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　　[摘要]文章以合福高速铁路采空巷道上方车站路基为研究对象，对采空巷道路基桩板结构基础受力机理进行数值模拟，分析结构在不同工况下受力规律，为采空巷道上方桩板路基内力分析提供依据。研究表明，该基础能较好满足采空区路基加固要求，完善高速铁路采空区加固地基的理论，具有一定理论价值。
　　[关键词]高速铁路；采空巷道；桩板基础；受力机理
　　[作者简介]鲁涛涛，中铁十九局集团有限公司助理工程师，研究方向：铁路施工技术，辽宁大连，116100
　　[中图分类号]TU41[文献标识码]A[文章编号]1007-7723（2013）05-0025-0005
　　目前采空区对铁路项目建设影响越来越大，对采空区的研究成果也逐渐增多[1]。桩板结构已成功运用于京津[2]、京沪[3]高铁软土路基、郑西[4]高铁湿陷性黄土路基、遂渝[5]高铁川东红土路基等高速铁路，但采用桩板结构对下伏采空区地基的处理尚属于较新颖的研究课题，现有研究成果极少，如何对采空区进行处理及结构受力机理课题仍然需要做大量的研究。本文对合福高铁上饶段五府山车站采空区上方桩板路基进行研究，分析其受力机理，为今后桩板结构处理下伏采空区路基提供理论依据。
　　一、工程概况
　　五府山车站（DK499+763.83～DK500+835.00）位于上饶县城正南37km处四十八镇，为无砟轨道设计，共有四股轨道。该车站位于北山村小学右侧的山坡上，前（福州方向）接官山底特大桥，后（合肥方向）接四十八镇1#大桥，为桥桥过渡段。路基采用C35混凝土灌注桩和C35钢筋混凝土承载板加固，人工挖孔灌注桩直径1.0m，桩间距5.0m，桩长12.0～25.0m。承载板结构采用C35钢筋混凝土，厚1.2m。承载板以上路堤填土采用的是掺3%水泥的级配碎石。
　　五府山车站段采空区，为民国及20世纪80年代采煤形成，主要为采空巷道、风井。DK499+940断面左侧埋深10.5～12.5m，中部埋深19.8～22.6m为采空巷道，采空巷道的高度分别为2.0m、2.8m。地层从上至下主要有全风化砂岩、强风化砂岩、弱风化灰岩三层，采空巷道位于弱风化灰岩层。地层、采空区及灌注桩位置示意图如图1（a）所示，图1（a）中灌注桩编号从左至右依此为1～7号，长度依次为12m、20m、25m、24m、25m、25m、25m，断面路堤填高3.0m，路基顶面宽26m，路基底面宽35m，边坡坡率1∶1.5。灌注桩平面布置示意图如图1（b）。
　　二、模型建立及计算
　　本文采用FLAC3D软件数值模拟。模型边界取线路横截面方向宽105m，承载板以下深度取60m，线路方向以DK499+940断面为中心前后延伸12.5m（共25m）；对模型底面边界设置X、Y、Z三个方向的约束，即固定支座约束；左右和前后两侧设置水平约束，竖向无约束，即竖向滑动支座约束；上部则是自由边界。计算模型如图2所示。承载板采用弹性本构模型，岩土体采用Mohr-Coulomb本构模型。根据五府山车站工程地质勘察报告[6]和铁路工程地质手册[7]得到数值计算所需的各层岩土体物理力学参数见表1。桩单元采用FLAC3D的Pile桩单元模型[8][9]。路基高度为3m，采用分层填筑施工，每层填筑高度为1m。按施工工况将荷载分为3级，板桩结构+第一层填土为第一级荷载，填土高度2m时为第二级荷载，3m完成时为第三级荷载。
　　在FLAC3D的地层模型建立好以后，为相应模型赋予正确的参数，然后对其边界进行约束以后，在自重力作用下进行初始地应力场的生成，用solve命令计算至平衡状态。然后按工况进行加载计算，共三次，每次计算均在前一级计算完成的基础上进行。
　　三、桩体受力研究结果与分析
　　（一）桩身轴力
　　本文选取了监测断面的1号、4号和7号桩作为研究对象，监测桩位置示意图如图3，其中1号和4号桩穿过采空巷道。
　　图4为监测断面监测桩桩身轴力沿深度变化曲线。
　　从图中可以看出：
　　（1）在不同填筑荷载作用下，轴力沿桩身呈非线性分布，轴力总体趋势呈上大下小，而且随着荷载的增加轴力沿桩身整体增大。
　　（2）对于穿过采空巷道的桩身轴力的变化可以分为上、中、下三段。上段桩身轴力传递较快，主要是因为桩土相对位移较大，侧摩阻力较高；中段位桩身轴力衰减较慢，表明桩侧摩阻力在减小，原因是桩土相对位移减小；在采空巷道因为没有桩侧摩阻力，所以轴力保持不变；下段位于采空巷道底板以下范围，该段轴力继续减小，但减小幅度小于上、中段，说明该段侧摩阻力要小于上、中段侧摩阻力。
　　（3）对于未穿过采空巷道的桩身轴力的变化可以分为上、下两段。7号桩上段轴力传递较快，这主要是由于桩土相对位移较大，侧摩阻力较高，且随深度增加而增加；下段轴力衰减相对较慢，桩侧摩阻力的受力机理是上部侧摩阻力先发挥，下部侧摩阻力后发挥，随着荷载的增大下部侧摩阻力也在逐渐增大。
　　（4）由图还可以看出桩顶荷载是逐渐从上向下传递的，上部轴力大、下部轴力小，减少的轴力为侧摩阻力所分担，而且随着荷载的增大，桩端力也在逐渐增大。1号桩的受力特性为摩擦端承桩，以端承力为主；4号桩、7号桩为端承摩擦桩，以侧摩阻力为主。桩端阻力占桩顶荷载的具体比例及桩的类型分别见表2。