樁基礎(chǔ)荷載對(duì)高鐵路基變形影響的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)踐及思考

潘 衛(wèi) 上海鐵路局上海工務(wù)段

樁基礎(chǔ)荷載對(duì)高鐵路基變形影響的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)踐及思考

潘 衛(wèi) 上海鐵路局上海工務(wù)段

新建跨線橋上跨已建成運(yùn)營(yíng)的高速鐵路，跨線橋上部結(jié)構(gòu)、橋墩及基礎(chǔ)等自重荷載（樁基礎(chǔ)荷載）勢(shì)必對(duì)毗鄰高鐵路基產(chǎn)生附加沉降及附加水平位移等不良影響，加大高鐵路基總的工后沉降。對(duì)于工后沉降要求極為嚴(yán)格的高鐵路基，新建跨線橋所產(chǎn)生的附加影響有可能導(dǎo)致高速鐵路的維修成本大幅增加甚至運(yùn)營(yíng)功能失效。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析樁基礎(chǔ)荷載對(duì)高鐵路基的變形影響，其選題具有較高的工程價(jià)值。

樁基礎(chǔ)荷載；高鐵路基；工后沉降

1 試驗(yàn)?zāi)康募耙饬x

樁基礎(chǔ)荷載對(duì)鄰近路基影響實(shí)質(zhì)上就是樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降場(chǎng)引起鄰近路基的應(yīng)力變化和附加變形。為了探究群樁荷載對(duì)鄰近路基的變形影響規(guī)律，依托某高鐵跨線橋段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲得樁周土體和鄰近路基變形性狀，研究樁基礎(chǔ)荷載對(duì)緊鄰高鐵路基的變形規(guī)律。

2 試驗(yàn)工點(diǎn)及試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介

2.1 地質(zhì)資料

試驗(yàn)段位于侵蝕堆積平原地貌，后經(jīng)長(zhǎng)期人工改造而成；跨線橋附近的地形標(biāo)高在576.81 m～582.24 m，地形平坦、開闊，局部農(nóng)網(wǎng)小溝灌渠分布；地層主要分布粉質(zhì)粘土、稍密卵石土、中密卵石土以及密實(shí)卵石土；地下水初見水位埋深為1.10 m～1.50 m，較淺，潛水主要賦存于卵石土層，為本地區(qū)主要的透水性地層，賦存豐富的地下水，場(chǎng)地混合滲透系數(shù)為2.33cm/s，地下水對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)工況介紹

高鐵跨線橋工程主橋上部結(jié)構(gòu)為2×75m預(yù)應(yīng)力砼單T鋼構(gòu)連續(xù)梁，其中右線第37孔、左線第40孔分別上跨已建成通車運(yùn)營(yíng)的高鐵路基，對(duì)路基的影響里程為DK22+900～DK23+055，長(zhǎng)達(dá)155 m，斜交角右線59°(左線58°)。由于采用了轉(zhuǎn)體工藝，在T型鋼構(gòu)梁體澆筑完成并拆除滿堂支架后，37#、40#群樁基礎(chǔ)承受的最大豎向荷載將接近220 mN，其承臺(tái)邊緣距離正在運(yùn)行的客專紅線最近不到5 m，而距離路基坡腳最近也僅僅11 m。故，在巨大的群樁荷載下能否有效地控制緊鄰高鐵路基結(jié)構(gòu)的沉降變形是本工程成敗的關(guān)鍵。

為隔離群樁荷載對(duì)鄰近路基產(chǎn)生的不利影響，保證高鐵線路的運(yùn)行安全和路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況（有效施工場(chǎng)地狹小）及工程地質(zhì)條件，采用了小直徑鋼管灌注排樁（以下簡(jiǎn)稱隔離樁）對(duì)高鐵路基進(jìn)行主動(dòng)防護(hù)。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

2.3.1 主要測(cè)試對(duì)象

由于篇幅限制，現(xiàn)就A-A斷面做詳細(xì)說明。測(cè)試對(duì)象分為兩部分：第一部分為過37#中心的路基斷面A-A，對(duì)應(yīng)里程為DK22+984.93；第二部分為37#群樁的樁周土體。

2.3.2 測(cè)試項(xiàng)目

測(cè)試斷面主要測(cè)試項(xiàng)目有：①地基分層沉降觀測(cè)、多點(diǎn)位移觀測(cè)、地表沉降；②水平變形觀測(cè)，地基側(cè)向位移觀測(cè)；③孔隙水壓力及水位觀測(cè)。詳見表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)試項(xiàng)目與和儀器

測(cè)試斷面A-A測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)試儀器安裝平、縱面見圖1和圖2。

圖1 測(cè)試儀器布置平面示意圖

圖2 A-A斷面各觀測(cè)元件埋設(shè)平縱面示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)成果及分析

3.1 路基面附加沉降

為觀測(cè)路基面沉降與群樁荷載之間的關(guān)系，在路基坡腳、路肩及線路中心埋設(shè)了沉降板。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，路基斷面上六處測(cè)試點(diǎn)的沉降相差不大，圖3為A-A測(cè)試斷面路基面的群樁荷載—時(shí)間—沉降（P—t—S）曲線，各測(cè)點(diǎn)最終沉降值由表2所示。

圖3 A-A斷面路基面P-t-S曲線

表2 A-A路基面最終沉降值

3.2 分層沉降

分析多點(diǎn)位移計(jì)數(shù)據(jù)，圖4沉降曲線為測(cè)點(diǎn)A2多點(diǎn)位移沉降曲線。

圖4 A2測(cè)點(diǎn)多點(diǎn)位移計(jì)沉降曲線

對(duì)比表3可知，A2測(cè)點(diǎn)多點(diǎn)位移計(jì)得到的分層沉降大小以及隨時(shí)間發(fā)展規(guī)律與對(duì)應(yīng)深度的沉降磁環(huán)測(cè)值基本一致；多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值較磁環(huán)數(shù)據(jù)波動(dòng)稍小，且多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)量精度更高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。綜合考慮，盡可能在更多需要關(guān)注的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置沉降磁環(huán)，而在關(guān)鍵點(diǎn)位設(shè)置高精度的多點(diǎn)位移計(jì)對(duì)磁環(huán)數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)與修正。

表3 A1、A2測(cè)點(diǎn)分層沉降值對(duì)比

3.3 孔隙水壓力

圖5為測(cè)點(diǎn)A2荷載—日期—孔隙水壓過程曲線。

圖5 測(cè)點(diǎn)孔隙水壓變化曲線及位置

從圖中可以看出，加荷期間隨著群樁荷載的增加，基本呈穩(wěn)定狀態(tài)，個(gè)別時(shí)間有突變的情況。原因主要是:地基土基本上是卵石土層，透水性好，滲透系數(shù)比較大，群樁荷載瞬時(shí)產(chǎn)生的超孔隙水壓力消散地快，所以，地基土孔隙水壓基本上比較穩(wěn)定。另外，從各深度孔隙水壓值可以得出，地下水位埋深較穩(wěn)定，基本保持在1 m～1.5 m范圍內(nèi)。

3.4 側(cè)向位移

圖6為測(cè)斜曲線圖分別為A-A斷面A1、A2和A3測(cè)點(diǎn)的測(cè)斜曲線圖。從圖6(a)可以看出在群樁荷載的影響下，A1測(cè)點(diǎn)的最大水平向位移值較小，且在深度15 m以上有往橋基方向被拖拽的趨勢(shì)，而在深度15 m以下有被往外擠壓的趨勢(shì)；從時(shí)間上看，隨著群樁荷載的增加，最大側(cè)向變形也逐漸增大，但中性點(diǎn)位置基本沒變。當(dāng)轉(zhuǎn)體橋施工到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，地基土最大側(cè)向變形增幅明顯減緩，到拆除滿堂支架之前，最大側(cè)向變形基本維持不變。

圖6 （a)A1測(cè)點(diǎn)測(cè)料管側(cè)向位移-深度變化曲線

圖6 （b） A2測(cè)點(diǎn)測(cè)料管側(cè)向位移-深度變化曲線

圖6 （c） A3測(cè)點(diǎn)測(cè)料管側(cè)向位移-深度變化曲線

再分析圖6（b）、6（c），從圖中可以看出，A2、A3測(cè)點(diǎn)測(cè)斜曲線大致呈馬鞍型，有至少一個(gè)明顯的拐點(diǎn)，在深度3 m左右，最大側(cè)向變形值很小，為2.7 mm，在3 m以下，地基側(cè)向位移在1 mm以內(nèi)波動(dòng)；A2、A3測(cè)點(diǎn)（路基左、右坡腳）的最大側(cè)向變形在數(shù)值上非常接近,變化規(guī)律也較一致；而與A1測(cè)點(diǎn)相比，水平位移峰值有所減小且沿深度變化的幅度也有所抑制，這說明隔離樁在限制土體水平位移上具有一定效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過分析了群樁周圍土體及高鐵路基在跨線橋施工期間的沉降規(guī)律以及影響范圍，得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）路基面的沉降隨著施工荷載的增加而增大，當(dāng)荷載不再增加時(shí)則趨于穩(wěn)定。

（2）群樁周圍土體分層沉降在轉(zhuǎn)體橋施工期內(nèi)沉降不斷增大，而當(dāng)合攏階段豎向荷載不再增加時(shí)各深度沉降值收斂，基本保持穩(wěn)定。

（3）孔隙水壓在施工期間隨著群樁荷載的增加，基本呈穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）隔離樁對(duì)群樁荷載引起的土體側(cè)向變形具有一定的約束作用。

責(zé)任編輯：許耀元

來(lái)稿日期：2015-12-21