鄰近高鐵梁加載對(duì)既有橋基影響現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

李友元

(中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海 200070)

1 概述

隨著高速鐵路的建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，由于規(guī)劃存在時(shí)差、修建存在經(jīng)濟(jì)制約等原因，不可避免的存在線路并行。高速鐵路橋梁基礎(chǔ)以群樁基礎(chǔ)為主，鄰近既有線路的施工往往會(huì)造成高鐵橋基產(chǎn)生變形，導(dǎo)致鄰近既有軌道平順性發(fā)生改變［1-3］。新建鐵路工程滿堂支架現(xiàn)澆方法施工速度快，調(diào)度靈活，造價(jià)低，可加快工程進(jìn)度［4］。

對(duì)于鄰近堆載對(duì)橋梁樁基變形的影響，國內(nèi)外有許多學(xué)者分別從室內(nèi)試驗(yàn)［5－11］、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［12－14］、理論研究［15－19］、數(shù)值分析［14，20－27］等方面進(jìn)行了深入研究，并認(rèn)為鄰近堆載對(duì)樁基的影響主要體現(xiàn)在兩方面:一是軟土層在堆載作用下會(huì)產(chǎn)生側(cè)向擠出變形，導(dǎo)致既有樁身發(fā)生撓曲變形，并造成橋梁墩臺(tái)發(fā)生水平位移。二是堆載使得軟土發(fā)生隆沉變形，導(dǎo)致樁與樁周土產(chǎn)生相對(duì)位移引起承臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)角。

本文以鄰近高鐵新建箱梁滿堂支架施工為工程背景，通過支架預(yù)加載現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析鄰近堆載作用對(duì)橋梁樁基的影響，為后期箱梁施工過程中對(duì)既有高鐵的安全穩(wěn)定性分析評(píng)估提供參考。

2 工程概況

新建某城際鐵路工程試車線工程為高架橋通過，東西向平行于鄰近既有杭甬客專。場(chǎng)地位于海積湖沼積平原，地勢(shì)開闊，地形平坦，溝渠密布，周圍環(huán)境如圖1所示。

圖1 杭紹城際試車線工程沿線周邊環(huán)境

試驗(yàn)場(chǎng)地位于蕭紹平原區(qū)西部，屬典型的軟土地區(qū)，其具有“天然含水量高，壓縮性高、強(qiáng)度低，透水性低”等特點(diǎn)，其中③2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為欠固結(jié)土，超固結(jié)比為0.70～1.88。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告可知，主要的土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了探究鄰近堆載對(duì)既有高鐵橋基影響，設(shè)計(jì)了支架預(yù)壓試驗(yàn)，連續(xù)滿堂腳手架搭設(shè)長(zhǎng)度為30 m，寬度為8 m，腳手架范圍與臨近既有高鐵橋基的凈距約為24 m。預(yù)壓荷載為箱梁自重的1.1倍，預(yù)估30 m單線簡(jiǎn)支梁荷重為320 t，即總加載量為352 t，采用沙袋配合汽車吊進(jìn)行預(yù)壓加載，按照50%，80%，110%三級(jí)進(jìn)行加載，試驗(yàn)過程為:1)進(jìn)行觀測(cè)，獲取測(cè)試初始值;2)第一級(jí)預(yù)壓荷載(50%，約為6.7 kPa，用時(shí) 1 d)，間歇 6 d;3)第二級(jí)預(yù)壓荷載(80%，約為10.7 kPa，用時(shí) 1 d)，間歇 6 d;4)第三級(jí)預(yù)壓荷載(110%，約為14.7 kPa，用時(shí)1 d)，間歇10 d;5)卸載(用時(shí)1 d)，間歇2 d?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括孔隙水應(yīng)力、水平土壓力、橋基變形，試驗(yàn)布置如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 孔隙水壓力變化

圖3為距堆載邊界不同距離土體孔隙水壓力隨時(shí)間的變化曲線。分析可知當(dāng)進(jìn)行加載時(shí)，土體孔隙水應(yīng)力迅速增大并達(dá)到峰值;間歇階段孔隙水排出，孔隙體積減小，孔隙水壓力消散速度較快。表明試驗(yàn)場(chǎng)地排水順暢，地基土有效應(yīng)力增加，發(fā)生固結(jié)變形。沿深度方向孔壓變化規(guī)律為上部土體孔隙水壓力消散較快，加載階段內(nèi)孔壓上升趨勢(shì)不明顯，原因是因?yàn)樯喜客馏w靠近排水面，孔隙水易于流出，孔壓消散較快。下部土體③2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層滲透系數(shù)小于上部②1粉質(zhì)黏土層，導(dǎo)致下部土體排水速度較慢。

4.2 水平附加應(yīng)力變化

圖4為距堆載邊界不同距離水平附加應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線。加載作用下土體水平附加應(yīng)力迅速增大并達(dá)到峰值，經(jīng)過間歇階段后附加應(yīng)力減小并低于初始值。出現(xiàn)這樣的原因主要是因?yàn)殚g歇階段土體孔隙水應(yīng)力消散較快，孔隙體積收縮造成被動(dòng)荷載減小，導(dǎo)致樁基另外一側(cè)土抗力大于被動(dòng)荷載。堆載引起土體附加應(yīng)力增加主要集中在下部土體，隨著距堆載邊界距離的增加，水平附加應(yīng)力應(yīng)逐漸減小，測(cè)試結(jié)果與常理不符，可能原因是由于水平土壓力設(shè)計(jì)埋設(shè)深度較深，土體產(chǎn)生變形之后土壓計(jì)受壓面未能保持平行于受壓面所致?？梢娋嚯x堆載邊界23 m處各深度水平附加應(yīng)力增加不大，說明堆載對(duì)既有橋基影響較小。

圖3 孔隙水應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線

圖4 水平附加應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線

4.3 橋基變形

為保證高鐵的運(yùn)營(yíng)安全，試驗(yàn)加載期間對(duì)鄰近既有高鐵橋墩進(jìn)行豎向沉降與水平位移監(jiān)測(cè)。通過在橋墩頂部布置水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)，橫橋向位移以向遠(yuǎn)離加載方向位移為正;在橋墩底部布置豎向沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)，沉降為正?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 橋基變形實(shí)測(cè)值 mm

由表2可知:1)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，既有高鐵橋墩的水平位移、豎向沉降均小于相關(guān)規(guī)范［28］中給出的高速鐵路橋梁墩臺(tái)頂位移限值2 mm的要求，表明此工程使用滿堂支架施工對(duì)既有高鐵橋基影響較小，既有高鐵的運(yùn)營(yíng)是安全的。2)橋墩的順橋向水平位移無變化，橫橋向水平位移均為正值，說明鄰近加載作用下會(huì)造成橋墩產(chǎn)生一定量的橫橋向位移，但是影響程度較小。3)橋墩發(fā)生隆起變形，說明樁與樁周土產(chǎn)生相對(duì)位移帶動(dòng)樁基產(chǎn)生向上的位移，而且兩側(cè)豎向位移變化量不一致引起承臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)角進(jìn)而帶動(dòng)橋墩臺(tái)頂發(fā)生轉(zhuǎn)角位移，但總的量不大。

5 結(jié)語

1)在滿堂支架預(yù)壓試驗(yàn)期間，總體來說土體孔隙水應(yīng)力消散較快，加載階段孔隙水應(yīng)力迅速上升，而間歇階段迅速消散。上部土體排水通暢，加載之后測(cè)試孔壓基本無變化。

2)在鄰近區(qū)域軟土上施加荷載，土體產(chǎn)生側(cè)向擠出變形產(chǎn)生水平附加應(yīng)力，既有高鐵橋基在其影響范圍以內(nèi)。在距離堆載邊界23 m處，土體水平附加應(yīng)力增加趨勢(shì)不大，說明對(duì)既有橋基的影響較小，也證明了滿堂支架施工方法的合理性。

3)通過測(cè)試鄰近高鐵橋墩的變形情況，橋墩向遠(yuǎn)離加載側(cè)產(chǎn)生水平位移，豎向位移表現(xiàn)為隆起變形，加載期間既有橋基產(chǎn)生一定的變形，但是均符合規(guī)范要求，不會(huì)影響高鐵的運(yùn)營(yíng)安全。