樁基礎荷載對高鐵路基變形影響的現場監測實踐及思考

潘 衛 上海鐵路局上海工務段

樁基礎荷載對高鐵路基變形影響的現場監測實踐及思考

潘 衛 上海鐵路局上海工務段

新建跨線橋上跨已建成運營的高速鐵路，跨線橋上部結構、橋墩及基礎等自重荷載（樁基礎荷載）勢必對毗鄰高鐵路基產生附加沉降及附加水平位移等不良影響，加大高鐵路基總的工后沉降。對于工后沉降要求極為嚴格的高鐵路基，新建跨線橋所產生的附加影響有可能導致高速鐵路的維修成本大幅增加甚至運營功能失效。通過現場實測分析樁基礎荷載對高鐵路基的變形影響，其選題具有較高的工程價值。

樁基礎荷載；高鐵路基；工后沉降

1 試驗目的及意義

樁基礎荷載對鄰近路基影響實質上就是樁基礎產生的沉降場引起鄰近路基的應力變化和附加變形。為了探究群樁荷載對鄰近路基的變形影響規律，依托某高鐵跨線橋段進行現場試驗，獲得樁周土體和鄰近路基變形性狀，研究樁基礎荷載對緊鄰高鐵路基的變形規律。

2 試驗工點及試驗方法簡介

2.1 地質資料

試驗段位于侵蝕堆積平原地貌，后經長期人工改造而成；跨線橋附近的地形標高在576.81 m～582.24 m，地形平坦、開闊，局部農網小溝灌渠分布；地層主要分布粉質粘土、稍密卵石土、中密卵石土以及密實卵石土；地下水初見水位埋深為1.10 m～1.50 m，較淺，潛水主要賦存于卵石土層，為本地區主要的透水性地層，賦存豐富的地下水，場地混合滲透系數為2.33cm/s，地下水對混凝土無侵蝕性。

2.2 現場工況介紹

高鐵跨線橋工程主橋上部結構為2×75m預應力砼單T鋼構連續梁，其中右線第37孔、左線第40孔分別上跨已建成通車運營的高鐵路基，對路基的影響里程為DK22+900～DK23+055，長達155 m，斜交角右線59°(左線58°)。由于采用了轉體工藝，在T型鋼構梁體澆筑完成并拆除滿堂支架后，37#、40#群樁基礎承受的最大豎向荷載將接近220 mN，其承臺邊緣距離正在運行的客專紅線最近不到5 m，而距離路基坡腳最近也僅僅11 m。故，在巨大的群樁荷載下能否有效地控制緊鄰高鐵路基結構的沉降變形是本工程成敗的關鍵。

為隔離群樁荷載對鄰近路基產生的不利影響，保證高鐵線路的運行安全和路基結構的穩定，根據現場實際情況（有效施工場地狹小）及工程地質條件，采用了小直徑鋼管灌注排樁（以下簡稱隔離樁）對高鐵路基進行主動防護。

2.3 現場試驗方案

2.3.1 主要測試對象

由于篇幅限制，現就A-A斷面做詳細說明。測試對象分為兩部分：第一部分為過37#中心的路基斷面A-A，對應里程為DK22+984.93；第二部分為37#群樁的樁周土體。

2.3.2 測試項目

測試斷面主要測試項目有：①地基分層沉降觀測、多點位移觀測、地表沉降；②水平變形觀測，地基側向位移觀測；③孔隙水壓力及水位觀測。詳見表1。

表1 現場試驗點測試項目與和儀器

測試斷面A-A測點布置和測試儀器安裝平、縱面見圖1和圖2。

圖1 測試儀器布置平面示意圖

圖2 A-A斷面各觀測元件埋設平縱面示意圖

3 現場實測試驗成果及分析

3.1 路基面附加沉降

為觀測路基面沉降與群樁荷載之間的關系，在路基坡腳、路肩及線路中心埋設了沉降板。從測試結果來看，路基斷面上六處測試點的沉降相差不大，圖3為A-A測試斷面路基面的群樁荷載—時間—沉降（P—t—S）曲線，各測點最終沉降值由表2所示。

圖3 A-A斷面路基面P-t-S曲線

表2 A-A路基面最終沉降值

3.2 分層沉降

分析多點位移計數據，圖4沉降曲線為測點A2多點位移沉降曲線。

圖4 A2測點多點位移計沉降曲線

對比表3可知，A2測點多點位移計得到的分層沉降大小以及隨時間發展規律與對應深度的沉降磁環測值基本一致；多點位移計測值較磁環數據波動稍小，且多點位移計測量精度更高，數據穩定。綜合考慮，盡可能在更多需要關注的監測點位設置沉降磁環，而在關鍵點位設置高精度的多點位移計對磁環數據進行校對與修正。

表3 A1、A2測點分層沉降值對比

3.3 孔隙水壓力

圖5為測點A2荷載—日期—孔隙水壓過程曲線。

圖5 測點孔隙水壓變化曲線及位置

從圖中可以看出，加荷期間隨著群樁荷載的增加，基本呈穩定狀態，個別時間有突變的情況。原因主要是:地基土基本上是卵石土層，透水性好，滲透系數比較大，群樁荷載瞬時產生的超孔隙水壓力消散地快，所以，地基土孔隙水壓基本上比較穩定。另外，從各深度孔隙水壓值可以得出，地下水位埋深較穩定，基本保持在1 m～1.5 m范圍內。

3.4 側向位移

圖6為測斜曲線圖分別為A-A斷面A1、A2和A3測點的測斜曲線圖。從圖6(a)可以看出在群樁荷載的影響下，A1測點的最大水平向位移值較小，且在深度15 m以上有往橋基方向被拖拽的趨勢，而在深度15 m以下有被往外擠壓的趨勢；從時間上看，隨著群樁荷載的增加，最大側向變形也逐漸增大，但中性點位置基本沒變。當轉體橋施工到設計標高時，地基土最大側向變形增幅明顯減緩，到拆除滿堂支架之前，最大側向變形基本維持不變。

圖6 （a)A1測點測料管側向位移-深度變化曲線

圖6 （b） A2測點測料管側向位移-深度變化曲線

圖6 （c） A3測點測料管側向位移-深度變化曲線

再分析圖6（b）、6（c），從圖中可以看出，A2、A3測點測斜曲線大致呈馬鞍型，有至少一個明顯的拐點，在深度3 m左右，最大側向變形值很小，為2.7 mm，在3 m以下，地基側向位移在1 mm以內波動；A2、A3測點（路基左、右坡腳）的最大側向變形在數值上非常接近,變化規律也較一致；而與A1測點相比，水平位移峰值有所減小且沿深度變化的幅度也有所抑制，這說明隔離樁在限制土體水平位移上具有一定效果。

4 結束語

本文通過分析了群樁周圍土體及高鐵路基在跨線橋施工期間的沉降規律以及影響范圍，得出了以下幾點結論：

（1）路基面的沉降隨著施工荷載的增加而增大，當荷載不再增加時則趨于穩定。

（2）群樁周圍土體分層沉降在轉體橋施工期內沉降不斷增大，而當合攏階段豎向荷載不再增加時各深度沉降值收斂，基本保持穩定。

（3）孔隙水壓在施工期間隨著群樁荷載的增加，基本呈穩定狀態。

（4）隔離樁對群樁荷載引起的土體側向變形具有一定的約束作用。

責任編輯：許耀元

來稿日期：2015-12-21