張家灣拱橋高填棄渣地基三維監測探討

Discussion on 3D Monitoring of High Dreg Ground of Zhangjiawan Arch Bridge

陳文富（中鐵港航局第三工程有限責任公司，廣東肇慶　526000）

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張家灣拱橋高填棄渣地基三維監測探討

Discussion on 3D Monitoring of High Dreg Ground of Zhangjiawan Arch Bridge

陳文富
（中鐵港航局第三工程有限責任公司，廣東肇慶526000）

摘要：在張家灣拱橋碗扣支架現澆拱圈的施工中，現澆拱圈地基為隧道棄渣，棄渣體高度達53m，地基三維變形大且施工周期較長，施工安全風險高。該文就施工中對地基的三維變形監測及變形穩定趨勢分析作了詳細探討。

關鍵詞：支架現澆；高棄渣地基；三維監測；變形分析

Abstract：In the cup lock support cast-in-place construction of Zhangjiawan arch bridge, the cast-in-place arch ring ground is tunnel dreg with the height of 53m, and the huge 3D deformation and long construction period impose great construction safety hazard. The 3D deformation monitoring and deformation stability trend of the ground are discussed in detail.

Keywords：support cast-in-place；high dreg ground；3D monitoring；deformation analysis

0　引言

碗扣支架現澆施工中，作為擴大基礎的地基常為原地面、原河床或局部填方等，在超50m高棄渣體上采用現澆施工的極其罕見。本文就施工中對地基三維監測及三維變形進行探索分析，并主要介紹左幅的地基情況。

1　工程概況

1.1工程簡介

張家灣拱橋是宜昌至巴東（滬蓉）高速公路上唯一的一座拱橋，本橋位于分離式路基段，左、右線橋平面均位于直線上，縱斷面均位于R-32000m的凹形豎曲線上。

該橋原設計左幅為3×45m簡支梁，右幅為3×40m簡支梁；由于現場地質、地形、水文、隧道棄渣等因素考慮變更為上承式鋼筋混凝土箱形拱橋。

主橋采用上承式現澆鋼筋混凝土箱型板拱橋，其左線橋凈跨徑113m，凈矢高22.6m，拱軸系數1.8，凈矢跨比1/5；右線橋凈跨徑93m，凈矢高18.6m，拱軸系數2.0，凈矢跨比1/5。拱圈采用C45混凝土，左幅1020m3，右幅818m3。主拱箱截面采用單箱三室，拱箱截面高，拱上橋面系采用9.2m預應力混凝土空心板，先簡支后橋面連續。拱橋左幅立面布置圖如圖1。

1.2地形、地貌

橋址區屬構造剝蝕、侵蝕中低山深切河谷地貌區，區內峰頂標高900～1000m，相對切割深度約500m，區內主要地表水流有涼臺河，總體由北東向南西逕流，谷底標高457m，擬建橋位位于河谷左岸坡近坡腳地帶，通過段地形起伏，自然地面標高在490～550m之間，凹坡面及坡面沖溝發育，YK130+581處發育有一主沖溝，流程較長，匯水面積較廣，沖溝常年有水，其它坡面凹溝流程短，匯水面積小，僅季節性有水，橋位區坡面植被發育，區內水土保持較好。

1.3地質條件

橋址區位于秭歸盆地西翼，出露地層為侏羅系中統上沙溪廟組（J2s）薄～厚層狀紫紅色粉砂質泥巖夾灰、灰綠色長石石英砂巖互層，地層總體呈單斜構造，地層傾向北東25～40°，傾角18～25°，地層走向與坡面走向呈大角度斜交。

橋址區上覆第四系殘坡積（Qel+dl）含礫粉質粘性土層，下伏基巖為侏羅系中統上沙溪廟組（J2s）薄～厚層狀粉砂質泥巖夾長石石英砂巖層。

1.4不良地質現象

橋位區地形切割深度較大，崩坡積含礫粉質粘土層厚度較大，主要分布于橋位區凹坡地帶，下伏基巖為泥巖、砂巖互層，屬欠穩定斜坡。

1.5水文條件

該橋位于良斗河流域中下游的二級支流宋家溝流域。根據秭歸縣水利局設計院的資料顯示，該支流上游集水面積2.84km2。按50年一遇的洪峰流量為34m3/s，100年一遇的洪峰流量為39.27m3/s。

1.6棄渣后情況

2010年8月隧道棄渣基本完成，在左幅大里程（巴東）端部分渣體未棄至設計橋位處，該部分為拱座刷坡及渣體整平堆積，如圖2。左幅其余部分棄渣至支架基礎高程，右幅比設計支架基礎高程高3～8m。左幅渣體整平后至原地面53m，右幅42m，如圖3。

圖1　拱橋左幅立面布置圖

圖2　棄渣期間2號拱座

圖3　棄渣后1號拱座端

2　地基、基礎處理思路及方案

根據渣體厚度大變形持續時間較長，渣體的長期變形無法克服，施工期間主要針對短期地基變形對施工影響的思路考慮對渣體表層進行處理的方案。在渣體整平至設計高程（527.916）后,在支架基礎位置對原渣體進行翻挖3.3m，按每50cm一層進行碾壓回填3m；回填地基上考慮基礎不均勻沉降及縱向渣體與原地面交界處的沉降差對基礎的影響，基礎采用30cm厚鋼筋混凝土基礎，以利于在不均勻沉降時基礎有一定的抗彎能力，在靠左2號拱座處后（因該處棄渣時間短且與原地面交界）棄渣位置，鋼筋混凝土基礎下加填1m片石混凝土墊層。沖溝中部棄渣體外邊緣距基礎邊寬度約50m。基礎采用C20鋼筋混凝土，厚30cm，設上下兩層φ12鋼筋網，基礎寬15m。地基處理后加上基礎采用雙層鋼筋網混凝土，分散了局部不均勻沉降差，減小了渣體不均勻沉降的不利影響。

3　三維變形觀測方案

3.1渣體變形分析

根據現場地形及高填棄渣情況可推斷其變形是三維的，這是與其它常規地基沉降觀測所不同之一；其二地基變形存在較大的不均勻性，特別是在棄渣與原地面交界處，會存在斷涯式的錯臺變形；其三渣體本身高度的變化所產生變形的差異性。

3.2三維變形觀測方案

根據現場地形橫向有坡度，縱向為“V”形槽，渣體縱、橫向厚度不同，棄渣堆置時間的差異，施工周期時間較長，基礎面積較大，沖溝內渣體受水流影響等特點，必須采取三維觀測方案，才能掌握渣體的空間位移情況。

觀測方法根據上述特點，采用常規的水平測量方法不能滿足要求。根據滿堂支架的特點，為了監測方便，水平測量與高程測量分開進行，高程測量與基礎平面布置，平面位移測量以線路左側基礎邊來布設測點，便于觀測。施工中平面位移采用萊卡TS602施測，高程采用S3水準儀測量。

4　三維變形觀測布置

4.1沉降觀測點的布置

沉降觀測點設在施工完基礎上，縱向按1/8跨徑設9排，每排設3個點，為便于預壓及拱圈混凝土澆筑時的觀測，左右兩個點設在邊腹板的中心位置，中間點設在拱箱橫向中心處，觀測基點設在兩岸基巖上。

4.2位移觀測點的布置

由于渣體堆在往下游的一個傾斜的V型沖溝上，沖溝與橋軸線成一定角度的斜交，渣體厚，在沒有經驗的情況下設置水平位置觀測是必要的，圖4。

在基礎左側（下游方向）距基礎邊緣0.5m處設置一排5個平面位移觀測點，觀測基點設在兩岸穩固的基巖上。

圖4　沉降觀測點橫斷面布置圖

5　變形觀測及分析

5.1沉降觀測方法及頻次

沉降觀測采用精密水準儀測量，每次觀測前對水平儀進行檢校。先將觀測基點高程進行多次測設采用其平均值作為基準值，每次從橋的一端基點觀測到另一端基點進行閉合復核，現場計算出各點高程與上次觀測進行比較，確認每次測量值無誤。

一般按7天一次的頻率測量，在雨季的連續降雨期間，觀測時間間隔適當縮短。數據觀測從2011年7月26日開始

5.2平面位移觀測方法及頻次

平面位移觀測采用萊卡TS602全站儀進行觀測。采取兩岸埋設基點為基準，觀測各點的統一坐標，然后反算相對于橋軸線為X軸的相對坐標進行比較，得出順橋向與橫橋向的位移值。觀測時也可以將基點坐標值反算為以橋軸線為X軸的坐標系的坐標值，觀測值就不用再算，減少內業工作量。現場觀測選擇在早上進行，減少測量誤差。

位移觀測開始階段按每周一次，觀測時可根據位移變化情況及氣候情況進行調整。

5.3沉降觀測數據結果分析

5.3.1預壓前沉降情況

根據觀測數據顯示，ZK130+561.25斷面沉降量為最大斷面，左側監測點累計沉降為99mm，中間監測點累計沉降為80mm,右側監測點累計沉降為62mm，從曲線圖中可看出，基礎各監測點在觀測后期均達到穩定狀態，達到了預期效果，可進行預壓作業。

單從一個斷面的數據來分析，地基有一定的傾斜現象，在預壓前檢查中發現部分碗扣立桿底座或頂撐有松動現象，說明地基沉降變化對支架有一定影響，可在預壓前檢查處理。

根據觀測中發現，因地基渣體處于沖溝內，沖溝匯集水流對渣體有一定影響。在地基及基礎施工完成后，時間短且處在雨季，特別是在連續降雨期間，地基沉降變化比較大。在非雨季期間其沉降速率相對要小。

預壓前地基（時間-沉降量）關系曲線圖，因數據較多，在此僅列出最大沉降位置（左幅左側）數據，如圖5，根據曲線分析后期變形相對穩定，對施工影響較小。

圖5　地基沉降量-時間關系圖

5.3.2拱圈澆筑完成后沉降情況

沉降量最大的斷面還是在ZK130+561.25里程，左側監測點累計沉降為133mm，中間監測點累計沉降為112mm,右側監測點累計沉降為90mm，從曲線圖中可看出，基礎各監測點在施工后期沉降變形均勻且趨于平穩狀態,說明施工加載對地基的影響可以忽略不計，沉降主要來源于渣體的穩定情況及水流的影響。

圖6　地基縱斷面沉降關系曲線圖

地基縱斷面沉降關系曲線圖及累計沉降量如圖6、圖7；根據分階段數據顯示，預壓至澆筑前，時間跨度大地基變形量比較大，現場實際觀察發現在左幅靠大里程端，即原地面與渣體分界處，由于沉降基礎底與片石混凝土墊層出現約2cm的脫空現象，現場采取壓注水泥砂漿進行處理。從該現象看出地基及基礎的處理措施不力減小和減緩了渣體沉降的影響，特別是減小了局部不均勻沉降的影響。為了減小地基沉降影響在澆筑混凝土前對支架底座及頂撐再進行一次全面檢查。

從支架預壓到拱圈澆筑混凝土時間長達4個月，其沉降量最大為28mm；拱圈澆筑至合龍46d的時間，地基最大沉降量為8mm，說明地基沉降對施工及結構本身是安全的。

地基累計沉降量分階段值，如表1；拱圈澆筑期間沉降量，如表2。

表1　分階段累計沉降量（mm）

表2　澆筑時間段沉降量（mm）

5.4拱圈位移觀測數據結果分析觀測數據顯示最大縱向位移為9mm，且均為兩端相對較大，中間部分相對小。對施工影響可忽略不計。橫向位移最大43mm，且呈現出從小里程往大里程方向增大趨勢，這與地形及渣體堆積時間有關。如表3。

表3　累計橫向位移量表

位移變化速率大的時間相對沉降要短得多，對施工影響相對要小，對于支架搭設可不考慮其影響，至于鋪設底模施工時，地基水平位移也基本穩定，如圖8。

圖7　地基縱斷面累計沉降量圖

圖8　橫向位移量與時間關系圖

6　結束語

根據支架預壓及拱圈現澆施工過程中對石質渣體地基進行三維觀測數據分析和預判，深厚渣體（石質）地基變形早期較大，渣體經碾壓3m加鋼筋混凝土基礎，基礎變形趨于整體化，渣體部分變形在基礎上得到削弱和滯后體現；后期經監測推算其沉降變形趨向穩定，位移變形小，沉降變形主要受堆積時間及季節影響，施工外加荷載對地基影響很小。在非雨季進行現澆施工且施工時間段不長時，深厚渣體上支架現澆不會影響施工安全及結構質量。

責任編輯：孫蘇，李紅

作者簡介：陳文富（1971-），男，貴州思南人，本科，工程師，主要從事鐵路施工、公路技術管理工作。

收稿日期：2016-01-02

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.02.042

中圖分類號：[TU997]

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）02-0042-04