滬寧城際鐵路連續(xù)梁樁基糾偏技術(shù)

潘振華

(上海鐵路局集團(tuán)有限公司 工務(wù)處，上海 200071)

1 工程概況

滬寧城際鐵路位于交通發(fā)達(dá)的華東沿海地區(qū)，滬寧城際鐵路為時(shí)速300 km的高速鐵路，在跨越高速公路或高等級(jí)通航河道時(shí)，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(yùn)特大橋連續(xù)梁樁基發(fā)生橫向偏移，嚴(yán)重影響高速鐵路行車(chē)安全。2015年12月對(duì)樁基進(jìn)行了糾偏，本文重點(diǎn)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(diǎn)，研究樁基糾偏過(guò)程中樁周土體變形規(guī)律以及如何減少對(duì)相鄰建筑的影響。

1.1 橋梁概況

婁蘊(yùn)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(wú)砟軌道。K19+535—K20+190段橋梁墩臺(tái)編號(hào)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(jiǎn)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(zhǎng)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。

1.2 工程地質(zhì)條件

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(jiàn)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(jiàn)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)

1.3 橋梁周邊環(huán)境

滬寧城際K19婁蘊(yùn)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(yùn)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(yùn)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。

1.4 橋墩偏移情況

測(cè)量發(fā)現(xiàn)該橋K19+535—K20+190的無(wú)砟軌道發(fā)生了不同程度的橫向變形，其對(duì)應(yīng)的41#—62#墩處的橋墩偏移量見(jiàn)圖2。

現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)[3-4]，整治軌道橫向變形可以通過(guò)對(duì)橋梁樁基的糾偏實(shí)現(xiàn)。糾偏過(guò)程中軌道與梁體、墩頂?shù)淖冃位疽恢拢虼藠涮N(yùn)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。

2 橋梁樁基糾偏機(jī)理及效果分析

在滬杭客專K17簡(jiǎn)支梁樁基糾偏的實(shí)踐[5]中發(fā)現(xiàn)，上海地區(qū)的淤泥質(zhì)軟黏土具有強(qiáng)度低、含水量大和壓縮系數(shù)高的特點(diǎn)。高壓旋噴樁機(jī)在施工過(guò)程中產(chǎn)生的噴射流壓力達(dá)20～24 MPa，高壓噴射流對(duì)樁周軟黏土的土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖切破壞，并對(duì)周邊土體產(chǎn)生劈裂、擠推等擾動(dòng)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(shí)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(duì)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(dòng)作用而產(chǎn)生側(cè)向變形，以達(dá)到橋梁糾偏效果。

2.1 婁蘊(yùn)特大橋樁基糾偏難點(diǎn)

婁蘊(yùn)特大橋樁基糾偏有3個(gè)難點(diǎn)：①在需要整治的橋墩中，連續(xù)梁的53#—56#這4個(gè)橋墩糾偏量大，同時(shí)連續(xù)梁門(mén)式超靜定復(fù)雜結(jié)構(gòu)4個(gè)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(yàn)，存在糾偏量回彈的問(wèn)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(dāng)采用高壓旋噴樁對(duì)54#墩糾偏時(shí)，勢(shì)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]。

2.2 連續(xù)梁樁基糾偏量變形協(xié)調(diào)問(wèn)題

連續(xù)梁的4個(gè)墩編號(hào)分別是53#,54#,55#和56#，其對(duì)應(yīng)的無(wú)砟軌道橫向變形量分別是55.4,40.9,19.1和10.3 mm，見(jiàn)圖3。現(xiàn)以54#和55#墩偏移量為基線，虛擬一條直線，可見(jiàn)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(jì)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(jìn)程中，因每個(gè)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(gè)橋墩應(yīng)保持基本同步變形。

在對(duì)連續(xù)梁的糾偏過(guò)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(gè)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(dòng)，53#—55#墩的每次糾偏量比值約為5∶4∶2，以保證53#—55#這3個(gè)墩樁基糾偏后整個(gè)連續(xù)梁仍在一條直線上。每天根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)墩糾偏量進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)53#—55#墩糾偏量與56#墩糾偏量相同時(shí)(即4個(gè)墩的糾偏量均達(dá)8 mm 時(shí))，再對(duì)連續(xù)梁的4個(gè)墩同步進(jìn)行糾偏,見(jiàn)圖4。

圖4 連續(xù)梁糾偏過(guò)程

2.3 糾偏過(guò)程中的糾偏量回彈問(wèn)題

糾偏過(guò)程中對(duì)各個(gè)橋墩墩頂進(jìn)行糾偏量觀測(cè)。選取 54#墩頂糾偏過(guò)程觀測(cè)結(jié)果予以分析。圖5是采取措施前54#墩糾偏過(guò)程中墩頂位移變化?？芍?，10月28日54#墩采用高壓旋噴樁從施工開(kāi)始(0：00)到施工結(jié)束時(shí)(4：00)，墩頂糾偏量達(dá)峰值2 mm，隨后墩頂糾偏量開(kāi)始回彈，至當(dāng)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(guò)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(cè)管，分別在施工開(kāi)始(0：00)、施工結(jié)束(4：00)和施工結(jié)束后(15：00)對(duì)深層土體橫向變形進(jìn)行觀測(cè)。圖6反映了10月29日54#墩不同深度的土體變形過(guò)程。高壓旋噴壓力作用下樁基土體發(fā)生橫向位移，當(dāng)施工結(jié)束時(shí)橫向位移達(dá)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(fèi)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(diǎn)，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(guò)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(jì)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(diǎn)，側(cè)向堆載的偏壓作用引起地基變形從而產(chǎn)生滑動(dòng)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(dāng)橋梁樁基水平變形發(fā)展到一定值時(shí)橋梁樁基水平抗力與滑體推力處于相對(duì)平衡狀態(tài)。

采用高壓旋噴樁進(jìn)行糾偏時(shí)，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(qiáng)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(dāng)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(shí)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(duì)橋梁樁基的影響。

糾偏施工時(shí)，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(guò)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(yuǎn)低于采取措施前70%的回彈率，整治效果明顯。

2.4 施工過(guò)程中對(duì)周邊建筑的影響

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(yàn)，高壓旋噴樁作用距離一般在30 m左右，因此對(duì)54#墩糾偏施工時(shí)，必定對(duì)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(jì)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(guò)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(xiāo)高壓旋噴樁噴射壓力對(duì)公路橋梁樁基的影響。高壓旋噴樁施工時(shí)添加早強(qiáng)劑，以促使高壓旋噴樁盡快提高樁體強(qiáng)度，以提高對(duì)次日高壓旋噴樁施工時(shí)噴射壓力的抗力。由于采取了上述雙重防護(hù)措施，大大降低了高壓旋噴樁噴射壓力對(duì)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)。

3 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)連續(xù)梁樁基采用高壓旋噴樁進(jìn)行糾偏時(shí)，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(jī)的對(duì)面?zhèn)炔捎眯遁d或插打拉森鋼板樁的措施。同時(shí)，為減輕高壓旋噴樁噴射壓力對(duì)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。