高铁桥墩处开挖施工安全分析

高铁桥墩处开挖施工安全分析

【摘要】近年来高铁项目大批上马，而后又迅速建成通车，尤其是在长江三角地带，像沪宁、沪杭、杭甬等高铁，使城市间时间距离大为缩短，成为交通客运大动脉。同时，随着每个城市的规划建设、市政交通工程的施工，势必造成了城市道路与建成高铁的立体交叉，即存在在高铁桥墩处开挖基坑施工。本文以杭州市丁桥东路立交桥工程为例，分析了高铁桥墩处基坑开挖施工的安全问题，可供今后类似案例参考。

【关键词】高铁；桥墩；土方开挖；受力分析；变形计算；

中图分类号： TU997 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

高铁运输作为一种运输量大且经济的一种运输方式，在许多国家的经济生活中占有重要地位，是国家经济发展的必然趋势。21世纪以来，随着沪宁城际高速铁路、京津城际铁路等相继开通运营，中国高铁的建设序幕迅速展开，正以前所未有的速度引领世界高铁的快速发展，无论是国民、经济发展、市场还是铁路自身行业都是势在必行，对我们整个国家的发展起到了重要的作用。

在杭州市丁桥东路立交桥工程的施工之中，涉及到高铁桥墩的安全性，这就要求我们在施工的过程当中要确保高铁桥墩的安全。

二、工程概况

丁桥东路下穿沪杭高铁处铁路桥跨径为(48.75+80+48.75)连续梁，道路自中孔80m 跨径内穿越。按道路规划纵断面，穿越高铁处道路需要下挖，原地面标高在6.5左右，道路下挖基坑坑底-2.94，总挖深9.44m。

下挖道路设U型槽支挡结构，两侧桥墩分别为上海侧 241 号墩和杭州侧242 号墩。其中U9东侧挡墙贴近241#高铁桥墩，241#墩台埋深3.8m，承台厚度3m，承台底高程-0.267m，基底为19根直径1.5m钻孔桩，桩长68m，桩底为强风化泥质粉砂岩，σ=300KPa，；U5~U7西侧挡墙贴近242#高铁桥墩，该桥墩承台埋深约7.2m,承台厚度3m,承台底标高-3.767，基地为19根直径1.5m钻孔桩，桩长58m，桩底为强风化凝灰岩σ=500KPa。

高铁桥墩241#、242#照片

高铁桥墩241#、242#与U型槽断面位置图

三、从设计角度对高铁桥墩进行分析

根据U形槽与墩台的位置关系，241号墩侧基坑开挖时，坑底位于承台底下约2.5m，道路施工对其影响相对较大，因此选取241号墩进行受力及变形计算分析。

1.241 号墩设计情况

墩顶纵向最大水平力 Px=3637.7kN,竖向力 N=55096.7kN，承台纵向最大水平力 Px=4224.1kN,竖向力 N=102168.5kN，单桩荷载 Pmax=8586.9kN，单桩承载力[P]=9237.6kN,设计沉降量:38mm，顺桥向、横桥向刚度:1169.9kN/cm。

按《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》，纵向力、刚度与位移关系:

本桥墩顶线刚度按大于 1000kN/cm 控制，墩顶位移量为 3.6cm。

2.241号墩基坑开挖后的受力情况基坑开挖后，承台承受的水平力变大。基坑深度按 8m 计算，承台所承受的水平土压力计算为 E=1555kN。承台受力情况如下：承台纵向最大水平力 Px=5779.3kN,轴力 N=102168.5kN

3.241号墩变形计算为简化计算，根据刚度等效原则将圆形承台转换为方形承台。基坑底位于承台下2.5m，按高桩承台进行分析。

计算简图

3.1 墩顶位移

3.1.1 结构尺寸

（1）桥墩：直径 5.5m 圆形桥墩；

（2）承台：直径 17.7m，厚度 3m；

（3）钻孔桩：19 根直径 1.5m 钻孔桩，桩长 68m。

地面线: -2.5m

承台桩基础结构图

3.2 坐标系定义

z 轴竖直，向上为正；x 轴为横桥向，水平向右，y 轴根据 x 轴、z 轴由右手螺旋法则确定；坐标原点位于标高 0.0m 处。

整体坐标

3.3 荷载信息

基坑开挖后，承台承受的水平力变大。基坑深度按 8m 计算（承台底面以下2.5m），承台所承受的水平土压力计算为 E=1555kN。

（1）设计受力情况：

承台底外力 Px=4224.05kN, N=102168.5kN，My=111556kN.m

（2）基坑开挖后受力情况：

承台底外力 Px=4224.3+1555=5779.3 kN，N=102168.5kN My=111556kN.m 集中荷载汇总表

承台底中心单项荷载表

承台底中心单项位移表

241 号墩高为27m，采用 Drbridgefoudation 对墩台验算的结果：

承台发生水平变位与转动后的墩顶变形为：

0.007919m+27m0.000255rad=0.01480m=1.5cm<3.6cm

墩顶变形量可以满足要求。

3.4242号墩承载分析

242号墩承台顶部埋深约6m，作用在承台顶的竖向土压力荷载约114kPa。

根据U形槽与承台的平面关系，U形槽局部压在承台上范围为0～2.36m，落

于承台以上U形槽为非机动车道部分，铺装厚度约2.7m，考虑人行荷载后计算得U形槽对承台的压应力为90kPa，小于承台顶部土对承台的压应力，因此U形槽落于承台之上不会对该墩竖向承载造成影响。

四、施工中保证高铁桥墩稳定安全措施

在U形槽施工过程中涉及到穿越沪杭高铁241#、242#桥墩处，必须保证高铁墩体的稳定。所采取的主要措施有：

1．U型槽施工时，在高铁241#、242#桥墩处外侧卸载土方3m,以1：1放坡，以尽量减少墩体承受内外侧土压差；

2．围护桩内，U型槽施工时，在241#、242#高铁桥墩处墩体四周必须保持土压均衡；

3．对墩体进行垂直度、沉降、位移观测，与沪杭客专公司成立联控；

4. 局部补充增加围护桩拉锚措施，减少围护结构变形，相应降低土压对承台的作用；

5. 考虑旋喷桩具有增强土体抗力的作用，并且钻孔桩在该位置处施工相当困难，因此对桩基保护仍采用旋喷桩墙方案。考虑旋喷桩施工对桩基的影响，靠承台桩基侧旋喷桩施工工艺调整为定向摆喷，减少旋喷桩施工的挤压作用，加固高铁桥墩处的土体，更有利于保证连续性，止水效果更好，要求龄期需达到要求；

6．调整施工方案与顺序，小范围开挖浇筑U形槽，分段实施，确保桩基不暴露。

五、监控措施

1．成立基坑监测小组，建立观测台帐及观测制度，在基坑开挖期间，在围护桩系梁顶每隔15米设立观测点。每天测量2次沉降及位移数据，靠近线路侧围护桩每2小时观测一次；基坑开挖完成后，待观测数据稳定，适当减少观测频率。如超过规定警戒值，立即停止开挖土方或停止施工及时撤出基坑内施工人员，并尽可能卸载基坑外侧土方，确定抢救围护方案，再实施下一步工作。

2．高铁241#、242#桥墩沉降位移观测及墩体垂直度观测

由于沪杭高铁桥墩的重要性，为确保其运行安全，在常规的墙体侧向和竖向位移的监测基础上，采取对桥墩安装固定倾斜仪的方式来监测其倾斜度，每个桥墩按顺基坑方向和垂直基坑方向各安装一个。

常规观测包含在高铁的桥墩上不同角度各设四组沉降观测点和水平位移观