孫連強(qiáng)

（盛德路橋建設(shè)有限公司，山東 高密 261500）

高速鐵路列車運(yùn)營速度快、安全程度高，所以成為很多人出行的首選。為滿足人們對出行速度、便利性等各方面要求，我國開始建設(shè)高鐵工程。在建設(shè)高鐵工程的過程中，施工單位容易遇到施工難題，即如何避免道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的不良影響。為保證高鐵工程建設(shè)質(zhì)量，主要通過采取外部荷載計(jì)算、鋼筋結(jié)構(gòu)評估和有限元模型建立等方法，科學(xué)評估道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響。而在確定無不良影響后，才可以開展高鐵工程施工活動。另外，還需要在施工的過程中合理把控施工環(huán)節(jié)，保證工程建設(shè)質(zhì)量。與此同時，還需要注重總結(jié)道路下穿段高鐵工程項(xiàng)目建設(shè)施工經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)順利推進(jìn)施工活動奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 工程案例介紹

本次以京滬高鐵工程的某一段作為工程案例研究分析對象，工程橋長81 km。在該工程中，使用了鉆孔灌注樁技術(shù)，建設(shè)橋墩，以提高工程的支撐能力，保證行駛的安全性。工程設(shè)計(jì)的速度為350 km/h，便于提高車輛通行速度，緩解交通運(yùn)輸壓力。

2 道路下穿段高鐵工程項(xiàng)目建模和數(shù)值分析

2.1 外部荷載計(jì)算思路

在研究道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響時，有必要明確外部荷載計(jì)算思路，提高計(jì)算水平，從而為工程建設(shè)提供可靠的支持。在工程項(xiàng)目建設(shè)中，要關(guān)注承臺頂面。通常情況下，主要將承臺頂面劃分為上下2 個部分內(nèi)容[1]。隨后，就可以計(jì)算與處理2 部分內(nèi)容，從而得到可靠的結(jié)論。通常情況下，外部荷載計(jì)算主要分為2個階段。為提升外部荷載計(jì)算水平，應(yīng)當(dāng)充分把握這2個計(jì)算階段的計(jì)算工作。

階段一：計(jì)算橋梁基礎(chǔ)變形。變形時需要評估路基填筑施工活動，了解與路基填筑施工相關(guān)的信息數(shù)據(jù)。階段二：計(jì)算基礎(chǔ)沉降。將與高鐵工程相關(guān)的沉降因素作為計(jì)算內(nèi)容。此外，要注重計(jì)算列車荷載、橋跨恒載、墩頂?shù)淖畈焕ё戳Φ?。高鐵橋墩的重量以及在開展施工過程中風(fēng)力、承臺能承受的外力等均是影響高鐵橋梁承載力的因素[2]。因此，還需要將這些作為外部荷載計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2 公路鋼架結(jié)構(gòu)施工方案

公路鋼架結(jié)構(gòu)對于高鐵工程建設(shè)具有一定的影響。通過構(gòu)建科學(xué)的公路鋼架結(jié)構(gòu)施工方案，有助于保證公路鋼架結(jié)構(gòu)施工活動順利推進(jìn)，提升公路鋼架結(jié)構(gòu)性能。所以，有必要高度重視公路鋼架結(jié)構(gòu)施工方案構(gòu)建工作。公路鋼架結(jié)構(gòu)施工方案構(gòu)建的要點(diǎn)如下。

1）規(guī)范區(qū)域樁體混凝土澆筑、樁成孔制作等工作，保證混凝土澆筑效果，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能。

2）重視區(qū)域槽挖掘、梁自重預(yù)壓等諸多工作。在這種情況下，就能確保公路鋼架結(jié)構(gòu)施工效果。

2.3 有限元模型的建立

在分析道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響時，要格外重視有限元模型的建立工作，科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)。在建立有限元模型前，應(yīng)選擇合適的軟件。Abaqus 軟件常被應(yīng)用在有限元模型建立中，對于保證有限元模型建立水平，保證計(jì)算的科學(xué)性、準(zhǔn)確性等均具有重要的意義。因此，本次應(yīng)用Abaqus 軟件分析道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響[3]。在應(yīng)用有限元模型分析時，需要遵守以下基本原則，從而確保分析效果。

1）確定起始狀態(tài)，并對其進(jìn)行計(jì)算。將原有的高鐵橋梁結(jié)構(gòu)和原土層作為基本的起始狀態(tài)展開計(jì)算，得出相應(yīng)的應(yīng)力。

2）計(jì)算原土層的應(yīng)力和沉降量變化情況。起始狀態(tài)的應(yīng)力結(jié)果作為此階段計(jì)算的依據(jù)。其中，需要利用起始狀態(tài)應(yīng)力結(jié)果，結(jié)合運(yùn)營需求、運(yùn)營目標(biāo)等，構(gòu)建科學(xué)的模型。之后，需要做好土層的應(yīng)力及沉降方面的計(jì)算工作。土層變形是受到多種因素影響的，所以需要從不同的方面分析影響土層變形的因素，以規(guī)避問題，防止土層發(fā)生變形。其中，可以探究高鐵橋梁基礎(chǔ)影響土層變形的因素，便于科學(xué)規(guī)避土層變形問題。

3）結(jié)合原土層的應(yīng)力和沉降量計(jì)算結(jié)果，分析黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)粘土和粉砂等土層變形在橋梁的附加影響因素。

在建設(shè)高鐵工程時，需要深入實(shí)際施工地點(diǎn)，了解實(shí)地施工地點(diǎn)情況。要重視了解巖土工程情況，合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)，科學(xué)使用巖土。開展此項(xiàng)工作的要點(diǎn)如下。

1）確定鐵路橋梁基礎(chǔ)以上的部分既上部結(jié)構(gòu)；2）對承臺頂施加荷載（計(jì)算所得荷載量）；3）樁基位置起始應(yīng)力狀態(tài)的計(jì)算；4）對下穿段的施工和運(yùn)營進(jìn)行模擬、評估。

為保證計(jì)算效果，有必要深入研究土體應(yīng)變的本構(gòu)理論，結(jié)合理論分析數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)分析水平。除此之外，還需要使用彈塑性模型，做好支撐工作[4]。笛卡爾坐標(biāo)系在數(shù)據(jù)計(jì)算中發(fā)揮著重要作用，所以本次運(yùn)用笛卡爾坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算，將負(fù)向的大里程設(shè)置為高鐵縱向，分別設(shè)置X 軸、Y 軸和Z 軸，將鉛直向上定為Z 軸正方向，X 軸按右手定則確定，按照高鐵縱向方向確定Y 軸，具體形成的計(jì)算模型如圖1 所示。

圖1 有限元整體模型

3 道路下穿段高鐵工程項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果的分析

3.1 對高鐵樁身側(cè)摩阻力造成較大影響

由表1 可知，在樁深度增加的情況下，會導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力隨之發(fā)生變化。一般而言，會先出現(xiàn)樁側(cè)摩阻力減少的現(xiàn)象，之后會出現(xiàn)樁側(cè)摩阻力增大的現(xiàn)象。而樁長40 m 則是樁側(cè)摩阻力從減小到增大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。所以，要注重控制樁長。為提高高鐵工程建設(shè)效果，還需要做好道路下穿段的開挖工作，同時需要做好澆筑施工活動。在這種情況下，比較容易合理控制樁側(cè)摩擦力，避免影響路基建設(shè)活動，保證高鐵工程建設(shè)水平。

表1 樁側(cè)摩阻力變化

3.2 對高鐵橋樁身的軸力造成較大影響

由表2 可知，在下穿段開控施工活動的開展，運(yùn)行荷載也會隨之增加。樁深在40 m 左右時，樁深與軸力兩者成正比。但是在深度的增加時，會出現(xiàn)軸力減小的現(xiàn)象，即在一定的樁深范圍內(nèi)，樁深與軸力兩者成反比。在高鐵橋梁建設(shè)時，還需要注重處理樁深與軸力兩者之間的關(guān)系。另外，要控制對樁側(cè)身軸力和下穿短鋼架樁基的開挖工作，最大限度確保開挖效果。而在樁基開挖的過程中，一定要結(jié)合實(shí)際情況、工程建設(shè)目標(biāo)等，積極開展調(diào)查研究工作，同時積極觀察周圍環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)影響樁基開挖的因素，從而科學(xué)解決樁基開挖問題。通過開展這些工作，就能提高高鐵橋梁工程施工水平。

從表1、表2 中可以看出：下穿段的開挖施工以及運(yùn)營荷載的施加，隨著樁深度的增加樁側(cè)摩阻力先減小后增大，樁深40 m 處為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。相城大道下穿段剛架樁基開挖和澆筑對樁側(cè)摩阻力的最大影響為3.1%，剛架連續(xù)板基槽開挖、預(yù)壓和澆筑對樁側(cè)摩阻力的最大影響為12.1%（由于連續(xù)板的澆筑在模擬中整體考慮，此影響值偏大），下穿段施工完成后運(yùn)營荷載對樁側(cè)摩阻力的最大影響為8.0%。

表2 樁身軸力變化

3.3 對群樁基礎(chǔ)土體變形造成影響

由表3可知，距承臺左角點(diǎn)距離與水平位移、沉降之間的關(guān)系。詳細(xì)如下所述，路基是高鐵橋梁工程施工的重要組成部分。在路基施工的過程中，需要填筑路基。隨著填筑量的增加，周圍土體的荷載量會隨之增加。而在荷載量超過一定程度后，周圍土體就容易出現(xiàn)沉降變形，導(dǎo)致其低于以前的高度。其中，在完成路基填筑施工后，路基坡腳處容易發(fā)生不良變化。比如，會發(fā)生土地沉降的問題。如果荷載量持續(xù)性增加，那么土地沉降的幅度將會進(jìn)一步增加?？偠灾\(yùn)行荷載、路基填筑會給靠近樁基土體產(chǎn)生一定的影響，即引起土地下沉。

表3 群樁基礎(chǔ)頂面位移

坡腳的水平距離與沉降變形值兩者呈現(xiàn)一定的衰減性曲線。依據(jù)兩者的關(guān)系，則可以更好地判斷路基坡腳距離。其中，在沉降變形程度比較小的情況下，可以判斷距離路基坡腳還是存在一些距離的。隨著路基填筑施工的完成，運(yùn)營荷載相較于初始明顯增加。在運(yùn)營荷載不斷增加的情況，路基坡腳的土體和群樁承臺處土體就容易發(fā)生更為嚴(yán)重的沉降。與此同時，樁基頂部容易出現(xiàn)豎向位移和回彈變形情況，如果不能及時做好樁基頂部維護(hù)工作，就容易出現(xiàn)樁基傾斜問題，從而影響樁基承載力及橋梁建設(shè)的穩(wěn)定性?；诖?，更加需要高度重視路基填筑施工與路基坡腳的土體和群樁承臺處土體、樁基等之間的關(guān)系，及時準(zhǔn)確地計(jì)算路基荷載，科學(xué)評估路基荷載對工程質(zhì)量的影響，從而采取合理的策略，排除不良隱患，確保橋梁工程建設(shè)水平。

4 結(jié)束語

綜上所述，在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，高鐵成為了我國重點(diǎn)建設(shè)的工程項(xiàng)目。為提高高鐵工程建設(shè)水平，有必要充分把握高鐵工程建設(shè)活動。研究發(fā)現(xiàn)，在高鐵工程建設(shè)中會出現(xiàn)下穿道路的情況。如果不注重分析道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響，缺乏構(gòu)建完善的高鐵橋梁施工方案，就容易影響工程建設(shè)水平。因此，要高度重視研究道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響，科學(xué)地優(yōu)化工程建設(shè)方案。應(yīng)用有限元分析軟件可以更好地分析道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響。因此本次將有限元分析軟件作為分析工程的工具，得出了研究結(jié)論，即對高鐵樁身側(cè)摩阻力造成較大影響，對高鐵橋樁身的軸力造成較大影響對群樁基礎(chǔ)土體變形造成影響?；诖?，應(yīng)當(dāng)結(jié)合研究數(shù)據(jù)及研究結(jié)論，合理地把控高鐵橋梁施工活動，防止道路下穿段對高鐵橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生消極影響。