道路软基与桥涵桩基施工对邻近铁路的影响研究

王卫辉

摘要：对市政道路软土地基进行加固处理，确保地基的加固效果，有利于提高市政道路施工的质量，促进市政道路工程建设的良好发展。结合工程实例，针对某市市政道路施工过程进行三维建模有限元分析，探讨桥涵施工对邻近铁路的影响，并针对数值计算结果提出合理的桥涵设计建议，从而保证施工的安全性。得出以下结论：钉形水泥土双向搅拌桩软基处理能力较高，桩身的质量均匀，有利于提高土体上部分地基强度，避免路基沉降过快，且有效增大了桩体的距离，降低了工程成本。桥涵施工对邻近铁路主体结构的影响较小，上部结构的荷载作用小，主体结构安全可控。

关键词：市政道路；软基处理；铁路路基；控制措施

0   引言

在市政道路施工过程中，对软土地基若不能进行妥善、有效的处理，将会对建筑结构以及邻近建筑设施造成严重的危害。随着科技水平的发展，软基处理的水平也大幅提高，但在目前的软基处理情况来看，仍有一些工程在软基处理上缺乏经验，导致处理结果并不理想[1-2]，影响了市政道路工程的建设质量。

现阶段越来越多的学者针对软土地基处理做了大量的研究。王思刘[3]等基于按应力定义的固结度，提出考虑负孔隙水压力和土体三向变形影响的固结沉降计算方法，并开展真空排水预压室内模型试验，得出三向固结试验测得的固结系数在30～40cm/s之间，是标准固结试验测得的固结系数的40倍左右；真空预压排水条件下的竖向和径向固结微分方程与砂井固结理论方程具有相同的形式，但排水边界的孔隙水压力为负值；按所提出的沉降计算方法，得到的固结沉降计算值与实测值最大误差为12%，总沉降修正系数为0.98～1.18时计算值与实测值吻合较好。上述研究结果，对于准确确定真空排水預压法预压工期和工后沉降具有一定参考价值。

软基路基在工程中主要问题是沉降过大，沉降可能会因后期的动荷载等重复荷载发生不可逆的变形。在桥梁与道路相接段，往往因为不均匀沉降发生较大的错台而导致行车舒适性较差，故如何有效的对软基进行处理成为研究的关键[4]。本文结合工程实例，针对对某市政道路施工过程进行三维建模有限元分析，探讨桥涵施工对邻近铁路的影响[5-6]，并针对数值计算结果提出合理的控制措施，从而保证施工过程的安全。

1   工程概况

某城市市政道路改造工程位于某市域铁路正上方，影响范围较长，约3km，道路状况较为复杂，有大量的市政管线，同时有多处桥涵。该桥涵以及管线施工给市域铁路带来不利的影响，因此需针对整个工程项目，采取合理的施工组织安排以及风险控制方案。目前市域铁路处于运营阶段，安全影响要求较高，根据市域铁路的相关轨道，需将变形控制在10mm范围内。

市域铁路因已运营，其原围护结构影响道路结构的部分需进行破除。目前位于道路部分的围护结构冠梁已拆除，道路施工时仅需回填上方土体。为保证市域铁路的运营安全，需分析市政道路工程对市域铁路的安全影响，并给出相应的风险控制措施与建议，以控制市域铁路的安全风险。道路位置示意图如图1所示。

2   软基处理

本工程市政道路除桥涵外，其所处的地层以淤泥为主，根据周边其他项目的变形情况可知，工程地区属于海积平原，场地会因时间的推移出现整体沉降变形，故本工程道路需对场地内的淤泥进行处理。本工程软基处理区域为一般路段、桥台后、涵洞后区域路段，软基处理主要是针对桥台与道路段的变形不均匀问题。若道路段因软基路基沉降过大，导致其与桥梁段发生较大的不均匀沉降，将对行车安全与舒适度产生较大不利影响。

2.1   工程地质条件及技术标准

根据道路段详勘报告可知，钻孔范围内自上而下可分为4个工程地质层、8个亚层，分别为：①1黏土、②1淤泥、③1淤泥质黏土、④1黏土、⑤1-1细砂、⑥3卵石。其中②1淤泥、③1淤泥质黏土深度较厚，对道路结构存在不利的影响。同时根据相关规范可知，软基处理后沉降标准应满足：不均匀沉降不得超过0.5%，涵洞与路堤相邻处沉降量应≤0.1m，桥台沉降量应≤0.1m，一般路段沉降量应≤0.3m。

2.2   软基处理方法

2.2.1   针对一般路段

一般路段的软基处理方案采用钉形水泥土双向搅拌桩长，根据桩的特点，其桩头采用2m，总桩长控制在10m，直径为500mm，扩大头为800mm，桩距为2m。根据施工的特征，本工程桩基施工拟采用离市域铁路先近后远、交叉施工的方式进行，同时为保证对市域铁路的影响降至最低，应进行试验段获取施工参数。

2.2.2   针对桥台、涵洞路段

连接桥台、涵洞路段的钉形水泥土双向搅拌桩长2m，总桩长以18～12m，控制直径为500mm，扩大头为800mm。桩距为1.3m，按正方形布置。

桩顶层设置500mm砂砾耨垫层，内铺土工格栅一层，均匀分层夯实，回填至道路结构层下。施工的先后顺序与试验段与一般段一致。桥台、涵洞路段软基处理标准纵断面如图2所示。

通过对钉形水泥土双向搅拌桩现场试验结果分析可知，钉形水泥土双向搅拌桩有利于提高土体上部分地基强度，避免路基沉降过快，且有效增大了桩体的距离，可有效的降低了工程成本[6]。

3   桥涵施工对邻近铁路的影响分析

两座桥涵均位于市域铁路上方。两桥涵的桩基距离市域铁路体分别为4.6m、4.5m，满足最小安全作业净距3m控制要求。桥涵施工过程中，要先对铁路上方的土体进行开挖，开挖完后需对上方的结构进行浇筑回填，由此对市域铁路产生了一定影响。

3.1   有限元分析模型及模拟工况

本次采用FLAC3D软件建模，分析桥涵对邻近铁路的影响。模型具体力学参数见表1。本次分析主要根据桥涵施工过程中的工况进行模拟分析，主要对如下工况进行模拟。

工况1：初始化模型，市域铁路上方为河底回填土和水的荷载；工况2：河底开挖，疏干河道；工况3：桥涵的主体结构浇筑并回填。

所取土体范围为120m×70m×100m（长×宽×高），对其进行建模，其中土单元采用实体单元，本构采用摩尔库伦模型，桩单元采用线单元，混凝土板采用实体单元，本构采用弹性本构。整个三维有限元计算模型共179100个单元，整体结构模型图如图3所示。

3.2   计算结果分析

3.2.1   基坑开挖对邻近铁路主体影响分析

基坑主动区土压力容易因围护结构被动区土体的开挖而发生位移变形。桥梁桩基施工过程中，因淤泥流动性强，容易导致塌孔现象，故在桥梁桩基施工时，需采用泥浆护壁技术，减少基坑开挖对周边结构的影响。邻近铁路上方土体开挖容易导致结构上浮，给铁路的安全带来不利的影响，通过有限差分FLAC软件对基坑开挖进行模拟，得出模型整体沉降变形如图4所示。基坑开挖引起市域铁路竖向隆起位移云图如图5所示。

根据计算结果可知，基坑开挖后，主要的变形位移位于开挖面的隆起变形，其最大变形为179mm；同时基坑开挖引起的市域铁路的变形为0.4mm，主要为沉降变形。另市域铁路主体水平位移较小，均满足铁路变形的安全控制要求。

3.2.2   桥涵施工后荷载对邻近铁路主体影响

桥涵主体结构浇筑及回填对邻近铁路主体存在一定的影响。市域铁路围护沉降位移如图6所示。

从图6可以看出，桥梁结构施工后，基坑周边环境总体可控，但桥梁桩基施工对市域铁路产生了一定影响，具体表现为：桥涵主体结构浇筑及回填对邻近铁路主体的影响较小，主要为沉降变形，其最大值为0.159mm，远小于变形控制要求的10mm，水平位移可忽略不计。

4   结束语

软土路基处理及邻近铁路施工是市政道路工程常见的问题，本文结合工程实例，针对某市市政道路施工过程进行三维建模有限元分析，探讨桥涵施工对邻近铁路的影响，并针对数值计算结果提出合理的桥涵设计建议，从而保证施工的安全性。得出以下结论：

钉形水泥土双向搅拌桩软基处理能力较高，桩身的質量均匀，有利于提高土体上部分地基强度，避免路基沉降过快，且有效增大了桩体的距离，降低了工程成本。桥涵施工对邻近铁路主体结构的影响较小，上部结构的荷载作用小，主体结构安全可控。

参考文献

[1] 赵海欧.铁路工程施工中软基路基处理技术的应用[J]. 建筑技术开发，2018，45（19）：121-122.

[2] 周礼红，朱志铎，刘松玉.钉形水泥土双向搅拌桩加固软土地基的效果分析[J].岩土力学，2009， 30（7）： 2063-2067.

[3] 王思刘，张冬琪，陈纪胜，等.真空预压下软土地基的固结特性和沉降计算方法[J].铁道科学与工程学报，2022（3）：19.

[4] 魏磊磊.市政道路改造工程对邻近既有铁路隧道影响分析[J].建筑工程技术与设计，2020（7）：2501.

[5] 张弥，李兆平，汪挺.北京地铁工程邻近桥桩施工风险评估及控制对策探讨[J].岩土力学，2008， 29（7）：1837-1842.

[6] 刘松玉，陈晋中.钉形水泥土双向搅拌桩施工技术[J].建筑科学，2011，27（11）： 99-101+106.