解建超 葉 鵬

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

既有線抬道對新建客運專線路基沉降影響分析

解建超 葉 鵬

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

運用ABAQUS有限元軟件建立CFG樁及既有鐵路路基三維模型，并詳細分析了既有鐵路路基抬道對并行段新建客運專線路基產(chǎn)生的沉降影響，得出了有價值的結(jié)論，以供參考。

路基抬道，CFG樁，沉降，數(shù)值模擬

1 概述

某新建客專設(shè)計時速250 km/h，為無砟軌道，鋪軌已經(jīng)完成(暫未通車)，其線下結(jié)構(gòu)物的沉降限值應(yīng)符合扣件調(diào)整能力和線路豎曲線圓順的要求：工后沉降不宜超過15 mm；沉降比較均勻并且調(diào)整軌面高程后的豎曲線半徑符合要求時，允許的工后沉降為30 mm[1]。既有線為國鐵Ⅰ級有砟鐵路，兩線并行，兩線坡腳之間距離約5 m～15 m。既有線路基抬道對新建客專產(chǎn)生的沉降和新建客專自身工后沉降將產(chǎn)生疊加。新建客運專線路堤基底采用CFG樁加固，并行線作用下的作用機制比較復(fù)雜，計算理論和計算方法還很不成熟，本文通過ABAQUS有限元軟件建立路基結(jié)構(gòu)三維模型，選取多個較不利斷面進行沉降分析?；炯俣ㄈ缦拢?/p>

1)在路堤荷載作用下，樁、樁帽、板被視為各向同性線性均質(zhì)彈性體；2)地基土、路堤填料和墊層材料服從M—C非線性彈性變形規(guī)律；3)填土瞬時加載，分析過程中樁土之間的摩擦系數(shù)保持不變。不考慮復(fù)合地基在荷載作用下的時間效應(yīng)，并假定在整個加載過程中產(chǎn)生的超孔隙水壓有足夠的時間消散。

分析過程：首先將既有路基及客運專線CFG樁施工完作為基本初始狀態(tài)，計算土層的初始應(yīng)力，初始位移為0。然后在這種狀態(tài)下建立新建客專路基模型，計算土層的應(yīng)力及位移。最后，計算既有線新填路基填料對客運專線路基的影響。既有線和新建客專平面示意圖見圖1。

2 模型建立

2.1 斷面選取

在統(tǒng)計分析既有線新增填土方的基礎(chǔ)上，擬定既有線新增填土寬12 m，填高1 m。選取線間距較小和松軟土層較厚的四個最不利斷面客專里程DK27+250，DK29+200，DK44+350，DK45+340進行計算分析。

2.2 結(jié)構(gòu)尺寸及材料參數(shù)

為有效控制路基工程沉降以滿足無砟軌道對路基變形的控制要求，該段新建客運專線路堤基底采用CFG樁加固，樁身強度C20，樁徑0.4 m，樁間距1.6 m，正方形布置，樁頂設(shè)置C35鋼筋混凝土樁帽或鋼筋混凝土板。主要材料力學(xué)參數(shù)見表1，DK27+250地層力學(xué)參數(shù)見表2。

表1 主要材料力學(xué)參數(shù)

表2 DK27+250地層力學(xué)參數(shù)

2.3 模型尺寸

為保證計算模型的收斂性和準確性，斷面計算范圍為：既有線左側(cè)坡腳外土寬18 m，客專右側(cè)坡腳外土寬30 m(見圖2)。地基層厚度約等于2倍樁長。

2.4 幾何模型

DK29+200樁帽網(wǎng)格劃分見圖3，DK29+200模型網(wǎng)格劃分見圖4。

3 結(jié)果分析

3.1 初始地應(yīng)力

DK27+250初始豎向應(yīng)力場見圖5，DK27+250初始豎向位移場見圖6。

在既有線存在的情況下，CFG樁施工完，重力作用下，初始位移為10-7m，得到了一個初始位移接近零的狀態(tài)。

3.2 客運專線及既有線新填路基荷載作用下的沉降

1)DK27+250沉降云圖(見圖7，圖8)。

2)DK29+200沉降云圖(見圖9，圖10)。

3)DK44+350沉降云圖(見圖11，圖12)。

4)DK45+340沉降云圖(見圖13，圖14)。

3.3 客運專線及既有線路基荷載作用下的沉降

新建客專路基工后沉降由兩部分組成，一部分是新建客專自身荷載作用下的工后沉降，另一部分為既有線幫寬路基填土荷載作用下新建客專的沉降，疊加這兩部分即為新建客專最終工后沉降。結(jié)合新建客?，F(xiàn)場實測沉降資料，新建客專自身荷載作用下的工后沉降按照總沉降的10%考慮。通過新建客專路基基底的沉降計算結(jié)果，繪制了四個斷面的工后沉降，見圖15～圖18。

4 結(jié)語

既有線路基抬道引起新建客專的沉降在新建客專工后沉降允許范圍內(nèi)。既有線抬道造成新建客專不均勻沉降，影響值從新建客專左側(cè)坡腳到右側(cè)坡腳遞減，左側(cè)坡腳最大影響值不超過6 mm。新建客專工后沉降最大不超過10 mm。在工程實踐中，應(yīng)加強現(xiàn)場路基監(jiān)測，積累實測數(shù)據(jù)，提高有限元計算結(jié)果的準確性。

[1] TB 10621—2009，J 971—2009，高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S].

[2] TB 10001—2005，J 447—2005，鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 芮 瑞，夏元友.樁—網(wǎng)復(fù)合地基與樁承式路堤的對比數(shù)值模擬[J].巖土工程學(xué)報，2007，29(5)：769-772.

[4] KRISHNA N R．Numerical Modeling and Analysis of Pile Supported Embankments[M].Texas：the University of Texas at Arlington，2006.

[5] 王 建，周 俊，徐建業(yè).高速鐵路CFG樁—帽—網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降控制的現(xiàn)場試驗研究[J].鐵道勘察，2012(3)：17-20.

[6] 葉 鵬，黃建川.山區(qū)客運專線線側(cè)下式站房路基邊坡?lián)踝o設(shè)計[J].鐵道勘察，2015(1)：50-53.

Analysis of settlement of the subgrade of passengerdedicated line caused by existing railway raising project

Xie Jianchao Ye Peng

(RailwayNo.3SurveyandDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Tianjin300142,China)

The paper adopts ABAQUS software, the finite element software, to establish the three-dimension model of CFG pile and existing railway subgrade, analyzes the influence of existing railway raising projects on subgrade settlement of newly-built passenger special lines, and achieves valuable conclusion, so as to provide some reference.

raising subgrade, CFG pile, settlement, numeric simulation

2015-02-10

解建超(1987- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)11-0143-03

U416.1

A