潘振華
(上海鐵路局集團有限公司 工務(wù)處,上海 200071)
滬寧城際鐵路位于交通發(fā)達的華東沿海地區(qū),滬寧城際鐵路為時速300 km的高速鐵路,在跨越高速公路或高等級通航河道時,常以三跨連續(xù)梁的方式跨越。由于非法堆土導(dǎo)致滬寧城際鐵路K19婁蘊特大橋連續(xù)梁樁基發(fā)生橫向偏移,嚴重影響高速鐵路行車安全。2015年12月對樁基進行了糾偏,本文重點分析連續(xù)梁樁基受單側(cè)偏壓產(chǎn)生位移的原因、連續(xù)梁變形特點,研究樁基糾偏過程中樁周土體變形規(guī)律以及如何減少對相鄰建筑的影響。
婁蘊特大橋黃渡疏解區(qū)段K19+535—K20+190線路為曲線地段,曲線半徑為12 000 m,軌道類型為CRTSⅠ型板式無砟軌道。K19+535—K20+190段橋梁墩臺編號為42#—61#,其中53#—56#是跨越沈海高速公路橋的連續(xù)梁,跨度分別為40,72,40 m,其余是32 m的簡支梁。該橋墩高一般為14.0~19.5 m,橋基均采用鉆孔樁基礎(chǔ),樁數(shù)10~12根,樁長54.5~95.5 m。樁端均位于(8)2粉質(zhì)黏土或(9)1粉砂層中,基本承載力σ0=150~180 kPa。
據(jù)工程建設(shè)勘察資料,該橋樁基地層均為第四系松散堆積層,總厚度在100 m以上,以第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)海積、沖海積黏性土、粉性土及砂類土為主。地基土層力學(xué)參數(shù)見表1。其中(3)-1為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層,厚約14 m,是典型的上海軟土層,基本承載力為80 kPa。54#墩地質(zhì)剖面見圖1。
表1 地基土層力學(xué)參數(shù)
圖1 54#墩地質(zhì)剖面(尺寸單位:m)
滬寧城際K19婁蘊特大橋周邊建筑環(huán)境十分復(fù)雜,其中連續(xù)梁跨越沈海高速公路橋。滬寧城際婁蘊特大橋上行線左側(cè)有3條與之平行的高速鐵路,分別是京滬高速鐵路上海聯(lián)絡(luò)線下行線、京滬高速鐵路上下行正線和滬寧城際虹橋聯(lián)絡(luò)線下行線。滬寧城際K19婁蘊特大橋下行左側(cè)有2條高速鐵路,分別是京滬高速鐵路上海聯(lián)絡(luò)線上行線和滬寧城際虹橋聯(lián)絡(luò)線上行線;其中54#墩距沈海高速公路橋15 m,42#— 44#墩距京滬高速鐵路下行線12 m。
測量發(fā)現(xiàn)該橋K19+535—K20+190的無砟軌道發(fā)生了不同程度的橫向變形,其對應(yīng)的41#—62#墩處的橋墩偏移量見圖2。
現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),滬寧城際上行側(cè)有2 m高的非法堆載,橋梁樁基單側(cè)受壓導(dǎo)致橫向位移[1-2]。根據(jù)以往經(jīng)驗[3-4],整治軌道橫向變形可以通過對橋梁樁基的糾偏實現(xiàn)。糾偏過程中軌道與梁體、墩頂?shù)淖冃位疽恢?,因此婁蘊特大橋K19+535—K19+635即42#—45#墩頂糾偏量為7.9~13.8 mm,K19+690—K20+190即48#—61#墩糾偏量為4.9~55.4 mm。
在滬杭客專K17簡支梁樁基糾偏的實踐[5]中發(fā)現(xiàn),上海地區(qū)的淤泥質(zhì)軟黏土具有強度低、含水量大和壓縮系數(shù)高的特點。高壓旋噴樁機在施工過程中產(chǎn)生的噴射流壓力達20~24 MPa,高壓噴射流對樁周軟黏土的土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖切破壞,并對周邊土體產(chǎn)生劈裂、擠推等擾動作用。流塑狀的軟黏土在高壓旋噴作用力下發(fā)生觸變,同時也向周邊軟黏土土體及橋梁樁基礎(chǔ)傳遞側(cè)向旋噴壓力。橋梁樁基抗橫向荷載能力相對較弱,僅為抗豎向荷載能力的5%~10%,因此,橋梁樁基受旋噴樁噴射壓力的擠壓推動作用而產(chǎn)生側(cè)向變形,以達到橋梁糾偏效果。
婁蘊特大橋樁基糾偏有3個難點:①在需要整治的橋墩中,連續(xù)梁的53#—56#這4個橋墩糾偏量大,同時連續(xù)梁門式超靜定復(fù)雜結(jié)構(gòu)4個墩間需要協(xié)調(diào)變形,以防止因糾偏量不同步造成梁體扭曲變形而產(chǎn)生裂縫。因此,連線梁橋墩糾偏是整治工程中的關(guān)鍵。②根據(jù)以往使用高壓旋樁糾偏的經(jīng)驗,存在糾偏量回彈的問題[6-7],需研究糾偏工藝以提高糾偏效率。③連續(xù)梁的54#墩距離高速公路橋梁僅15 m,當采用高壓旋噴樁對54#墩糾偏時,勢必引起高速公路橋的樁柱式基礎(chǔ)產(chǎn)生橫向變形,需研究控制公路橋樁基礎(chǔ)變形的方案[8]。
連續(xù)梁的4個墩編號分別是53#,54#,55#和56#,其對應(yīng)的無砟軌道橫向變形量分別是55.4,40.9,19.1和10.3 mm,見圖3。現(xiàn)以54#和55#墩偏移量為基線,虛擬一條直線,可見53#墩偏離虛擬的連續(xù)梁直線2.4 mm,56#墩偏離直線2.8 mm。根據(jù)高速鐵路設(shè)計規(guī)范,梁體允許的水平撓度為1/4 000,目前連續(xù)梁水平撓度為0.28/4 000,滿足規(guī)范要求。為防止施工進程中,因每個橋墩糾偏量差異導(dǎo)致梁體水平撓度超限而產(chǎn)生裂紋,連續(xù)梁4個橋墩應(yīng)保持基本同步變形。
在對連續(xù)梁的糾偏過程中,保證連續(xù)梁在一條直線上是糾偏的基本原則。連續(xù)梁糾偏作業(yè)順序是先將53#和56#墩分別糾偏2.4,2.8 mm,使53#—56#這4個墩在一條直線上,保證連續(xù)梁梁體位于一條直線上。53#,54#,55#,56#墩頂橫向糾偏量分別是53.0,40.9,19.1,7.8 mm。采用繞軸旋轉(zhuǎn)法施工,即以56#墩為軸,使53#—55#墩繞著56#墩轉(zhuǎn)動,53#—55#墩的每次糾偏量比值約為5∶4∶2,以保證53#—55#這3個墩樁基糾偏后整個連續(xù)梁仍在一條直線上。每天根據(jù)測量結(jié)果對墩糾偏量進行調(diào)整。當53#—55#墩糾偏量與56#墩糾偏量相同時(即4個墩的糾偏量均達8 mm 時),再對連續(xù)梁的4個墩同步進行糾偏,見圖4。
圖4 連續(xù)梁糾偏過程
糾偏過程中對各個橋墩墩頂進行糾偏量觀測。選取 54#墩頂糾偏過程觀測結(jié)果予以分析。圖5是采取措施前54#墩糾偏過程中墩頂位移變化??芍?0月28日54#墩采用高壓旋噴樁從施工開始(0:00)到施工結(jié)束時(4:00),墩頂糾偏量達峰值2 mm,隨后墩頂糾偏量開始回彈,至當日21:00糾偏量減小為1 mm,即回彈率為50%。10月29日糾偏量的回彈率為73%。
圖5 采取措施前54#墩糾偏過程中墩頂位移變化
在54#橋墩樁基前后側(cè)設(shè)置土體位移深測管,分別在施工開始(0:00)、施工結(jié)束(4:00)和施工結(jié)束后(15:00)對深層土體橫向變形進行觀測。圖6反映了10月29日54#墩不同深度的土體變形過程。高壓旋噴壓力作用下樁基土體發(fā)生橫向位移,當施工結(jié)束時橫向位移達到最大值,隨后土體發(fā)生了回彈。如此大的回彈率不僅降低了施工效率,而且浪費了高壓旋噴樁的施工空間,因此,有必要根據(jù)樁基變形特點,采取相應(yīng)措施降低回彈率。
圖6 54#墩不同深度土體變形過程
在鄰近橋墩堆載的作用下,橋梁樁基與抗滑樁的工作原理相似,因此可按抗滑樁的設(shè)計方法研究樁基受力?,F(xiàn)以54#橋墩樁基為例分析其受力特點,側(cè)向堆載的偏壓作用引起地基變形從而產(chǎn)生滑動面。橋梁樁基在滑體推力的作用下產(chǎn)生水平抗力并產(chǎn)生撓曲變形,當橋梁樁基水平變形發(fā)展到一定值時橋梁樁基水平抗力與滑體推力處于相對平衡狀態(tài)。
采用高壓旋噴樁進行糾偏時,高壓旋噴樁噴射壓力破壞了橋梁樁基與土體間的平衡狀態(tài),使軟土土體觸變,土體抗剪強度減小,相應(yīng)使滑體推力增大。在高壓旋噴樁施工期間,高壓旋噴樁巨大噴射壓力抵消滑體推力后使樁基產(chǎn)生橫向位移。當高壓旋噴樁施工結(jié)束后,樁基在滑體推力作用下產(chǎn)生回彈變形。因此,降低或減少滑體推力是提高糾偏效果防止回彈的重要措施。具體的方法是在54#橋墩堆載偏壓一側(cè)刷方減載,同時插打Ⅳ型拉森鋼板樁。減載是為降低滑體推力大??;插打2排拉森鋼板樁是利用鋼板樁間咬合作用形成連續(xù)墻,承受滑體推力,以降低滑體推力對橋梁樁基的影響。
糾偏施工時,橋梁樁基在高壓旋噴作用下發(fā)生橫向位移,施工結(jié)束后雖然高壓旋噴樁噴射作用停止,但由于減載和拉森鋼板樁的作用,橋梁樁基受到滑體推力較小,因此樁基未發(fā)生較大回彈。圖7是采取措施后54#墩糾偏過程中位移變化。11月8日施工糾偏量為3.4 mm,回彈量為0.9 mm,回彈率為26%;11月9日施工糾偏量為3.5 mm,回彈量為0.5 mm,回彈率僅15%;遠低于采取措施前70%的回彈率,整治效果明顯。
高速公路橋梁樁柱式基礎(chǔ)距離54#墩15 m。根據(jù)上海地區(qū)軟土施工經(jīng)驗,高壓旋噴樁作用距離一般在30 m左右,因此對54#墩糾偏施工時,必定對高速公路橋梁樁基產(chǎn)生不利影響。根據(jù)公路橋梁設(shè)計規(guī)范,其橋梁允許橫向位移量為25 mm,為保證公路橋梁結(jié)構(gòu)安全控制橋梁墩頂位移不超過10 mm。主要措施:緊臨54#墩一側(cè)插打2排16 m Ⅳ型拉森鋼板樁,以抵銷高壓旋噴樁噴射壓力對公路橋梁樁基的影響。高壓旋噴樁施工時添加早強劑,以促使高壓旋噴樁盡快提高樁體強度,以提高對次日高壓旋噴樁施工時噴射壓力的抗力。由于采取了上述雙重防護措施,大大降低了高壓旋噴樁噴射壓力對周邊建筑物的影響,最終將公路橋梁墩頂橫向位移控制在6 mm以內(nèi)。
在對連續(xù)梁樁基采用高壓旋噴樁進行糾偏時,應(yīng)采用不同糾偏量以確保連續(xù)梁梁體同步變形,以免梁體出現(xiàn)扭曲。為提高糾偏效率防止糾偏量反彈,宜在高壓旋噴樁機的對面?zhèn)炔捎眯遁d或插打拉森鋼板樁的措施。同時,為減輕高壓旋噴樁噴射壓力對周邊建筑物的影響,應(yīng)采用插打拉森鋼板樁方法隔斷噴射壓力的作用。