砂卵石地層公路轉體橋梁施工對鄰近鐵路路堤附加影響的現場監測

徐兵

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司）

隨著我國交通事業的蓬勃發展，近年來高速公路、高速鐵路的建設如火如荼[1-3]，并不斷向偏遠地區延伸，同時交通網絡也不斷加密，從而不可避免地出現公路與公路交叉、公路與鐵路交叉以及鐵路與鐵路交叉的情況，這其中當屬跨越高鐵路基最為要緊。因為高鐵路基對附加變形十分敏感且易受周邊環境的影響，而路線發生交叉，不論上跨還是下穿，勢必對既有高鐵路基產生不利影響。因此針對相鄰構筑物對鐵路路基影響的研究十分迫切且有必要。程剛和陳貴紅[4]為了研究新建公路隧道對既有鐵路隧道的影響及處治措施，結合麗(江)攀(枝花)高速公路項目中隧道襯砌開裂掉塊，提出既有隧道加固措施和新建隧道處治對策。彭文件等[5]通過建立三維有限元模型，研究橋梁施工及荷載對鄰近已運營公路路堤的影響及自身沉降規律。陳勝崗[6]結合具體工程實例，采用ABAQUS 有限元法，探討橋梁施工對鄰近既有公路路堤附加變形影響，監測結果表明通過設置必要的防護措施，可以減小橋梁施工擾動對鄰近路基的不利影響，確保既有公路路基穩定性。

而高速公路對鄰近既有鐵路路基的影響及處治技術還鮮有報道。本文結合“公跨鐵”實際工程背景，采用現場監測手段研究公路轉體橋梁施工對鄰近既有鐵路路堤的附加變形影響，以及對應防護處治技術的效果評價。

1 現場測試概況

1.1 項目概況

某新建高速公路（上部結構為2×75m 預應力鋼筋混凝土單T 剛構連續梁）上跨既有鐵路路基（影響范圍約150m），公、鐵線路斜交角右線為59°（左線為58°）。為了不影響鐵路的正常運營，新建上跨橋梁采用轉體及滿堂支架施工工藝。由于轉體橋上部荷載大，且墩臺緊鄰既有鐵路路基，而鐵路路基屬于客運專線，隸屬高鐵范疇，工后沉降要求苛刻（不超過15mm）。因此有必要對轉體橋施工及上部荷載對鄰近鐵路路基的附加變形影響進行評估。另外，為了隔離轉體橋施工對鐵路路堤的附加影響，在二者中間的位置試作了三排梅花形布置的小凈距微型鋼管樁（外徑114mm，壁厚25mm，長30m），并灌注水泥漿，形成一道嚴密的幕墻，相當于地下連續墻。場地主要地層分布及主要物理力學參數見表1，場區地下水初見水位埋深為1.10～1.50m。

表1 施工場地土層主要物理力學參數

1.2 監測儀器及方案

本次現場監測的重點為鐵路路堤的沉降、水平位移和孔隙水壓。監測儀器的布置位置及深度見圖1。沉降采用沉降板（配合全站儀進行觀測），水平位移采用XB338-A 型的測斜管（精度0.1mm/500mm），孔隙水壓則采用XB-140 型的孔隙水壓力計（精度1kPa）。為實現全過程監測，在隔離幕墻施作完成后樁體橋樁基礎施工前，安裝監測儀器。

圖1 現場測試儀器布置剖面圖

2 現場實測分析

2.1 附加沉降

圖2 表示從公路跨線橋（上部結構為T 梁）施工開始到竣工后一段時間內，橋梁上部施工荷載對鄰近鐵路路堤附加沉降的變化規律。從圖中可以看出，隨著轉體橋施工荷載的增加，鄰近鐵路路基沉降逐漸增大，當轉體橋上部結構施工完成后（上部荷載不再增加），鄰近鐵路路基附加沉降也趨于穩定，不再隨時間的推移而繼續增大，這是由于施工場地為砂卵石地層，橋梁上部荷載引起的地層中超靜孔隙水壓力瞬間消散，也就不存在黏性土層中的固結排水現象，因此由上部荷載引起的附加沉降也是瞬間完成的。而鄰近鐵路路基附加沉降的產生是由于轉體橋梁上部荷載通過其樁基礎的樁側及樁端傳遞到地基土中，砂卵石土層之間的剪切作用使得附加應力以一定擴散角發生應力擴散，從而引起周邊土層及鄰近鐵路路基的沉降變形。

圖2 轉體橋梁荷載對鄰近鐵路路堤附加沉降的實測

再對比附加沉降的大小，鐵路路堤左坡腳的附加沉降最大（4.6mm），而最小附加沉降發生在鐵路右路肩處（2.9mm），可見附加沉降沿鐵路路堤的橫斷面的分布呈兩邊大、中間小的分布特點。這是由于鐵路路堤兩側均設置了轉體橋墩臺（37#、40#），鐵路路堤附加沉降實際是由兩墩臺共同作用的結果，產生了疊加效應。高鐵規范要求[7]，高鐵路基工后沉降不得超過15mm，考慮既有鐵路路基從竣工起算已完成部分沉降（一般認為是5mm左右），本項目設置沉降警報值為10mm。因此，在隔斷墻處治的情況下，由于轉體橋施工及上部荷載引起的鄰近鐵路路基的附加沉降最大為4.6mm，小于沉降報警值10mm，可以判定轉體橋對鐵路路基的影響很小，鐵路路基是安全的。

2.2 附加水平位移

由于過大的水平位移會導致鐵路路堤的開裂，影響其正常服役狀態，甚至其整體穩定性，因此實時監測由于轉體橋引起的鐵路路基附加水平位移十分有必要。圖3 為不同監測日期下由轉體橋施工荷載引起的鄰近鐵路路堤左坡腳附近水平位移隨深度的變化曲線。從圖中可以看出，附加水平位移隨深度的變化曲線大致呈“S”型，最大附加水平位移位于地表位置（2.2mm），底部附加水平位移為0；隨著時間的推移，轉體施工荷載不斷增加，各深度處的附加水平位移也逐漸增大。從水平位移沿深度的分布特點來看，在上部地基層（10m 深度以上）的附加水平位移朝轉體橋樁基礎方向移動，而在下部地基層（10m 深度以下）的附加水平位移朝路基方向移動，這說明在轉體橋施工荷載作用下上部土層有被拉拽的趨勢，而下部土層則有被擠壓的趨勢。從監測結果來看，在隔斷墻處治下，由轉體橋施工荷載引起的鄰近鐵路路基水平位移很微小，可忽略不計。

2.3 孔隙水壓力

孔隙水壓力的監測可以實時反映地下水位的變化情況。圖4 為轉體橋樁基礎周圍土層中孔隙水壓力隨轉體橋施工荷載的變化曲線。從圖中可以看出，砂卵石土層孔隙水壓力隨轉體橋施工荷載的不斷增大基本呈穩定狀態，有個別時間和個別深度處有突變現象，波動的幅度較小，且很快恢復正常水平。出現這樣的情況和地基土的性質息息相關，場地土層除了表面1m 左右的粉質黏土層，其下均為密實度逐漸變大的砂卵石土，滲透系數大、透水性極強，在轉體橋上部荷載作用下，在土層產生的超靜孔隙水壓力瞬間消散，因此橋荷載對孔隙水壓的變化基本未產生影響。另外，從孔隙水壓力大小來看，通過反算可以得到地下水位的深度，在1～1.5m 范圍波動，這與地勘報告中的結論十分吻合。

圖4 轉體橋施工荷載對周圍土層孔隙水壓力的實測

3 結論

⑴轉體橋施工荷載引起的鄰近鐵路路基附加沉降沿路堤橫斷面的分布呈兩邊大、中間小的分布特點，且隨著橋梁上部荷載的增加不斷增大。

⑵轉體橋施工荷載引起周圍土層的附加水平位移隨深度的變化曲線大致呈“S”型，即上部土層出現朝橋墩臺方向的移動，而下部土層出現朝鐵路路基方向的移動。

⑶砂卵石土層孔隙水壓力隨轉體橋施工荷載的不斷增大基本呈穩定狀態，有個別時間和個別深度處有突變現象，波動的幅度較小，且很快恢復正常水平。