临近高铁侧墙式桩板结构的桩基分布合理性分析

冀少峰 JI Shao-feng

（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）

0 引言

多年来，随着铁路网的逐渐加密，引入既有高铁站变得越来越常见，既有无砟轨道的变形要求很高，所以新建铁路路基的地基处理方案变得尤为重要，既要保证安全可靠，又要满足经济性的要求。采用侧墙式桩板结构进行地基处理可以很好保证既有线变形和节约土地。论文结合实际项目，通过有限元数值模拟，分析侧墙式桩板结构的外侧一排桩间距对既有线变形和筏板配筋的影响，从而对设计方案进行优化。

1 工程概况

论文中的新建高铁为时速250km/h 客运专线，路基填高6m，站台填高8m，采用路基帮宽形式紧邻既有线，地基处理采用桩板结构形式，桩长22m，桩径1m，横向桩间距3.4m，纵向桩间距4.5m，筏板厚度1m；论文分析的范围分布有三处雨棚立柱，每处立柱处的荷载为1392kN。既有安九高铁潜山站为无砟轨道形式，路基填高6m，站台填高8m，采用螺纹桩进行地基处理，桩长6~10m，桩间距2~2.4。引入皆有车站的平面图和代表性横断面图如图1~图2 所示。

图1 六庆高铁引入安九高铁潜山站平面图

图2 代表性横断面图

根据《临近铁路营业线施工安全监测技术规程》（TB10314-2021）及《中国铁路上海局集团有限公司营业线施工工务安全监督管理办法》（上铁工[2020]345 号）中的相关要求，既有高速铁路路基的轨道、路基的水平和竖向位移控制值见表1。

表1 既有高速铁路路基的轨道和路基位移控制值

新建路基下的地层从上至下依次为素填土、粉土、粉质粘土、中砂、砾砂、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、弱风化泥质粉砂岩，地质条件较好，具体参数详表2。

表2 材料参数

2 数值模拟

2.1 模型本构关系及配筋检算理论

材料本构关系的选取关系到计算结果的精度，为保证计算结果的准确性，论文采用线弹性模型（Linearelastic）和摩尔－库仑模型（Mohr—Coulomb）两种本构关系。其中，钻孔灌注桩、雨棚基础和筏板采用线弹性模型，基床表层、基床底层、路基本体和地基各土层采用摩尔－库仑模型。

受弯构件最大应力：

钢筋混凝土构件相对界限受压区高度：

正截面受弯承载力应符合下列规定：

M－弯矩；

b－筏板宽度，此处取值1；

h－筏板厚度；

β1－系数，取值0.8；

fy－钢筋抗拉强度设计值，取值360N/mm2；

Es－钢筋弹性模量，取值2×105N/mm2；

εcu－混凝土极限压应变。

2.2 材料参数和结构尺寸

根据铁路定测的地质勘察资料和工程地质手册，材料采用的参数见表2。

2.3 有限元模型建立

利用有限元分析软件MIDAS—GTS 对代表性断面进行模拟分析，沿线路方向长度取35m。钻孔桩采用植入式梁单元来模拟桩的受力；其余结构均采用3D 实体单元。三维有限元模型如图3~图4 所示。

图3 新建高铁路基帮宽既有路基整体模型

图4 桩板结构、雨棚基础及立柱荷载模型

2.4 既有铁路路基变形分析

由于站台填方较高，对侧墙的侧压力较大，最外侧一排桩的布置对筏板受弯的影响较大，本次模拟建立三种最外侧桩至侧墙边缘的距离进行模拟分析，分别是0.6m、1.3m、2.0m，进而对比分析既有线的变形和筏板水平应力：

2.4.1 既有线变形分析

最外侧桩至侧墙边缘的距离分别是0.6m、1.3m、2.0m的情况下，既有线的水平位移云图如图5~图7 所示。

图5 最外侧桩至侧墙边缘的距离为0.6m 时水平位移云图

图7 最外侧桩至侧墙边缘的距离为2.0m 时水平位移云图

最外侧桩至侧墙边缘的距离分别是0.6m、1.3m、2.0m的情况下，既有线的竖向位移云图如图8~图10 所示。

图6 最外侧桩至侧墙边缘的距离为1.3m 时水平位移云图

图8 最外侧桩至侧墙边缘的距离为0.6m 时竖向位移云图

图10 最外侧桩至侧墙边缘的距离为2.0m 时竖向位移云图

提取既有线路肩和轨道的位移见表3。

表3 不同最外侧桩至侧墙边缘下既有线变形值

图9 最外侧桩至侧墙边缘的距离为1.3m 时竖向位移云图

通过图5~图10 和表3 得出，最外侧桩至侧墙边缘的距离对既有线变形影响很小，且既有线变形均满足限值要求。

2.4.2 筏板受力分析

最外侧桩至侧墙边缘的距离分别是0.6m、1.3m、2.0m的情况下，对水平向配筋影响较大，筏板水平应力云图如图11~图13 所示。

图11 最外侧桩至侧墙边缘的距离为0.6m 时水平应力云图

图13 最外侧桩至侧墙边缘的距离为2.0m 时水平应力云图

通过以上应力云图，根据公式（1）~（3）计算出筏板所受弯矩，同配筋所能承受弯矩进行对比分析，见表4。

表4 不同最外侧桩至侧墙边缘下既有线变形值

图12 最外侧桩至侧墙边缘的距离为1.3m 时水平应力云图

通过图5~图10 和表3 得出，最外侧桩至侧墙边缘的距离为0.6m 时，筏板右侧顶面受力偏小，且小于左侧顶面受力，该情况布局不合理；最外侧桩至侧墙边缘的距离为1.3m 时，筏板右侧顶面受力均衡，承载强度安全系数为1.59，较为合理；最外侧桩至侧墙边缘的距离为2.0m 时，筏板右侧顶面受力偏大，接近钢筋承受极限值，该情况布局不合理。因此最外侧桩至侧墙边缘的距离以1.3m 为宜。

3 结语

通过对工程模型的数值模拟分析，得出以下结论：

①最外侧桩至侧墙边缘的距离对既有线变形基本无影响。②最外侧桩至侧墙边缘的距离对板内钢筋的受力影响较大，通过对比分析，最外侧桩基至侧墙边缘距离以1.3m为宜。