發(fā)布時間：2014-09-12 10:03

【摘要】 本文主要研究成都第二繞城高速新建跨線橋主體結(jié)構(gòu)T型橋梁施工荷載對其所跨越的成灌線產(chǎn)生的影響,采用現(xiàn)場測試方法分析了隔離樁措施的防治效果。論文首先通過收集整理已有研究成果,詳細(xì)介紹了樁基礎(chǔ)對周邊土體及鄰近構(gòu)筑物影響的研究現(xiàn)狀,匯總了有關(guān)單樁、群樁基礎(chǔ)的沉降理論研究成果。依托成都第二繞城高速公路跨成灌高速鐵路跨線橋工程,通過在該工點布置多種沉降觀測儀器對地基沉降變形進行現(xiàn)場監(jiān)測,并對現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進行整理分析。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果、理論分析及數(shù)值模擬等,進一步研究了T型鋼構(gòu)施工荷載對成灌高鐵路基的附加影響,并驗證了隔離樁處治方案減小已運營高速鐵路路基沉降、側(cè)向位移的防治效果。通過現(xiàn)場監(jiān)測、理論分析及數(shù)值模擬,本文得到如下幾點結(jié)論：(1)路基面的沉降隨著施工荷載的增加而增大,施工完成后路基面沉降逐漸趨于穩(wěn)定,路基結(jié)構(gòu)的變形可近似描述為37#、40#兩主墩產(chǎn)生變形的疊加；由A-A、B-B斷面的路基實時沉降監(jiān)測結(jié)果表明,施工期和竣工后轉(zhuǎn)體橋樁基荷載對鐵路路基的附加沉降和差異沉降均處于可控范圍之內(nèi),已有路基結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài),保障了成灌高鐵的正常運營。(2)在轉(zhuǎn)體橋施工期內(nèi)樁周不同深度地層的沉降隨時間的延長不斷增大,橋梁合攏階段,豎向荷載不再增加,不同深度地層的沉降值收斂,基本保持穩(wěn)定；樁端平面以上土層所產(chǎn)生的沉降比上樁端以下土層所產(chǎn)生的沉降小,二者的比值約為1：1.5。實測結(jié)果表明,采用隔離樁處置措施有效的降低了樁基礎(chǔ)荷載對鄰近路基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響,具有明顯的加固隔離效果,確保了已運營鐵路路基的安全穩(wěn)定。(3)群樁荷載引起樁周土體的水平位移沿深度方向大致呈S型,曲線具有兩個明顯的拐點,并出現(xiàn)了一個側(cè)向位移為0的中性點,在地基土層上部,側(cè)向位移具有往群樁方向拖拽的趨勢,土層下部側(cè)向位移表現(xiàn)出向外擠壓的趨勢。監(jiān)測結(jié)果表明,隔離樁對群樁荷載引起的土體側(cè)向變形具有一定的約束作用。(4)樁周土體在群樁荷載下產(chǎn)生沉降槽,其中承臺邊緣處沉降最大,沉降量為22mm,與群樁基礎(chǔ)距離越遠,地基沉降越小,在距離群樁基礎(chǔ)20m以內(nèi)沉降降幅較陡,20m以外沉降降幅漸漸趨緩；到距離群樁基礎(chǔ)50m(三倍于承臺直徑)左右時,沉降量僅為lmm,可忽略不計,因此,該距離值可視為群樁基礎(chǔ)的影響區(qū)域,監(jiān)測結(jié)果也驗證了Randolph理論的合理性。(5)數(shù)值計算得到的高速鐵路路基沉降、左右坡腳的側(cè)向變形規(guī)律與現(xiàn)場測試結(jié)果吻合較好,與比未設(shè)置隔離樁數(shù)值計算結(jié)果比較表明,采用隔離樁處治措施具有顯著的防治效果,在今后類似的工程中,可借鑒此類處治措施。

【關(guān)鍵詞】 T型橋梁； 路基沉降； 側(cè)向變形； 隔離樁技術(shù)； 數(shù)值模擬；

第1章緒論

1.1研究背景
改革開放30余年，我國大舉進行城市化進程，大力推進基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，城市之中，特別是特大型城市，高樓麟次祁比，城市立交，高架，軌道交通，地鐵，橋梁，隧道一些列工程陸續(xù)上馬，城市面貌日新月異。
在此情況下，城市用地緊張成為一個日漸顯現(xiàn)且迫切有待解決的重要問題，在既有構(gòu)筑物附近或是周邊新建構(gòu)筑物的情況屢見不鮮，然而這種情況下勢必會在施工過程中產(chǎn)生大面積地面開挖，臨時或永久堆載。早在2009年，上海市某樓盤就因在某已建成高層附近新建開挖地下車庫，導(dǎo)致整棟樓房整體倒塌，可見新建構(gòu)筑物對既有構(gòu)筑物的附加影響是不容忽視的，這種附加沉降及不均沉降的造成與施工地點的地質(zhì)環(huán)境，兩構(gòu)筑物之間的距離，以及新建構(gòu)筑物的施工工法及順序有密切關(guān)系。現(xiàn)階段，國內(nèi)外從事此方面研究的沉降計算方法文獻等大都只是針對建筑物自重所產(chǎn)生的沉降而言，對新建構(gòu)筑物施工荷載引起既有構(gòu)筑物附加沉降深入系統(tǒng)的研究還為數(shù)不多，在工程實踐中對于此類問題的解決大多是依靠工程師老道的經(jīng)驗以及規(guī)范中的粗略依據(jù)。所以無法用直觀且行之有效的理論算法在較為準(zhǔn)確的算出新建構(gòu)筑物的現(xiàn)象范圍及大小，隨之制定科學(xué)合理經(jīng)濟的防治方案，做到提前預(yù)防也就無從談起。因此，展開新建構(gòu)筑物附加影響的研究，控制影響范圍及大小，減小不均勻沉降及開裂成為當(dāng)下迫切需要解決的重要工程問題。
在前幾年高鐵項目短暫的降溫之后，今年國家對鐵路項目的投資又重回8000億的高峰，年末總投資額很有可能創(chuàng)歷史新高，鐵路建設(shè)是國家大計，是祖國的生命線。隨著線路越來越多，復(fù)線、新線的建設(shè)緊羅密布，城市環(huán)線的陸續(xù)擴張，不可避免的會產(chǎn)生線路交叉的情況，隨之跨線橋方案應(yīng)運而生。然而高鐵線路安全運營的重要性不言而喻，總理出訪他國更是把它當(dāng)做民主的驕傲向外推銷，高鐵對工后沉降要求極為嚴(yán)菏，如在鄰近既有高鐵線路新建他物，其產(chǎn)生的附加沉降加之高鐵線路本身的工后沉降很有可能超越紅線，需做嚴(yán)格控制。但目前國內(nèi)外學(xué)者研究僅局限于基坑施工開挖及樁基施工震動帶來的影響，對大自重橋基自身巨大荷載帶來的附加影響研究較少。此項重要因素的忽略考慮很有可能產(chǎn)生巨大的安全隱患，為了探究群樁荷載對鄰近路基的變形影響規(guī)律，依托在成都第二繞城高速公路西段TJ-B合同段B9試驗段(成灌高鐵跨線橋段）進行的由一家設(shè)計院（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院）、兩家工程局（中鐵五院集團公司和四川公路橋梁建設(shè)集團有限公司）和一所高校（西南交通大學(xué)）共同參與的大型現(xiàn)場試驗項目，以樁基礎(chǔ)荷載對緊鄰高鐵路基的變形規(guī)律以及防護治理措施（隔離樁）的隔離效果進行了現(xiàn)場試驗研究，此研究顯得頗具實際意義和較高的學(xué)術(shù)價值。
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1.2國內(nèi)外針對被基影響研究現(xiàn)狀
1.2.1植基礎(chǔ)對鄰近既有建筑物的影響研究現(xiàn)狀
目前大量的高層建筑、橋梁都釆用樁基礎(chǔ)形式，這種超高層或是大跨度橋梁本身的自重都是數(shù)以萬噸計的，其自身荷載之巨大我們是無法忽略的，在這種長樁基，深承臺，大荷載的樁基礎(chǔ)影響下，主要對周圍構(gòu)筑物和土體產(chǎn)生兩個方面[1]影響：
(1)在擠土樁施工的時候，錘擊、振入過程中會使原先在樁位處的土體大量被擠出，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，而且錘擊會引起鄰近構(gòu)筑物和周圍土體產(chǎn)生強迫震動，繼而產(chǎn)生應(yīng)力變化和產(chǎn)生變形；非擠土樁施工時，例如鉆孔灌注樁，也會因為列車駛過產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)或是施工震動導(dǎo)致成空塌陷，而且鉆孔引起的地層缺失也會改變樁周土體的應(yīng)力分布。
(2)樁基礎(chǔ)完工后，隨著其上部構(gòu)筑物的逐步修建，其傳遞到樁基礎(chǔ)上的荷載逐漸增加。然后由樁基通過樁端阻力和樁側(cè)阻力向周圍的土體擴散，當(dāng)應(yīng)力傳遞到周圍已有構(gòu)筑物或是地下結(jié)構(gòu)時，很有可能附帶的使其產(chǎn)生一定程度的附加沉降或是不均勾沉降，危害已有構(gòu)筑物的安全。
1.2.1.1被基礎(chǔ)對鄰近既有線路的影響研究現(xiàn)狀
現(xiàn)階段，站在我國科研前端的技術(shù)人才對大荷載樁基礎(chǔ)施工隊既有線的影響還不夠系統(tǒng)和深入，一個是工程實例還比較少，在一個對類似問題的重視程度還不夠高。目前而言只有少數(shù)工程單位在現(xiàn)場施工過程中借鑒以往經(jīng)驗提出了一些缺乏理論計算認(rèn)證的防護措施和加固方法。由羅裕明（2003) [2]、李陸平和王吉連（2010) [3]根具現(xiàn)場實際工況，為我們詳細(xì)介紹分析如何在既有線附近進行樁基礎(chǔ)施工時減小樁基礎(chǔ)施工荷載的影響大小的加固方法，他們所采取的方式是在沖孔處采取型鋼加固，阻隔附加應(yīng)力的橫向傳遞，同時為加大土體抗變形能力，增大水泥衆(zhòng)密度。采取以上一些列措施后，通過實時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，很大程度上減小了橋基施工荷載的影響，確保了高鐵線路的工程質(zhì)量以及日后的安全運營。任志軍（2005) W為了保證既有線不會因為跨線橋橋基施工荷載的影響而使己建成線路基礎(chǔ)產(chǎn)生一系列病害，例如路基不均勻沉降，路基橫向拉裂等，做出了大量研究分析工作，在做了大量調(diào)研以及施工技術(shù)論證后，提出了一種行之有效的加固處理方式，該法主要是釆取鋼筋混凝土護壁加之鋼管樁支撐進行加固處理，落實該法后，通過系統(tǒng)測試得出效果較為卓越，很好的保護了既有線，使路基狀況保持平穩(wěn)安全，確保了日后線路有序安全的運營。
雖然以上學(xué)者、技術(shù)人員提出了一些有效的防治措施。但是，我國關(guān)于樁基礎(chǔ)對鄰近既有線路的影響研究始終沒有深入到樁基施工荷載對既有線路的深度。目前還只是局限于施工過程中沖擊震動左右是否會對既有線產(chǎn)生擾動，而且所得出的結(jié)論大多是以來多年施工經(jīng)驗或是規(guī)范上粗略的算法，對于樁基礎(chǔ)施工荷載引起的沉降對既有線路的影響方面采取深入系統(tǒng)的研究還是有待加強。
1.2.1.2植基礎(chǔ)對鄰近既有隧道的影響研究現(xiàn)狀
關(guān)于樁基礎(chǔ)施工對鄰近隧道會產(chǎn)生如何影響的研究由來已久，英國的學(xué)者們早在半個多世紀(jì)以前就對類似問題做過研究，在有人提出倫敦Royal Festival Hall的樁基礎(chǔ)方案后，很快得到了否決，由于樁基礎(chǔ)設(shè)計位置距離北線管道較近，他們認(rèn)為新建柱基礎(chǔ)施工的過程中會對其產(chǎn)生擾動，產(chǎn)生諸多有害影響。Measor & Williams (1962) [5]和Ward (1961) [6]通過實驗和監(jiān)測，論證了新建樁基礎(chǔ)施工對鄰近隧道襯砲變形和位移的影響，通過數(shù)據(jù)分析顯示，由于樁基礎(chǔ)的施工，導(dǎo)致隧道產(chǎn)生整體沉降，沉降量為毫米級，并且有局部隧道斷面產(chǎn)生收斂趨勢，位置在離披基礎(chǔ)最近處，收斂方向為沿隧道徑向內(nèi)側(cè)。1969年Morgan & Bartlett為研究鉆孔灌注樁施工對周邊險道到底會產(chǎn)生何種影響[7]更是花費大量人力物力，在既有險道附近實地打入若干鉆孔灌注樁，此研究精神可嘉但是研究方法現(xiàn)在看來還是有失偏頗；Benton & Philips在1991年通過大量現(xiàn)場試驗分析了樁基礎(chǔ)施工中荷載對周邊險道產(chǎn)生的附加影響，研究內(nèi)容包括應(yīng)力擴散范圍，擴散深度、襯砲變形值與方向以及位移產(chǎn)生何趨勢的變化，并且研究群樁基礎(chǔ)施工荷載引發(fā)隧道的形變趨勢[8]; Schroeder F. C., Potts D. M. & Addenbrooke T. I.(2004) [9]通過進行有限元模擬來研究新建排樁對鄰近隧道產(chǎn)生的影響，分別采用了平面及三維兩種方式，通過演算數(shù)據(jù)顯示在上述兩種方法下所得結(jié)果差別甚微，所以在探討排樁的影響也可采用平面方式，使得建模較為簡化，減少計算周期，在描述新建樁基礎(chǔ)的施工與荷載附加影響是可以把險道整體下沉量作為一個衡量指標(biāo)。諸如此類的研究國外學(xué)者做了不少，筆者再此不在一一熬述。
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