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1工程技術(shù)指標(biāo)關(guān)于樁與土體的作用

目前分析的方法主要有經(jīng)驗(yàn)法，基于土位移的分析法，有限元法等。如需采用有限元軟件對(duì)土體進(jìn)行分析，則需要有詳細(xì)的土層物理力學(xué)參數(shù)，才能夠保證計(jì)算準(zhǔn)確。本文根據(jù)京滬高鐵橋梁的實(shí)際情況，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件建立了高速鐵路橋梁墩臺(tái)、基礎(chǔ)及地基土相互作用有限元模型。

1．1工程地質(zhì)條件

根據(jù)相關(guān)資料并參考已有研究成果，確定的地基土層計(jì)算參數(shù)。根據(jù)土體的壓縮模量將土體概化為三層，土體壓縮模量按照相關(guān)資料選取，容重取18kN/m3，土體材料泊松比取0．3。

1．2樁基設(shè)計(jì)情況

京滬高速鐵路山東段某工程橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑均為32．7m。每個(gè)橋墩的樁基礎(chǔ)采用12根直徑為1m的群樁基礎(chǔ)。

2模型建立

2．1采用京滬高鐵黃河特大橋

南引橋橋墩的樁臺(tái)尺寸建模根據(jù)相關(guān)資料，承臺(tái)及樁基各部結(jié)構(gòu)尺寸均按實(shí)際工程尺寸建立有限元數(shù)值模型，橋墩按線路里程編號(hào)為1～6#。圖1計(jì)算模型云圖樁基礎(chǔ)與承臺(tái)采用相同材料混凝土，容重，彈性模量，泊松比等結(jié)構(gòu)材料參數(shù)按設(shè)計(jì)及施工相關(guān)資料選取。土體尺寸:根據(jù)橋墩和堆載的位置，大致確定土體的計(jì)算尺寸為300m(順線路方向)×240m×100m(厚度)。

2．2荷載定義將結(jié)構(gòu)的恒載

換算為均布荷載210kN/m2加載到每個(gè)承臺(tái)上。堆土距離京滬高鐵正線25m，從1號(hào)墩一側(cè)開始堆放，堆土范圍80×100(縱向)m，堆土高度按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取用，根據(jù)堆載土體的體積換算為均布荷載為62．9kN/m2。

3計(jì)算分析根據(jù)實(shí)際工況

建立加載步驟對(duì)所建模型進(jìn)行計(jì)算分析。由于堆載布設(shè)于1－3號(hào)橋墩一側(cè)，可知2#橋墩承臺(tái)頂部最大豎向位移值為4．5mm，3#與4#橋墩沉降差3．5mm。對(duì)于本例來說，沉降差雖未超過規(guī)定限值5mm，但該影響不能忽視，需要對(duì)墩頂高程進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，確定沉降穩(wěn)定后即可。分析得出，填土附加應(yīng)力引起地基土固結(jié)，使樁基受到負(fù)摩阻力作用而下沉，這種情況往往會(huì)造成基礎(chǔ)的不均勻沉降，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用。已有的研究成果表明沉降源自兩方面:一方面，堆載高度較大時(shí)，堆載土自重引起樁周土的沉降變形過大，在樁身產(chǎn)生較大的負(fù)摩阻力，可以引起樁體的壓縮變形;另外，堆載的作用力通過樁身和樁周土體傳遞到樁端，還能夠引起樁端土的壓縮變形，加大了樁身的沉降地面沉降。基礎(chǔ)沉降直接影響上部結(jié)構(gòu)，沉降對(duì)無砟軌道的平順度造成影響，不僅降低了高鐵的運(yùn)營(yíng)速度，嚴(yán)重情況下威脅高鐵的運(yùn)營(yíng)安全。由位移云圖可明顯看出各個(gè)橋墩的沉降情況，可見靠近堆載土體的橋墩沉降相對(duì)明顯。同時(shí)也可得出，堆放土體的位置、體積、堆放形式和土質(zhì)參數(shù)均會(huì)影響到橋墩的沉降量。《鐵路運(yùn)輸安全保護(hù)條例》第二章第十條規(guī)定了高鐵的安全限界是鐵路兩側(cè)最多15m不能進(jìn)行開挖、堆載等施工，但是本例在兩側(cè)25m范圍仍然會(huì)有影響。鑒于此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)高速鐵路橋梁墩臺(tái)、基礎(chǔ)及地基土進(jìn)行有限元分析，再根據(jù)分析結(jié)果確定堆載的安全性。

4結(jié)論與建議

綜上所述，由于堆載的體積、位置和形式各異，土體條件也不能相同，對(duì)于臨近高鐵的堆載，若工程實(shí)際條件要求堆載，建議根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)資料對(duì)土體進(jìn)行有限元計(jì)算分析，確定其安全性，把握土體堆載的安全范圍，進(jìn)而滿足高速鐵路對(duì)橋墩沉降的嚴(yán)格要求。高速鐵路橋梁不同于其他橋梁，高鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力要求較高。施工時(shí)應(yīng)盡量避免堆載對(duì)橋墩的影響，若不可避免時(shí)，則必須考慮由此可能引起的工程病害并進(jìn)行防治，以確保高速鐵路工程設(shè)計(jì)與施工的合理性及其竣工后的正常運(yùn)營(yíng)。

作者：邸昊李曉鵬單位：鐵道部第三勘察設(shè)計(jì)院廊坊師范學(xué)院