中铁第四勘察设计院集团有限公司 福建厦门 361010
摘要： 福厦高铁全长约227.42km，设计时速350km/h，厦门段设置集美特大桥，该段地层为地层主要为粉质粘土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩，临近规划支路采用低填路基，填土厚度0.5～0.7m，本文采用三维有限元模型分析临近的规划支路施工对福厦高铁集美特大桥变形的影响。结果表明，低填路基附加荷载小，引起福厦高铁集美特大桥的沉降量、沉降差与倾斜都在安全范围内；桥墩的最大变形仅1.51mm，桥墩的变形与规划支路的距离呈二次抛物线的关系；桩基的最大变形仅0.451mm，桩基的变形与规划支路的距离呈反比关系。
关键词：低填路基；临近高铁；变形分析
Deformation Analysis of Construction of Lower Roadbed near the Ji-Mei large bridge belong to Fuzhou-XiaMen High Iron
Xu Wei
(China Railway Siyuan Survey And Design Group Co..LTD，Xiamen Fujian 361010)
Abstract: Fuzhou-XiaMen high iron total length is about 227.42 kilometers，its designed speed is 350 kilometer per hour, it puts up Ji-Mei large bridge when pass through Xiamen area, the surrounding rock are mainly silty clay, completely decomposed granite and granular strongly weathered granite, planning minor road near Ji-Mei large bridge adopts lower roadbed, its fill depth is about 0.5-0.7 meters, this article conducts three-dimensional finite element analysis of the influence to Ji-Mei large bridge while constructing planning minor road. The results of analysis indicate that, lower roadbed cause smaller additional load, therefore, the settling volume, differential settlement and gradient are all safe, the maximum deformation of bridge pier is 1.51 millimeter, and it presents cubic parabola relationship between deformation and distance, the maximum deformation of pile foundation is 0.451 millimeter, however, it shows inversely relationship.
Keywords: Lower Roadbed; Near the High Iron; Deformation Analysis
引言：改革开放以来，我国高速铁路迅速发展，高铁作为我国基础性建设的重要组成部份，对改善城市交通、人们的出行方式具有重要的意义。由于高铁时速高，对线路平顺度、基础变形等要求较高，临近高铁的项目施工时，如何确保高铁的安全成了重难点。目前国内对于临近高铁的项目的施工积累了一定的经验，如黄海龙[1]从线位设计、断面布局、结构形式及安全防护等方面提出了一套对高铁影响较小的施工方案；杭红星[2]通过采用碎石注浆桩、泡沫轻质土、钻孔桩加U形槽结构、管桩桩板结构等地基处理措施减小对临近营业线的影响；梁伟[3]通过设置隔离桩减小大面积堆载路基施工所引起的既有高铁桥梁的变形；邓建义[4]采用泡沫轻质土代替普通土质填料可大幅度降低填土荷载，使高铁沉降得到有效控制；郑灿政[5]则研究隔离桩、止水帷幕、降水回灌控制技术、桩基后注浆技术等对高铁桥梁桩基的保护作用。本文以规划支路临近福厦高铁集美特大桥施工为项目背景，重点阐述低填路基的施工对高铁桥梁变形的影响，希望对类似项目的设计与施工提供参考。
1工程概况
规划支路(安仁大道～纵一路)市政道路工程位于厦门市集美区安仁产业园南侧，福厦高铁集美特大桥北侧，起点位于安仁大道与沈海高速分离交叉口处，路线自西向东，下穿三南路，终于纵一路，全长1.29km。规划支路于K0+785～K0+930段(高铁里程桩号DK245+295.27～DK245+440.97)距福厦高铁红线的距离0.47～3.4m，相互平面位置关系如图1所示。规划支路为低填路基，填土厚度0.5～0.7m，路基宽度7.0m。
图2 临近福厦高铁集美特大桥地质纵剖面图
工程沿线覆盖层主要为第四系全新统粉质粘土，下伏基岩为燕山期侵入的花岗岩。根据钻孔揭露情况, 临近福厦高铁集美特大桥段的地层主要为粉质粘土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩，如图2所示，土层的物理力学参数如表1所示。地下水主要为粉质粘土中孔隙潜水及赋存全风化、散体状强风化花岗岩中的裂隙水。
表1 土的物理力学性能指标
图3 有限元计算模型
3.2施工阶段分析工况
本项目福厦高铁集美特大桥与规划支路均为在建项目，暂未明确建设的先后顺序，故计算工况取施工过程中可能出现的最危险的工况：福厦高铁集美特大桥先施工、划支路后施作，具体计算步骤如下：
Step1：初始周边环境恢复；
Step2：福厦高铁集美特大桥成桥阶段；
Step3：位移清零，内力不变；
Step4：规划支路基开挖；
Step5：规划支路基回填；
Step6：规划支路施作垫层与路面层，并在地表施加20kPa的等效车辆荷载。
3.3变形分析
（1）地表沉降
规划支路施作完成后，周边地表沉降如图4所示。
图4 规划支路施工引起的地表沉降
由图4可知，规划支路为低填路基，路基填土及车辆荷载作为面荷载作用于福厦高铁集美特大桥北侧，地表南北方向将产生以规划支路为中心的盆式沉降槽，沉降槽宽度约21m，影响范围是路基宽度的3倍，最大沉降量约2.34mm；福厦高铁集美特大桥的桥墩部份位于沉降槽范围内，由于桥墩的刚度较大，承台发生整体刚性变形，因此沉降槽在桥墩的附近变宽，但沉降量却减小。
（2）桥墩的变形
规划支路施作完成后，福厦高铁集美特大桥163～166#桥墩的变形如图5所示。
图5 规划支路施工引起的桥墩及承台的变形
由图5可知，由于福厦高铁集美特大桥的承台尺寸较大，每个承台下采用12根φ1250/1800mm钻孔灌注桩桩基础，桩长45～64.5m，有效地将上部荷载传递到了深层围岩，因此桥墩的变形都较小，沉降量与沉降差均在安全允许范围内。各个桥墩临近规划支路一侧的变形相对较大，较远的一侧变形则相对较小，桥墩整体发生向北的倾斜，但倾角均很小，在安全允许范围内。
图6 桥墩变形与规划支路距离的关系
163#～166#桥墩距规划支路距离0.47～3.4m，最大沉降1.105～1.306mm，最大水位移0.319～0.758mm，总变形1.31～1.51mm，如图6所示，距离规划支路越近的桥墩，变形越大，反之亦然。桥墩的变形与距规划支路的距离呈二次抛物线关系，变形曲线与地表盆式沉降槽形态相吻合。
（3）桩基的变形
规划支路施作完成后，福厦高铁集美特大桥163～166#桩基的变形如图7所示。
d）166#桥桩
图7 桩基的变形
由图7可知，本项目为摩擦型桩基，浅部的桩基所受轴力较大，变形相对较大；随着深度的增加，在侧摩阻力作用下，桩基所受的轴力变小，变形也相对较小。规划支路施工完成后，桩基的变形为0.333～0.451mm，其中，165#桩基与规划支路红线最近，变形0.451mm，在安全允许范围内。
线束语：
根据规划支路与福厦高铁集美特大桥的相对位置关系、工程地质条件、最不利施工工况等条件建立的有限元模型分析所得的结论如下：
规划支路为低填路基，附加荷载较小，对福厦高铁集美特大桥的影响较小，桥墩的沉降量、沉降差与倾斜均在安全允许范围内。
规划支路附加荷载引起地表发生盆式沉降，沉降槽在桥墩位置变宽，但沉降量却变小。
福厦铁路集美特大桥位于规划支路沉降槽的一侧，桥墩的变形与相对距离成二次抛物线关系，距离规划支路红线越近的桥墩变形越大，反之亦然。
福厦铁路集美特大桥浅部桩基的变形大于深部桩的变形，桩基的变形与距规划支路的距离成反比。
类似临近高铁的工程项目可参考本文进行设计，尽量采用低填浅挖方案，且保持一定净距，以减小附加荷载对高铁的影响。
参考文献：
[1]黄海龙.福州南江滨东大道下穿福厦高铁设计与施工要点分析[J].福建建筑,2018(06):113-117.
[2]杭红星.临近既有客运专线的高铁路基地基处理设计[J].四川建筑,2017,37(03):172-174.
[3]梁伟.临近高铁大面积填筑路基的安全性设计[J].城市建设理论研究(电子版),2017(35):177-178+184.
[4]邓建义.临近既有高铁桥梁的场区填筑设计研究[J].路基工程,2017(05):145-147.
[5]郑灿政. 深基坑工程降水对既有高铁桥梁桩基的影响研究[D].东南大学,2016.
论文作者:徐威
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/9
标签：支路论文; 高铁论文; 桥墩论文; 桩基论文; 大桥论文; 路基论文; 美特论文; 《防护工程》2019年第2期论文;