發(fā)布時(shí)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(duì)其所跨越的成灌線產(chǎn)生的影響,采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(duì)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(diǎn)布置多種沉降觀測(cè)儀器對(duì)地基沉降變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果、理論分析及數(shù)值模擬等,進(jìn)一步研究了T型鋼構(gòu)施工荷載對(duì)成灌高鐵路基的附加影響,并驗(yàn)證了隔離樁處治方案減小已運(yùn)營(yíng)高速鐵路路基沉降、側(cè)向位移的防治效果。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、理論分析及數(shù)值模擬,本文得到如下幾點(diǎn)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(shí)時(shí)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,施工期和竣工后轉(zhuǎn)體橋樁基荷載對(duì)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(yùn)營(yíng)。(2)在轉(zhuǎn)體橋施工期內(nèi)樁周不同深度地層的沉降隨時(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)測(cè)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(duì)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(yùn)營(yíng)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(gè)明顯的拐點(diǎn),并出現(xiàn)了一個(gè)側(cè)向位移為0的中性點(diǎn),在地基土層上部,側(cè)向位移具有往群樁方向拖拽的趨勢(shì),土層下部側(cè)向位移表現(xiàn)出向外擠壓的趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,隔離樁對(duì)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(tái)邊緣處沉降最大,沉降量為22mm,與群樁基礎(chǔ)距離越遠(yuǎn),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(tái)直徑)左右時(shí),沉降量?jī)H為lmm,可忽略不計(jì),因此,該距離值可視為群樁基礎(chǔ)的影響區(qū)域,監(jiān)測(cè)結(jié)果也驗(yàn)證了Randolph理論的合理性。(5)數(shù)值計(jì)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(chǎng)測(cè)試結(jié)果吻合較好,與比未設(shè)置隔離樁數(shù)值計(jì)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(guó)大舉進(jìn)行城市化進(jìn)程，大力推進(jìn)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(gè)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(shì)必會(huì)在施工過程中產(chǎn)生大面積地面開挖，臨時(shí)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(duì)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(diǎn)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�，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外從事此方面研究的沉降計(jì)算方法文獻(xiàn)等大都只是針對(duì)建筑物自重所產(chǎn)生的沉降而言，對(duì)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(shí)踐中對(duì)于此類問題的解決大多是依靠工程師老道的經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(xiàng)目短暫的降溫之后，今年國(guó)家對(duì)鐵路項(xiàng)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(guó)家大計(jì)，是祖國(guó)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(kuò)張，不可避免的會(huì)產(chǎn)生線路交叉的情況，隨之跨線橋方案應(yīng)運(yùn)而生。然而高鐵線路安全運(yùn)營(yíng)的重要性不言而喻，總理出訪他國(guó)更是把它當(dāng)做民主的驕傲向外推銷，高鐵對(duì)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(guó)內(nèi)外學(xué)者研究?jī)H局限于基坑施工開挖及樁基施工震動(dòng)帶來的影響，對(duì)大自重橋基自身巨大荷載帶來的附加影響研究較少。此項(xiàng)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(duì)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(yàn)段(成灌高鐵跨線橋段）進(jìn)行的由一家設(shè)計(jì)院（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院）、兩家工程局（中鐵五院集團(tuán)公司和四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)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(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目，以樁基礎(chǔ)荷載對(duì)緊鄰高鐵路基的變形規(guī)律以及防護(hù)治理措施（隔離樁）的隔離效果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，此研究顯得頗具實(shí)際意義和較高的學(xué)術(shù)價(jià)值。
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1.2國(guó)內(nèi)外針對(duì)被基影響研究現(xiàn)狀
1.2.1植基礎(chǔ)對(duì)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(jì)的，其自身荷載之巨大我們是無法忽略的，在這種長(zhǎng)樁基，深承臺(tái)，大荷載的樁基礎(chǔ)影響下，主要對(duì)周圍構(gòu)筑物和土體產(chǎn)生兩個(gè)方面[1]影響：
(1)在擠土樁施工的時(shí)候，錘擊、振入過程中會(huì)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(huì)引起鄰近構(gòu)筑物和周圍土體產(chǎn)生強(qiáng)迫震動(dòng)，繼而產(chǎn)生應(yīng)力變化和產(chǎn)生變形；非擠土樁施工時(shí)，例如鉆孔灌注樁，也會(huì)因?yàn)榱熊囻傔^產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)或是施工震動(dòng)導(dǎo)致成空塌陷，而且鉆孔引起的地層缺失也會(huì)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(kuò)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(shí)，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(duì)鄰近既有線路的影響研究現(xiàn)狀
現(xiàn)階段，站在我國(guó)科研前端的技術(shù)人才對(duì)大荷載樁基礎(chǔ)施工隊(duì)既有線的影響還不夠系統(tǒng)和深入，一個(gè)是工程實(shí)例還比較少，在一個(gè)對(duì)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(chǎng)施工過程中借鑒以往經(jīng)驗(yàn)提出了一些缺乏理論計(jì)算認(rèn)證的防護(hù)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(chǎng)實(shí)際工況，為我們?cè)敿?xì)介紹分析如何在既有線附近進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)營(yíng)。任志軍（2005) W為了保證既有線不會(huì)因?yàn)榭缇�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(hù)壁加之鋼管樁支撐進(jìn)行加固處理，落實(shí)該法后，通過系統(tǒng)測(cè)試得出效果較為卓越，很好的保護(hù)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(yùn)營(yíng)。
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(guó)關(guān)于樁基礎(chǔ)對(duì)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(duì)既有線路的深度。目前還只是局限于施工過程中沖擊震動(dòng)左右是否會(huì)對(duì)既有線產(chǎn)生擾動(dòng)，而且所得出的結(jié)論大多是以來多年施工經(jīng)驗(yàn)或是規(guī)范上粗略的算法，對(duì)于樁基礎(chǔ)施工荷載引起的沉降對(duì)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(qiáng)。
1.2.1.2植基礎(chǔ)對(duì)鄰近既有隧道的影響研究現(xiàn)狀
關(guān)于樁基礎(chǔ)施工對(duì)鄰近隧道會(huì)產(chǎn)生如何影響的研究由來已久，英國(guó)的學(xué)者們?cè)缭诎雮�(gè)多世紀(jì)以前就對(duì)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(jì)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(huì)對(duì)其產(chǎn)生擾動(dòng)，產(chǎn)生諸多有害影響。Measor & Williams (1962) [5]和Ward (1961) [6]通過實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，論證了新建樁基礎(chǔ)施工對(duì)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(jí)，并且有局部隧道斷面產(chǎn)生收斂趨勢(shì)，位置在離披基礎(chǔ)最近處，收斂方向?yàn)檠厮淼缽较騼?nèi)側(cè)。1969年Morgan & Bartlett為研究鉆孔灌注樁施工對(duì)周邊險(xiǎn)道到底會(huì)產(chǎn)生何種影響[7]更是花費(fèi)大量人力物力，在既有險(xiǎn)道附近實(shí)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(chǎng)試驗(yàn)分析了樁基礎(chǔ)施工中荷載對(duì)周邊險(xiǎn)道產(chǎn)生的附加影響，研究?jī)?nèi)容包括應(yīng)力擴(kuò)散范圍，擴(kuò)散深度、襯砲變形值與方向以及位移產(chǎn)生何趨勢(shì)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(shì)[8]; Schroeder F. C., Potts D. M. & Addenbrooke T. I.(2004) [9]通過進(jìn)行有限元模擬來研究新建排樁對(duì)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(jiǎn)化，減少計(jì)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(xiǎn)道整體下沉量作為一個(gè)衡量指標(biāo)。諸如此類的研究國(guó)外學(xué)者做了不少，筆者再此不在一一熬述。
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本文編號(hào)：8829