江 攀
(西南交通大學土木工程學院,四川成都 610031)
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,各類工程的建設進程日益加快,但由于地域限制,新建工程常常臨近既有工程,為了確保新建工程的合理設計及既有工程的安全,常常要分析此類交叉工程之間的相互影響[1]。由于涉及到廣大乘客的安全,新建工程對既有鐵路的影響更是研究的重點[2],近年來,大量河道出于對通航及防洪等因素的考慮,需要進行改造,當其與既有鐵路出現(xiàn)相互交叉時,必須對河道改建工程進行安全評估,分析其對既有鐵路造成的影響[3]。本文以某一出水明渠工程下穿既有鐵路橋梁為背景,對河道工程的設計方案進行介紹,并分析其對既有鐵路橋梁的影響,可為日后類似工程的設計和施工提供參考。
原河道位于合肥市境內(nèi),河底寬度9~14 m,河底高程約8.4 m,河道邊坡為土質(zhì)邊坡,邊坡坡率1∶1.2~1∶1.8,無其他防護措施。堤壩頂標高為12.5~13.5 m,周圍地勢標高為11~12 m,地形較平坦。
既有鐵路為無砟軌道,出水明渠與該鐵路相交2#~3#墩間。橋梁相鄰各跨均為32 m簡支箱梁結(jié)構(gòu),重力式實心墩,樁基接承臺基礎。橋位處地形起伏不大,梁底高程約26.9 m。
出水明渠工程長60 m,主要包括岸線整治及河道疏浚,平面上由R=90 m、R=60 m的曲線及一段直線組成。工程采用樁接U槽結(jié)構(gòu)作為永久堤防,U槽內(nèi)填充級配碎石,總寬5 m,底板厚0.6~1.0 m,邊墻高3 m。下基礎采用φ1.0 m的鉆孔樁,樁間距7 m×3 m,樁長18 m。河道邊坡均采用框架梁護坡防護,河底采用0.5 m厚的漿砌片石鋪砌至河底設計標高7.84 m。鋼混框架梁橫截面尺寸0.4 m×0.3 m,采用2.5 m×2.5 m的矩形窗格布置,窗格內(nèi)砌筑漿砌片石。
根據(jù)地勘資料,場地土層物理力學參數(shù)見表1。
選取下穿工程涉鐵范圍內(nèi)的巖土和結(jié)構(gòu)物,采用數(shù)值模擬方法計算下穿出水明渠對鐵路橋墩的影響,既有鐵路橋墩包括1#~4#墩。利用Midas NX建立三維有限元模型,考慮邊界效應的影響,模型總長度138 m(順橋向/X向)、寬度90 m(橫橋向/Y向)、深度85 m(豎向/Z向),建立的三維計算模型如圖1所示。
表1 土層物理力學參數(shù)
圖1 三維計算模型
模型的邊界條件分別為:上表面自由邊界,側(cè)面施加法向位移約束,底部施加完全固定約束。
土體采用修正Mohr-Coulumb本構(gòu)模型[4],計算參數(shù)按照地勘資料選取。
根據(jù)實際施工情況,本次模擬共設置5個工況:工況1初始應力場平衡、工況2近2#墩側(cè)河堤整平挖方、工況3U槽底板挖方及鉆孔樁施工、工況4U槽施工及填筑、工況5河道疏浚及墊層鋪砌,部分典型工況如圖2所示。
圖2 典型施工工況模擬
通過有限元模擬,出水明渠下穿工程施工后,既有鐵路橋梁各墩頂X、Y、Z方向的累計位移統(tǒng)計見表2、表3及表4。
表2 墩頂順橋向(X向)累計位移 單位:mm
由上表可以看出,既有鐵路橋墩墩頂最大累計水平位移及豎向位移均發(fā)生在2#墩,分別為0.42 mm、-0.20 mm。
表3 墩頂橫橋向(Y向)累計位移 單位:mm
表4 墩頂豎向(Z向)累計位移 單位:mm
綜合上述結(jié)果可得,出水明渠下穿工程對既有鐵路橋墩墩頂?shù)目傮w影響較小,墩頂累計位移小于相關(guān)規(guī)范中無砟軌道2 mm的一般取值,滿足受下穿工程影響的高速鐵路橋梁墩臺頂位移限值要求[5]。
本文以某出水明渠工程下穿一既有鐵路橋梁為背景,對此下穿工程的方案設計進行了介紹,并分析了該工程對既有鐵路橋墩的影響。分析表明,本工程通過采取合理的設計方案及防護措施,保證了出水明渠下穿施工后,對既有鐵路橋梁墩頂?shù)睦塾嬑灰朴绊戄^小,位移值均未超限,設計方案可行。同時,由于各階段施工過程中的影響難以計算,如出現(xiàn)鉆孔樁施工時對軟土承載特性的影響等情況,建議在施工中加強對鐵路橋墩的變形監(jiān)測,所有施工過程需嚴格控制。