摘  要: 结合实际工程实例，采用有限元法建模分析了地铁车站基坑开挖对临近跨线桥桥桩的影响，进而得到桥桩的变形规律，为车站结构设计提供了理论指导。

关键词: 基坑，桥桩，有限元

 

      某城市轨道交通1 号线一期工程试验段工程包含2 站1 区间，其基本走向为南北走向，沿城市主干道敷设，线路全长 1． 187 km，均为地下线。本文研究对象为其中一座地铁车站，地下一层车站，正上方为跨线桥。受市政下穿隧道及跨线桥桩基影响被分为东西两部分，为分离侧式车站，需与下穿隧道工程同期设计同步实施。地铁车站及下穿隧道总宽度达 43 m，基坑开挖对跨线桥桩基础会产生不利影响。选取地铁车站、市政隧道及跨线桥桩基等作为分析对象，建立土—结构相互作用计算模型分析基坑开挖卸荷对跨线桥桩基的影响。

 

      场地位于工程地质Ⅴ区，场地复杂程度属中等复杂。现状地面高程约 4 m ～5 m，地面基本平坦。场区主要位于嘉禾路，周边外扩至紧邻既有建筑物，地下管线繁杂，环境条件复杂程度属复杂。

      场区地层变化较大，岩性多变，上部多为全新统 Q4 人工填土、海积软土或第四系粉质粘土、砂土等构成，其综合厚度约为7 m ～ 9． 7 m( 亦为残积土顶板埋深，标高 － 2． 1 m ～ － 5． 5 m) ，其下分布岩土层为残积土及基岩风化层，其中残积土层及全风化岩底板界面深度约为12． 1 m ～30 m，强风化岩底板界面约为14 m ～40 m，而中 ～ 微风化岩顶板埋深总体大于 30 m。

      场区内水文地质条件也较复杂，开挖深度范围内含水层类型主要为第四系松散岩类孔隙含水岩组，各类地层渗透系数变化较大。其中人工填土层属潜水性质，砂层具承压性，这两层是场区内主要含水层，透水性也较强，富水程度中等。

 

      基坑围护结构采用直径 1 000 mm、间距 1 150 mm 的钻孔灌注桩，桩间设止水帷幕，共设三道支撑。第一道支撑为 800 ×800，间距约 8 m 的混凝土支撑，其他为直径 609 mm，厚度16 mm，间距约 3 m 的钢支撑。标准断面处基坑开挖深度约 11 m，地下水位埋深在 1． 6 m ～2． 7 m 之间。车站底板位于残积砂质粘性土层中，采用明挖法施工。为了便于交通疏解和管线改迁，主体基坑应进行分期实施。

      采用岩土专业有限元软件建模计算分析，运用较真实地反映土体开挖卸荷的 HS 硬化土体本构模型以及按照实际的施工工序进行模拟分析。计算模型边界取基坑两侧边线各50 m，高55 m 范围。模拟对象为各土层、围护桩、支撑、主体结构及离基坑两侧最近的 5，6 号跨线桥桩等，5 号桥桩由 6 根 1． 3 m 的桩组成，6 号桩由4 根1． 2 m 和1 根2． 5 m 的桩组成。计算时采用15 节点三角形单元模拟土体; 用板单元模拟围护桩挡土墙; 挡土墙两侧与土的接触面用 10 节点无厚度接触面单元模拟; 横向支撑可以看作弹性杆件。在计算中把围护桩按侧向及轴向刚度等效成连续墙进行分析，跨线桥的桩基础也按同样的方法等效成连续墙。

      网格划分精度选择细程度，并对基坑附近的网格进行加密，根据工程特点，视为平面应变问题进行处理，计算模型如图 1 所示，计算参数如表1 ～ 表3 所示。模型的左右边界水平方向约束，位移为零，竖直方向自由，允许发生变形; 底边界水平和竖向均约束，任意方向的变形都为零。

 

      跨线桥桩计算结果见表 4。表中的弯矩及剪力已从每延米值按桩间距转成了单桩值。可以看出，在整个施工过程中，西侧跨线桥 5 号桥桩桩顶和桩身最大位移分别是 10 mm 和 12．4 mm，最大弯矩和剪力分别是 655．2 kN·m 和 361．6 kN。东侧跨线桥6 号桥桩桩顶和桩身最大位移分别是 12．4 mm 和 21．4 mm，最大弯矩和剪力分别是 620．7 kN·m 和 249．2 kN。桥桩的最大竖向位移为 4 mm。根据收集的资料，1 300 mm 直径 5 号桥桩和1 200 mm 直径 6 号桥桩主筋 24Ф25，箍筋Ф10 @100; 经承载力验算，5，6 号桥桩都是安全的。

      在施工过程中，应加强对桥梁墩台沉降、横纵向差异沉降、桥梁墩台倾斜等变形的测量，确保在整个施工过程中跨线桥的安全，把施工对桥桩的影响减到最小。

 

      本文采用有限元法建模分析地铁车站基坑开挖对临近跨线桥桥桩的影响，得到桥桩的变形规律，为车站结构设计提供参考，主要结论如下: 1) 采用有限元法分析此类开挖卸荷问题是可行的。2) 计算结果表明，基坑开挖对临近的跨线桩基础虽产生一定不利影响，但 5，6 号桥桩经承载力验算均是安全的。3) 建议在施工中加强施工管理，进行变形监测，采取相应的工程措施，将施工对桥桩的影响减到最小。

 

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