張家灣拱橋高填棄渣地基三維監(jiān)測(cè)探討

Discussion on 3D Monitoring of High Dreg Ground of Zhangjiawan Arch Bridge

陳文富（中鐵港航局第三工程有限責(zé)任公司，廣東肇慶　526000）

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張家灣拱橋高填棄渣地基三維監(jiān)測(cè)探討

Discussion on 3D Monitoring of High Dreg Ground of Zhangjiawan Arch Bridge

陳文富
（中鐵港航局第三工程有限責(zé)任公司，廣東肇慶526000）

摘要：在張家灣拱橋碗扣支架現(xiàn)澆拱圈的施工中，現(xiàn)澆拱圈地基為隧道棄渣，棄渣體高度達(dá)53m，地基三維變形大且施工周期較長(zhǎng)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。該文就施工中對(duì)地基的三維變形監(jiān)測(cè)及變形穩(wěn)定趨勢(shì)分析作了詳細(xì)探討。

關(guān)鍵詞：支架現(xiàn)澆；高棄渣地基；三維監(jiān)測(cè)；變形分析

Abstract：In the cup lock support cast-in-place construction of Zhangjiawan arch bridge, the cast-in-place arch ring ground is tunnel dreg with the height of 53m, and the huge 3D deformation and long construction period impose great construction safety hazard. The 3D deformation monitoring and deformation stability trend of the ground are discussed in detail.

Keywords：support cast-in-place；high dreg ground；3D monitoring；deformation analysis

0　引言

碗扣支架現(xiàn)澆施工中，作為擴(kuò)大基礎(chǔ)的地基常為原地面、原河床或局部填方等，在超50m高棄渣體上采用現(xiàn)澆施工的極其罕見。本文就施工中對(duì)地基三維監(jiān)測(cè)及三維變形進(jìn)行探索分析，并主要介紹左幅的地基情況。

1　工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

張家灣拱橋是宜昌至巴東（滬蓉）高速公路上唯一的一座拱橋，本橋位于分離式路基段，左、右線橋平面均位于直線上，縱斷面均位于R-32000m的凹形豎曲線上。

該橋原設(shè)計(jì)左幅為3×45m簡(jiǎn)支梁，右幅為3×40m簡(jiǎn)支梁；由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、地形、水文、隧道棄渣等因素考慮變更為上承式鋼筋混凝土箱形拱橋。

主橋采用上承式現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型板拱橋，其左線橋凈跨徑113m，凈矢高22.6m，拱軸系數(shù)1.8，凈矢跨比1/5；右線橋凈跨徑93m，凈矢高18.6m，拱軸系數(shù)2.0，凈矢跨比1/5。拱圈采用C45混凝土，左幅1020m3，右幅818m3。主拱箱截面采用單箱三室，拱箱截面高，拱上橋面系采用9.2m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)。拱橋左幅立面布置圖如圖1。

1.2地形、地貌

橋址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕、侵蝕中低山深切河谷地貌區(qū)，區(qū)內(nèi)峰頂標(biāo)高900～1000m，相對(duì)切割深度約500m，區(qū)內(nèi)主要地表水流有涼臺(tái)河，總體由北東向南西逕流，谷底標(biāo)高457m，擬建橋位位于河谷左岸坡近坡腳地帶，通過段地形起伏，自然地面標(biāo)高在490～550m之間，凹坡面及坡面沖溝發(fā)育，YK130+581處發(fā)育有一主沖溝，流程較長(zhǎng)，匯水面積較廣，沖溝常年有水，其它坡面凹溝流程短，匯水面積小，僅季節(jié)性有水，橋位區(qū)坡面植被發(fā)育，區(qū)內(nèi)水土保持較好。

1.3地質(zhì)條件

橋址區(qū)位于秭歸盆地西翼，出露地層為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組（J2s）薄～厚層狀紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾灰、灰綠色長(zhǎng)石石英砂巖互層，地層總體呈單斜構(gòu)造，地層傾向北東25～40°，傾角18～25°，地層走向與坡面走向呈大角度斜交。

橋址區(qū)上覆第四系殘坡積（Qel+dl）含礫粉質(zhì)粘性土層，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組（J2s）薄～厚層狀粉砂質(zhì)泥巖夾長(zhǎng)石石英砂巖層。

1.4不良地質(zhì)現(xiàn)象

橋位區(qū)地形切割深度較大，崩坡積含礫粉質(zhì)粘土層厚度較大，主要分布于橋位區(qū)凹坡地帶，下伏基巖為泥巖、砂巖互層，屬欠穩(wěn)定斜坡。

1.5水文條件

該橋位于良斗河流域中下游的二級(jí)支流宋家溝流域。根據(jù)秭歸縣水利局設(shè)計(jì)院的資料顯示，該支流上游集水面積2.84km2。按50年一遇的洪峰流量為34m3/s，100年一遇的洪峰流量為39.27m3/s。

1.6棄渣后情況

2010年8月隧道棄渣基本完成，在左幅大里程（巴東）端部分渣體未棄至設(shè)計(jì)橋位處，該部分為拱座刷坡及渣體整平堆積，如圖2。左幅其余部分棄渣至支架基礎(chǔ)高程，右幅比設(shè)計(jì)支架基礎(chǔ)高程高3～8m。左幅渣體整平后至原地面53m，右幅42m，如圖3。

圖1　拱橋左幅立面布置圖

圖2　棄渣期間2號(hào)拱座

圖3　棄渣后1號(hào)拱座端

2　地基、基礎(chǔ)處理思路及方案

根據(jù)渣體厚度大變形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，渣體的長(zhǎng)期變形無法克服，施工期間主要針對(duì)短期地基變形對(duì)施工影響的思路考慮對(duì)渣體表層進(jìn)行處理的方案。在渣體整平至設(shè)計(jì)高程（527.916）后,在支架基礎(chǔ)位置對(duì)原渣體進(jìn)行翻挖3.3m，按每50cm一層進(jìn)行碾壓回填3m；回填地基上考慮基礎(chǔ)不均勻沉降及縱向渣體與原地面交界處的沉降差對(duì)基礎(chǔ)的影響，基礎(chǔ)采用30cm厚鋼筋混凝土基礎(chǔ)，以利于在不均勻沉降時(shí)基礎(chǔ)有一定的抗彎能力，在靠左2號(hào)拱座處后（因該處棄渣時(shí)間短且與原地面交界）棄渣位置，鋼筋混凝土基礎(chǔ)下加填1m片石混凝土墊層。沖溝中部棄渣體外邊緣距基礎(chǔ)邊寬度約50m。基礎(chǔ)采用C20鋼筋混凝土，厚30cm，設(shè)上下兩層φ12鋼筋網(wǎng)，基礎(chǔ)寬15m。地基處理后加上基礎(chǔ)采用雙層鋼筋網(wǎng)混凝土，分散了局部不均勻沉降差，減小了渣體不均勻沉降的不利影響。

3　三維變形觀測(cè)方案

3.1渣體變形分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及高填棄渣情況可推斷其變形是三維的，這是與其它常規(guī)地基沉降觀測(cè)所不同之一；其二地基變形存在較大的不均勻性，特別是在棄渣與原地面交界處，會(huì)存在斷涯式的錯(cuò)臺(tái)變形；其三渣體本身高度的變化所產(chǎn)生變形的差異性。

3.2三維變形觀測(cè)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形橫向有坡度，縱向?yàn)椤癡”形槽，渣體縱、橫向厚度不同，棄渣堆置時(shí)間的差異，施工周期時(shí)間較長(zhǎng)，基礎(chǔ)面積較大，沖溝內(nèi)渣體受水流影響等特點(diǎn)，必須采取三維觀測(cè)方案，才能掌握渣體的空間位移情況。

觀測(cè)方法根據(jù)上述特點(diǎn)，采用常規(guī)的水平測(cè)量方法不能滿足要求。根據(jù)滿堂支架的特點(diǎn)，為了監(jiān)測(cè)方便，水平測(cè)量與高程測(cè)量分開進(jìn)行，高程測(cè)量與基礎(chǔ)平面布置，平面位移測(cè)量以線路左側(cè)基礎(chǔ)邊來布設(shè)測(cè)點(diǎn)，便于觀測(cè)。施工中平面位移采用萊卡TS602施測(cè)，高程采用S3水準(zhǔn)儀測(cè)量。

4　三維變形觀測(cè)布置

4.1沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置

沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在施工完基礎(chǔ)上，縱向按1/8跨徑設(shè)9排，每排設(shè)3個(gè)點(diǎn)，為便于預(yù)壓及拱圈混凝土澆筑時(shí)的觀測(cè)，左右兩個(gè)點(diǎn)設(shè)在邊腹板的中心位置，中間點(diǎn)設(shè)在拱箱橫向中心處，觀測(cè)基點(diǎn)設(shè)在兩岸基巖上。

4.2位移觀測(cè)點(diǎn)的布置

由于渣體堆在往下游的一個(gè)傾斜的V型沖溝上，沖溝與橋軸線成一定角度的斜交，渣體厚，在沒有經(jīng)驗(yàn)的情況下設(shè)置水平位置觀測(cè)是必要的，圖4。

在基礎(chǔ)左側(cè)（下游方向）距基礎(chǔ)邊緣0.5m處設(shè)置一排5個(gè)平面位移觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)基點(diǎn)設(shè)在兩岸穩(wěn)固的基巖上。

圖4　沉降觀測(cè)點(diǎn)橫斷面布置圖

5　變形觀測(cè)及分析

5.1沉降觀測(cè)方法及頻次

沉降觀測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量，每次觀測(cè)前對(duì)水平儀進(jìn)行檢校。先將觀測(cè)基點(diǎn)高程進(jìn)行多次測(cè)設(shè)采用其平均值作為基準(zhǔn)值，每次從橋的一端基點(diǎn)觀測(cè)到另一端基點(diǎn)進(jìn)行閉合復(fù)核，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算出各點(diǎn)高程與上次觀測(cè)進(jìn)行比較，確認(rèn)每次測(cè)量值無誤。

一般按7天一次的頻率測(cè)量，在雨季的連續(xù)降雨期間，觀測(cè)時(shí)間間隔適當(dāng)縮短。數(shù)據(jù)觀測(cè)從2011年7月26日開始

5.2平面位移觀測(cè)方法及頻次

平面位移觀測(cè)采用萊卡TS602全站儀進(jìn)行觀測(cè)。采取兩岸埋設(shè)基點(diǎn)為基準(zhǔn)，觀測(cè)各點(diǎn)的統(tǒng)一坐標(biāo)，然后反算相對(duì)于橋軸線為X軸的相對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，得出順橋向與橫橋向的位移值。觀測(cè)時(shí)也可以將基點(diǎn)坐標(biāo)值反算為以橋軸線為X軸的坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，觀測(cè)值就不用再算，減少內(nèi)業(yè)工作量?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)選擇在早上進(jìn)行，減少測(cè)量誤差。

位移觀測(cè)開始階段按每周一次，觀測(cè)時(shí)可根據(jù)位移變化情況及氣候情況進(jìn)行調(diào)整。

5.3沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

5.3.1預(yù)壓前沉降情況

根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，ZK130+561.25斷面沉降量為最大斷面，左側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降為99mm，中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降為80mm,右側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降為62mm，從曲線圖中可看出，基礎(chǔ)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)后期均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到了預(yù)期效果，可進(jìn)行預(yù)壓作業(yè)。

單從一個(gè)斷面的數(shù)據(jù)來分析，地基有一定的傾斜現(xiàn)象，在預(yù)壓前檢查中發(fā)現(xiàn)部分碗扣立桿底座或頂撐有松動(dòng)現(xiàn)象，說明地基沉降變化對(duì)支架有一定影響，可在預(yù)壓前檢查處理。

根據(jù)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，因地基渣體處于沖溝內(nèi)，沖溝匯集水流對(duì)渣體有一定影響。在地基及基礎(chǔ)施工完成后，時(shí)間短且處在雨季，特別是在連續(xù)降雨期間，地基沉降變化比較大。在非雨季期間其沉降速率相對(duì)要小。

預(yù)壓前地基（時(shí)間-沉降量）關(guān)系曲線圖，因數(shù)據(jù)較多，在此僅列出最大沉降位置（左幅左側(cè)）數(shù)據(jù)，如圖5，根據(jù)曲線分析后期變形相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)施工影響較小。

圖5　地基沉降量-時(shí)間關(guān)系圖

5.3.2拱圈澆筑完成后沉降情況

沉降量最大的斷面還是在ZK130+561.25里程，左側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降為133mm，中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降為112mm,右側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降為90mm，從曲線圖中可看出，基礎(chǔ)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工后期沉降變形均勻且趨于平穩(wěn)狀態(tài),說明施工加載對(duì)地基的影響可以忽略不計(jì)，沉降主要來源于渣體的穩(wěn)定情況及水流的影響。

圖6　地基縱斷面沉降關(guān)系曲線圖

地基縱斷面沉降關(guān)系曲線圖及累計(jì)沉降量如圖6、圖7；根據(jù)分階段數(shù)據(jù)顯示，預(yù)壓至澆筑前，時(shí)間跨度大地基變形量比較大，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)在左幅靠大里程端，即原地面與渣體分界處，由于沉降基礎(chǔ)底與片石混凝土墊層出現(xiàn)約2cm的脫空現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)采取壓注水泥砂漿進(jìn)行處理。從該現(xiàn)象看出地基及基礎(chǔ)的處理措施不力減小和減緩了渣體沉降的影響，特別是減小了局部不均勻沉降的影響。為了減小地基沉降影響在澆筑混凝土前對(duì)支架底座及頂撐再進(jìn)行一次全面檢查。

從支架預(yù)壓到拱圈澆筑混凝土?xí)r間長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月，其沉降量最大為28mm；拱圈澆筑至合龍46d的時(shí)間，地基最大沉降量為8mm，說明地基沉降對(duì)施工及結(jié)構(gòu)本身是安全的。

地基累計(jì)沉降量分階段值，如表1；拱圈澆筑期間沉降量，如表2。

表1　分階段累計(jì)沉降量（mm）

表2　澆筑時(shí)間段沉降量（mm）

5.4拱圈位移觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果分析觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示最大縱向位移為9mm，且均為兩端相對(duì)較大，中間部分相對(duì)小。對(duì)施工影響可忽略不計(jì)。橫向位移最大43mm，且呈現(xiàn)出從小里程往大里程方向增大趨勢(shì)，這與地形及渣體堆積時(shí)間有關(guān)。如表3。

表3　累計(jì)橫向位移量表

位移變化速率大的時(shí)間相對(duì)沉降要短得多，對(duì)施工影響相對(duì)要小，對(duì)于支架搭設(shè)可不考慮其影響，至于鋪設(shè)底模施工時(shí)，地基水平位移也基本穩(wěn)定，如圖8。

圖7　地基縱斷面累計(jì)沉降量圖

圖8　橫向位移量與時(shí)間關(guān)系圖

6　結(jié)束語

根據(jù)支架預(yù)壓及拱圈現(xiàn)澆施工過程中對(duì)石質(zhì)渣體地基進(jìn)行三維觀測(cè)數(shù)據(jù)分析和預(yù)判，深厚渣體（石質(zhì)）地基變形早期較大，渣體經(jīng)碾壓3m加鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)變形趨于整體化，渣體部分變形在基礎(chǔ)上得到削弱和滯后體現(xiàn)；后期經(jīng)監(jiān)測(cè)推算其沉降變形趨向穩(wěn)定，位移變形小，沉降變形主要受堆積時(shí)間及季節(jié)影響，施工外加荷載對(duì)地基影響很小。在非雨季進(jìn)行現(xiàn)澆施工且施工時(shí)間段不長(zhǎng)時(shí)，深厚渣體上支架現(xiàn)澆不會(huì)影響施工安全及結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

作者簡(jiǎn)介：陳文富（1971-），男，貴州思南人，本科，工程師，主要從事鐵路施工、公路技術(shù)管理工作。

收稿日期：2016-01-02

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.02.042

中圖分類號(hào)：[TU997]

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9107（2016）02-0042-04