关键字：道路 深开挖 抗推桩 道路下穿高速铁路
0 前言
城市道路下穿高速铁路项目中，由于高速铁路行车速度快、安全性要求较高等特点，行业主管部门制定了下穿工程引起的高铁桥墩变形小于1mm的规定。本文以合肥市习友路为例，对道路下穿高速铁路深开挖条件下的方案进行分析研究。
1工程概况
习友路为包河区一条南北向重要干道，项目主要承担包河区及经开区大量南北向交通流，道路规划等级为城市主干路，设计速度50km/h。
沪蓉高速铁路设计速度250km/h，合福高速铁路设计速度350km/h，本项目下穿处位于两条高速铁路的桥梁段，因道路纵断面顺接需要，在沪蓉铁路下需要开挖约8.6m。
2 场地地质条件
项目所在场地起伏较大，主要地貌为荒地。根据野外钻探揭露，下穿位置场地土层自上而下为：杂填土、粉质粘土、黏土、全风化土、强风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩。.png)
表2.1 土层的物理力学指标
3 下穿节点技术方案研究
本项目既有道路改建，最近的龙川路已预留交叉口，路线基本按照规划线位布置，该方案的难点是：原有高铁桥下地面较高，新建道路需深开挖8~9m穿过，通过优化路线方案避开在高铁桥下深挖可能性较小，因此本次设计着重于解决沪蓉高速铁路下较大深度开挖对于高铁桥墩的不利影响。
3.1平纵断面设计
下穿高铁处规划线型为曲线，高铁桥下及两座高铁桥之间均采用桩+U型槽布置，U型槽根据道路宽度在高铁桥跨内尽量居中布置布置。本项目主要受设计起点处龙川路交叉口标高控制，变坡点位于合福铁路南侧41m处，以2.493%的下坡连接至既有龙川路，高铁桥下机动车道净空均满足≥5.5m要求，人行道及非机动车道标高根据机动车道标高顺接。
3.2横断面设计
下穿处横断面布置为双向六车道，东半幅机动车道在交叉口处进行拓宽。U槽边墙外侧与高速铁路桥墩的净距按大于2.5m控制，钻孔桩与高速铁路桥梁基桩的中心距按大于6倍下穿工程桩径控制。沪蓉高铁桥下横断面布置如下图所示。.png)
图3.2 习友路下穿高铁处横断面图
根据本项目条件，开挖标高低于既有地面线约8.6m，开挖时有以下两种方案可以采用：（1）直接放坡开挖；（2）挡土墙防护后开挖；（3）设置抗推桩进行开挖。因挡土墙施工时需要进行大面积开挖，会引起桥墩较大变形，此方案不可行。下面针对（1）（3）两种情况分析：
3.3开挖对高铁桥墩影响的计算分析
选取下穿节点涉铁范围内的岩土及结构物，采用岩土有限元软件Plaxis3D建立三维模型进行数值计算与分析。模型包含了穿越路段铁路桥梁的桥墩、承台、桩基以及桥梁下方新建道路结构。
3.3.1沪蓉高铁桥下直接放坡开挖分析
直接放坡开挖时，均匀卸载范围越大、坡度越缓，桥墩所受的侧向压力越小。受周边环境及红线限制，坡顶不能超过87#墩位置，坡度最缓可以采用1:4，按照两级放坡进行考虑。
土体边界四个侧面设置法向位移约束，模型底面设置固定约束，模型顶面不设置位移约束条件，采用10节点高阶四面体单元划分模型网格。土体重度、粘聚力、内摩擦角、压缩模量Es根据地勘报告进行取值，并通过Plaxis中的“土工实验”工具将室内实验的土体参数转化为Plaxis中本构模型所需的三轴排水实验割线模量，固结实验主加载切线模量、卸载/重加载模量。交通荷载按照城-A级车道荷载均布荷载标准值qk=10.5kN/m考虑，施加在道路路面上。铁路荷载按照标准铁路ZK活载考虑，以均布荷载形式施加在铁路桥墩墩顶。.png)
图3.3.1.1 三维模型图 图3.3.1.2计算位移结果云图
分析结果如下：开挖引起88#桥墩墩顶最大顺桥向位移位2.786mm，最大横桥向位移0.885mm，最大竖向位移-0.217mm，顺桥向位移大于1mm，不能满足≤1mm的要求。
3.3.2沪蓉高铁桥下布置抗推桩后开挖分析
由直接放坡开挖计算结果可知，直接开挖8.6m工况下，因杂填土内摩擦角和粘聚力均较低，主动土压力很大，高铁桥墩的顺桥向位移为2.786mm，不满足≤1mm的规定，需要采取控制措施。考虑在沪蓉铁路87#~88#墩间设置双排Φ1.5m抗推桩抵抗侧向土压力，桩距1.7m，排距4.5m，桩长23m，两排桩采用高度1.5m的联系梁连接，联系梁通长布置。
布置抗推桩后横断面图及计算模型如下图所示。
.png)
图3.3.2.1 增加抗推桩后横断面图
.png)
图3.3.2.2 三维模型图 图3.3.2.3 计算位移结果云图
分析结果如下：布置抗推桩后引起88#桥墩墩顶最大顺桥向位移位0.815mm，最大横桥向位移0.873mm，最大竖向位移-0.201mm，均能满足≤1mm的要求。说明采用抗推桩起到了控制侧向土压力引起的桥墩变形作用，设计方案采用抗推桩。
4 高铁桥墩监测结果
监测数据为第三方于工程实施中测得。本项目计算结果与监测结果对比如下：
表4.1 计算结果与监测结果对比表
项目名称 Plaxis3D计算值 实测值
最大顺桥向（mm） 最大横桥向（mm） 竖向位移（mm） 最大顺桥向（mm） 最大横桥向（mm） 竖向位移（mm）
习友路下穿 0.815 0.873 -0.201 0.94 0.79 -0.18
通过结果对比发现，施工引起的各墩顶最大横桥向位移、顺桥向位移、竖向位移的计算结果和监测结果均能满足规范要求，说明采用抗推桩是合理的。
5 结束语
本工程在开挖深度达8.6m时，采用抗推桩将高铁桥墩变形控制在允许范围内，较好的解决了本工程难点。城市道路下穿高速铁路在深开挖条件下，当放坡开挖受到限制或难以满足变形控制要求时，采用抗推桩防护后开挖方式能有效控制桥墩的变形，可为同类工程提供借鉴。
参考文献：
[1] 《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB10182-2017）中国铁道出版社.2018
[2]《高速铁路设计规范》（TB10621-2014）中国铁道出版社.2014
[3]《工程地质手册》（第五版）中国建筑工业出版社
[4] 上海铁路局关于重新公布《上海铁路局工务安全管理办法》的通知（上铁工[2017]382号文）
[5] 关于公布《上海铁路局营业线施工安全管理实施细则》的通知（上铁运[2016]620号文）
[6] 中国铁路总公司关于印发《高速铁路工务安全规则（试行）》的通知（铁总运[2014]170号）
作者简介：胡晓龙（1985-），男，工程师。2009年毕业于西南交通大学土木工程专业。
论文作者:胡晓龙
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷22期
论文发表时间:2020/3/10
标签：桥墩论文; 位移论文; 高铁论文; 高速铁路论文; 横断面论文; 桥下论文; 大顺论文; 《建筑实践》2019年38卷22期论文;