论文; 土层论文; 承载力论文; 匝道论文; 《基层建设》2019年第2期论文;