軟土地區(qū)橋梁樁基施工對(duì)既有路基影響分析

陳杰儒

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司, 天津 300451)

由于地形地勢(shì)條件復(fù)雜，我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面臨挑戰(zhàn)較多，其中之一是研究與解決廣泛覆蓋的軟土區(qū)道路建設(shè)過(guò)程中橋梁樁基產(chǎn)生的影響[1-2]。

徐達(dá)暉等[3]專(zhuān)門(mén)針對(duì)道路橋梁工程中橋涵軟土地基的施工問(wèn)題和現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析總結(jié)出多條有效治理措施并應(yīng)用于實(shí)際工程案例，取得了良好效果，同時(shí)為今后類(lèi)似工程的軟土地基處理提供了參考依據(jù)。袁允波[4]通過(guò)地質(zhì)勘察手段探明了貴州省黔西至大方高速公路東關(guān)至清豐段軟土分布情況，介紹了該路段軟土地基的勘察設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并結(jié)合軟土的具體類(lèi)型提出了不同的處理措施，為今后同類(lèi)軟土地質(zhì)災(zāi)害的處理提供了參考借鑒。鄒革戰(zhàn)[5]針對(duì)軟土地區(qū)樁基施工技術(shù)系統(tǒng)分析了各種樁基施工的質(zhì)量控制要點(diǎn)并就樁基鉆孔施工過(guò)程中遇到的各種常見(jiàn)問(wèn)題提出相關(guān)解決方案，為今后軟土地區(qū)相關(guān)樁基工程施工提供了參考借鑒。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于上述問(wèn)題的研究主要集中于軟土對(duì)道路橋梁本身建設(shè)的影響和解決方面，然而在道路橋梁建設(shè)過(guò)程中，不可避免會(huì)遇到兩條道路交叉的情況，例如高速道路跨越鐵路的情況[6-8]。由于軟土具有特別的物理力學(xué)性質(zhì)，除道路橋梁本身在施工過(guò)程中會(huì)遇到各種問(wèn)題外，還會(huì)對(duì)周邊道路環(huán)境產(chǎn)生潛在威脅，輕則造成軟土區(qū)不均勻沉降，重則引起道路路基變形，導(dǎo)致路面開(kāi)裂或隆起，進(jìn)而對(duì)道路交通造成安全隱患。周海等學(xué)者[9-12]對(duì)新建高速公路跨既有高速公路的情況進(jìn)行過(guò)研究，但側(cè)重于對(duì)新建道路施工管理技術(shù)方面的探討。

綜上所述，前人就軟土地區(qū)道路橋梁施工對(duì)既有路基穩(wěn)定性影響的研究相對(duì)較少，因此，有必要開(kāi)展軟土地區(qū)橋梁樁基施工對(duì)既有路基穩(wěn)定性影響的研究。

1 工程概況

以在建張新高速公路K35+600～K37+050段所穿越的一段鐵路作為研究對(duì)象，區(qū)域大面積覆蓋有軟土，以厚層粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，厚度達(dá)20 m以上。土層主要物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。根據(jù)擬建物性質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件，決定采取高壓旋噴樁施工工藝并對(duì)表層軟土換填砂墊層對(duì)地基土體進(jìn)行加固。通過(guò)對(duì)該段鐵路路基進(jìn)行地下深層水平位移監(jiān)測(cè)及路基沉降監(jiān)測(cè)，分析樁基施工對(duì)該段鐵路路基造成的影響，對(duì)路基穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。

表1 區(qū)域軟土層基本物理參數(shù)

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

將公路K35+600～K37+050段高架橋所跨越的一段鐵路路基作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，對(duì)該段鐵路路基進(jìn)行地下深層水平位移監(jiān)測(cè)及路基沉降監(jiān)測(cè)。

經(jīng)設(shè)計(jì)，決定在該鐵路兩側(cè)布設(shè)深層水平位移孔4個(gè)，編號(hào)為S1～S4，相鄰監(jiān)測(cè)孔橫向間距為5 m，縱向間距為10 m；沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)6個(gè), 相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)橫向間距為8 m，縱向間距為12 m。編號(hào)為C1～C6，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

地下深層水平位移監(jiān)測(cè)采用鉆孔測(cè)斜儀配合測(cè)斜管，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)鉆孔鉆入基巖面至少3 m，且鉆孔深度不少于30 m，鉆孔偏斜率≤1%。測(cè)斜管一組導(dǎo)槽垂直于線(xiàn)路走向，另一組平行于線(xiàn)路走向，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)線(xiàn)路走向的深層位移，最終合成為矢量位移。

路基沉降采取水準(zhǔn)測(cè)量法，水平儀與水準(zhǔn)尺相配套進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)，以附近施工的高程控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)測(cè)定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天高程變化，推算出施工區(qū)域附近地表的累計(jì)沉降量和沉降速率，結(jié)合工程重要性等級(jí)及地基復(fù)雜程度，將沉降監(jiān)測(cè)精度等級(jí)定為二級(jí)，測(cè)量誤差≤0.2 mm，以此評(píng)價(jià)施工區(qū)域附近地基土體穩(wěn)定性。

根據(jù)路基監(jiān)測(cè)相關(guān)規(guī)范，對(duì)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目確定統(tǒng)一評(píng)價(jià)控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于深層水平位移監(jiān)測(cè)，在樁基施工期間，路基深層水平位移監(jiān)測(cè)預(yù)警值定為水平位移量≤5 mm/d。路基深層水平位移監(jiān)測(cè)預(yù)警值分級(jí)：三級(jí)預(yù)警值，3 mm/d；二級(jí)預(yù)警值，4 mm/d；一級(jí)預(yù)警值，5 mm/d。

針對(duì)地表沉降監(jiān)測(cè)，決定參照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)相關(guān)條文，對(duì)于鄰近樁基施工區(qū)域的鐵路路基，結(jié)合鐵路重要性等級(jí)初步確定其允許變形值。

路基深層水平位移和沉降監(jiān)測(cè)工作在樁基施工前取得初值，樁基施工期間監(jiān)測(cè)頻率為每日1 次，施工結(jié)束1 個(gè)月后再監(jiān)測(cè)1 次，此后終止監(jiān)測(cè)工作。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

由于擬建公路所跨越的鐵路屬于Ⅰ級(jí)鐵路，其承載著重要的運(yùn)輸任務(wù)，因此對(duì)該線(xiàn)路的變形控制要求極高，故監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、要求精度高、數(shù)據(jù)采集密集。該橋梁樁基施工日期為2018年3月5日～2018年4月6日，施工天數(shù)33 d，深層水平位移監(jiān)測(cè)、路基沉降監(jiān)測(cè)分別共計(jì)測(cè)量35次(施工前1次、施工期33次、施工后1次)。

3.1 地下深層水平位移

各監(jiān)測(cè)孔孔口累計(jì)水平位移及孔口水平位移速率隨時(shí)間變化規(guī)律如圖2、圖3所示，各孔深層水平位移隨時(shí)間變化規(guī)律如圖4所示。

圖2 各孔孔口累計(jì)水平位移量—時(shí)間關(guān)系

圖3 各孔孔口水平位移速率—時(shí)間關(guān)系

根據(jù)圖2～圖3分析可知，最大累計(jì)位移出現(xiàn)在S2孔，為18.30 mm；孔口最大位移速率出現(xiàn)在S3孔，為1.99 mm/d，仍小于3 mm/d(三級(jí)預(yù)警值)。在樁基施工期間，各孔單日最大孔口位移變化均未超過(guò)三級(jí)預(yù)警值，沒(méi)有出現(xiàn)較大變化，且在樁基施工結(jié)束后一個(gè)月，各孔孔口累計(jì)水平位移基本未再發(fā)生明顯增長(zhǎng)，因此認(rèn)為該段鐵路路基巖土體穩(wěn)定。此外，進(jìn)一步觀測(cè)到S2、S3孔的相對(duì)位移量較大，均達(dá)到18 mm以上；而S1、S4孔的相對(duì)位移較小，僅達(dá)到10 mm左右。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察及調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在S2、S3孔的附近堆載有一定質(zhì)量的機(jī)器與材料，因此造成孔的相對(duì)位移更大。

圖4 各孔深層水平位移—時(shí)間關(guān)系

由圖4可知，隨著深度的不斷增加，各監(jiān)測(cè)孔深層水平位移整體上逐漸減小，位移主要發(fā)生在孔口上部，孔底變化較小，主要是因?yàn)殡S著深度增加，土體自重應(yīng)力增大，一定程度上對(duì)樁基施工造成鄰近土體的擾動(dòng)起到了約束作用。

綜上，在圖3中，S1和S4孔孔口水平位移變化速率均勻，而S2和S3孔則分別在4月1日和3月8日左右變化速率出現(xiàn)了較大的波動(dòng)。在圖4中，同樣發(fā)現(xiàn)S2和S3孔分別在孔深7 m和孔深10 m處水平位移量出現(xiàn)了較大變化。通過(guò)查看施工資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，發(fā)現(xiàn)S2和S3孔在位移變化較大部位存在軟土層，地質(zhì)條件較差，因此在近10 m深度處出現(xiàn)較大位移反彈，樁基施工將原來(lái)的地基應(yīng)力平衡打破，使得附近土層應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致深層巖土體水平位移的發(fā)生。

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，得出監(jiān)測(cè)期間各個(gè)監(jiān)測(cè)孔的重要參數(shù)最大累計(jì)位移與最大位移速率如表2所示。

3.2 路基沉降

各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降隨時(shí)間變化規(guī)律如圖5所示，沉降速率隨時(shí)間變化規(guī)律如圖6所示。

由圖5和圖6可以看出，在監(jiān)測(cè)初期，各點(diǎn)的沉降量和沉降速率變化幅度較大，后期逐漸趨于穩(wěn)定。其中，C4監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量最大，為14.17 mm,C3監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速率最大，為1.19 mm/d。沉降速率變化較小，可推斷該鐵路樁基附近施工區(qū)域未發(fā)生明顯沉降，說(shuō)明該區(qū)域地基比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)沉降量過(guò)大引起的地表塌陷等現(xiàn)象。

表2 深層水平位移監(jiān)測(cè)孔信息

圖5 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降—時(shí)間關(guān)系

圖6 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率—時(shí)間關(guān)系

進(jìn)一步觀察到，沉降量和沉降速率在監(jiān)測(cè)前期變化比較大主要是由于沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)初期布置后，并未完全穩(wěn)定，加上樁基施工對(duì)地表淺層土體的擾動(dòng)，導(dǎo)致前期沉降變化較大。后期樁基施工區(qū)域不斷向下，鉆機(jī)沖入的地層也相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的影響較小，故沉降變化不大。在施工結(jié)束一個(gè)月后，再次對(duì)各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量和沉降速率有較大變化，說(shuō)明施工結(jié)束后地基土體趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本文以張新高速公路所跨越的一段鐵路路基為研究對(duì)象，通過(guò)地下深層水平位移監(jiān)測(cè)以及路基沉降監(jiān)測(cè)兩種監(jiān)測(cè)手段，較全面地分析了樁基施工對(duì)鄰近道路路基的影響，可判斷在樁基施工監(jiān)測(cè)期內(nèi)：

(1)高速公路樁基施工并未對(duì)臨近鐵路路基產(chǎn)生明顯影響，鐵路路基橫向變形較小。

(2)鄰近高速公路樁基施工區(qū)域的地表、路基沉降較小，未出現(xiàn)地表沉降、隆起等現(xiàn)象。

(3)軟土層的存在使得樁基施工對(duì)鄰近路基的影響加大，通過(guò)采用高壓旋噴樁加固土體結(jié)合軟土表層處理技術(shù)可較大程度避免對(duì)鄰近施工區(qū)域土體產(chǎn)生擾動(dòng)，有效消除對(duì)鄰近道路安全運(yùn)營(yíng)構(gòu)成的威脅。