1工程技术指标关于桩与土体的作用

目前分析的方法主要有经验法，基于土位移的分析法，有限元法等。如需采用有限元软件对土体进行分析，则需要有详细的土层物理力学参数，才能够保证计算准确。本文根据京沪高铁桥梁的实际情况，运用ABAQUS有限元软件建立了高速铁路桥梁墩台、基础及地基土相互作用有限元模型。

1．1工程地质条件

根据相关资料并参考已有研究成果，确定的地基土层计算参数。根据土体的压缩模量将土体概化为三层，土体压缩模量按照相关资料选取，容重取18kN/m3，土体材料泊松比取0．3。

1．2桩基设计情况

京沪高速铁路山东段某工程桥梁标准跨径均为32．7m。每个桥墩的桩基础采用12根直径为1m的群桩基础。

2模型建立

2．1采用京沪高铁黄河特大桥

南引桥桥墩的桩台尺寸建模根据相关资料，承台及桩基各部结构尺寸均按实际工程尺寸建立有限元数值模型，桥墩按线路里程编号为1～6#。图1计算模型云图桩基础与承台采用相同材料混凝土，容重，弹性模量，泊松比等结构材料参数按设计及施工相关资料选取。土体尺寸:根据桥墩和堆载的位置，大致确定土体的计算尺寸为300m(顺线路方向)×240m×100m(厚度)。

2．2荷载定义将结构的恒载

换算为均布荷载210kN/m2加载到每个承台上。堆土距离京沪高铁正线25m，从1号墩一侧开始堆放，堆土范围80×100(纵向)m，堆土高度按现场实测数据取用，根据堆载土体的体积换算为均布荷载为62．9kN/m2。

3计算分析根据实际工况

建立加载步骤对所建模型进行计算分析。由于堆载布设于1－3号桥墩一侧，可知2#桥墩承台顶部最大竖向位移值为4．5mm，3#与4#桥墩沉降差3．5mm。对于本例来说，沉降差虽未超过规定限值5mm，但该影响不能忽视，需要对墩顶高程进行长期观测，确定沉降稳定后即可。分析得出，填土附加应力引起地基土固结，使桩基受到负摩阻力作用而下沉，这种情况往往会造成基础的不均匀沉降，进而影响桥梁结构的正常使用。已有的研究成果表明沉降源自两方面:一方面，堆载高度较大时，堆载土自重引起桩周土的沉降变形过大，在桩身产生较大的负摩阻力，可以引起桩体的压缩变形;另外，堆载的作用力通过桩身和桩周土体传递到桩端，还能够引起桩端土的压缩变形，加大了桩身的沉降地面沉降。基础沉降直接影响上部结构，沉降对无砟轨道的平顺度造成影响，不仅降低了高铁的运营速度，严重情况下威胁高铁的运营安全。由位移云图可明显看出各个桥墩的沉降情况，可见靠近堆载土体的桥墩沉降相对明显。同时也可得出，堆放土体的位置、体积、堆放形式和土质参数均会影响到桥墩的沉降量。《铁路运输安全保护条例》第二章第十条规定了高铁的安全限界是铁路两侧最多15m不能进行开挖、堆载等施工，但是本例在两侧25m范围仍然会有影响。鉴于此，应根据实际情况对高速铁路桥梁墩台、基础及地基土进行有限元分析，再根据分析结果确定堆载的安全性。

4结论与建议

综上所述，由于堆载的体积、位置和形式各异，土体条件也不能相同，对于临近高铁的堆载，若工程实际条件要求堆载，建议根据详细的地质资料对土体进行有限元计算分析，确定其安全性，把握土体堆载的安全范围，进而满足高速铁路对桥墩沉降的严格要求。高速铁路桥梁不同于其他桥梁，高铁运营对桥梁结构承载能力要求较高。施工时应尽量避免堆载对桥墩的影响，若不可避免时，则必须考虑由此可能引起的工程病害并进行防治，以确保高速铁路工程设计与施工的合理性及其竣工后的正常运营。

作者：邸昊李晓鹏单位：铁道部第三勘察设计院廊坊师范学院