軟土地區(qū)橋梁樁基施工對既有路基影響分析

陳杰儒

(中鐵十八局集團第五工程有限公司, 天津 300451)

由于地形地勢條件復雜，我國交通基礎設施建設面臨挑戰(zhàn)較多，其中之一是研究與解決廣泛覆蓋的軟土區(qū)道路建設過程中橋梁樁基產生的影響[1-2]。

徐達暉等[3]專門針對道路橋梁工程中橋涵軟土地基的施工問題和現狀，系統(tǒng)分析總結出多條有效治理措施并應用于實際工程案例，取得了良好效果，同時為今后類似工程的軟土地基處理提供了參考依據。袁允波[4]通過地質勘察手段探明了貴州省黔西至大方高速公路東關至清豐段軟土分布情況，介紹了該路段軟土地基的勘察設計要點，并結合軟土的具體類型提出了不同的處理措施，為今后同類軟土地質災害的處理提供了參考借鑒。鄒革戰(zhàn)[5]針對軟土地區(qū)樁基施工技術系統(tǒng)分析了各種樁基施工的質量控制要點并就樁基鉆孔施工過程中遇到的各種常見問題提出相關解決方案，為今后軟土地區(qū)相關樁基工程施工提供了參考借鑒。

目前國內關于上述問題的研究主要集中于軟土對道路橋梁本身建設的影響和解決方面，然而在道路橋梁建設過程中，不可避免會遇到兩條道路交叉的情況，例如高速道路跨越鐵路的情況[6-8]。由于軟土具有特別的物理力學性質，除道路橋梁本身在施工過程中會遇到各種問題外，還會對周邊道路環(huán)境產生潛在威脅，輕則造成軟土區(qū)不均勻沉降，重則引起道路路基變形，導致路面開裂或隆起，進而對道路交通造成安全隱患。周海等學者[9-12]對新建高速公路跨既有高速公路的情況進行過研究，但側重于對新建道路施工管理技術方面的探討。

綜上所述，前人就軟土地區(qū)道路橋梁施工對既有路基穩(wěn)定性影響的研究相對較少，因此，有必要開展軟土地區(qū)橋梁樁基施工對既有路基穩(wěn)定性影響的研究。

1 工程概況

以在建張新高速公路K35+600～K37+050段所穿越的一段鐵路作為研究對象，區(qū)域大面積覆蓋有軟土，以厚層粉質黏土、淤泥質粉質黏土為主，厚度達20 m以上。土層主要物理力學參數如表1所示。根據擬建物性質和現場工程地質條件，決定采取高壓旋噴樁施工工藝并對表層軟土換填砂墊層對地基土體進行加固。通過對該段鐵路路基進行地下深層水平位移監(jiān)測及路基沉降監(jiān)測，分析樁基施工對該段鐵路路基造成的影響，對路基穩(wěn)定性做出評價。

表1 區(qū)域軟土層基本物理參數

2 現場監(jiān)測

將公路K35+600～K37+050段高架橋所跨越的一段鐵路路基作為監(jiān)測對象，對該段鐵路路基進行地下深層水平位移監(jiān)測及路基沉降監(jiān)測。

經設計，決定在該鐵路兩側布設深層水平位移孔4個，編號為S1～S4，相鄰監(jiān)測孔橫向間距為5 m，縱向間距為10 m；沉降監(jiān)測點6個, 相鄰監(jiān)測點橫向間距為8 m，縱向間距為12 m。編號為C1～C6，監(jiān)測點布設如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點布設示意圖

地下深層水平位移監(jiān)測采用鉆孔測斜儀配合測斜管，各監(jiān)測點鉆孔鉆入基巖面至少3 m，且鉆孔深度不少于30 m，鉆孔偏斜率≤1%。測斜管一組導槽垂直于線路走向，另一組平行于線路走向，分別測量兩個線路走向的深層位移，最終合成為矢量位移。

路基沉降采取水準測量法，水平儀與水準尺相配套進行地表沉降監(jiān)測，以附近施工的高程控制點作為基準點，通過測定各監(jiān)測點每天高程變化，推算出施工區(qū)域附近地表的累計沉降量和沉降速率，結合工程重要性等級及地基復雜程度，將沉降監(jiān)測精度等級定為二級，測量誤差≤0.2 mm，以此評價施工區(qū)域附近地基土體穩(wěn)定性。

根據路基監(jiān)測相關規(guī)范，對各監(jiān)測項目確定統(tǒng)一評價控制標準。對于深層水平位移監(jiān)測，在樁基施工期間，路基深層水平位移監(jiān)測預警值定為水平位移量≤5 mm/d。路基深層水平位移監(jiān)測預警值分級：三級預警值，3 mm/d；二級預警值，4 mm/d；一級預警值，5 mm/d。

針對地表沉降監(jiān)測，決定參照《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2016)相關條文，對于鄰近樁基施工區(qū)域的鐵路路基，結合鐵路重要性等級初步確定其允許變形值。

路基深層水平位移和沉降監(jiān)測工作在樁基施工前取得初值，樁基施工期間監(jiān)測頻率為每日1 次，施工結束1 個月后再監(jiān)測1 次，此后終止監(jiān)測工作。

3 監(jiān)測結果分析

由于擬建公路所跨越的鐵路屬于Ⅰ級鐵路，其承載著重要的運輸任務，因此對該線路的變形控制要求極高，故監(jiān)測時間長、要求精度高、數據采集密集。該橋梁樁基施工日期為2018年3月5日～2018年4月6日，施工天數33 d，深層水平位移監(jiān)測、路基沉降監(jiān)測分別共計測量35次(施工前1次、施工期33次、施工后1次)。

3.1 地下深層水平位移

各監(jiān)測孔孔口累計水平位移及孔口水平位移速率隨時間變化規(guī)律如圖2、圖3所示，各孔深層水平位移隨時間變化規(guī)律如圖4所示。

圖2 各孔孔口累計水平位移量—時間關系

圖3 各孔孔口水平位移速率—時間關系

根據圖2～圖3分析可知，最大累計位移出現在S2孔，為18.30 mm；孔口最大位移速率出現在S3孔，為1.99 mm/d，仍小于3 mm/d(三級預警值)。在樁基施工期間，各孔單日最大孔口位移變化均未超過三級預警值，沒有出現較大變化，且在樁基施工結束后一個月，各孔孔口累計水平位移基本未再發(fā)生明顯增長，因此認為該段鐵路路基巖土體穩(wěn)定。此外，進一步觀測到S2、S3孔的相對位移量較大，均達到18 mm以上；而S1、S4孔的相對位移較小，僅達到10 mm左右。經過現場勘察及調查發(fā)現，在S2、S3孔的附近堆載有一定質量的機器與材料，因此造成孔的相對位移更大。

圖4 各孔深層水平位移—時間關系

由圖4可知，隨著深度的不斷增加，各監(jiān)測孔深層水平位移整體上逐漸減小，位移主要發(fā)生在孔口上部，孔底變化較小，主要是因為隨著深度增加，土體自重應力增大，一定程度上對樁基施工造成鄰近土體的擾動起到了約束作用。

綜上，在圖3中，S1和S4孔孔口水平位移變化速率均勻，而S2和S3孔則分別在4月1日和3月8日左右變化速率出現了較大的波動。在圖4中，同樣發(fā)現S2和S3孔分別在孔深7 m和孔深10 m處水平位移量出現了較大變化。通過查看施工資料和現場實地勘察，發(fā)現S2和S3孔在位移變化較大部位存在軟土層，地質條件較差，因此在近10 m深度處出現較大位移反彈，樁基施工將原來的地基應力平衡打破，使得附近土層應力重新分布，導致深層巖土體水平位移的發(fā)生。

根據監(jiān)測結果統(tǒng)計，得出監(jiān)測期間各個監(jiān)測孔的重要參數最大累計位移與最大位移速率如表2所示。

3.2 路基沉降

各沉降監(jiān)測點累計沉降隨時間變化規(guī)律如圖5所示，沉降速率隨時間變化規(guī)律如圖6所示。

由圖5和圖6可以看出，在監(jiān)測初期，各點的沉降量和沉降速率變化幅度較大，后期逐漸趨于穩(wěn)定。其中，C4監(jiān)測點的累計沉降量最大，為14.17 mm,C3監(jiān)測點的沉降速率最大，為1.19 mm/d。沉降速率變化較小，可推斷該鐵路樁基附近施工區(qū)域未發(fā)生明顯沉降，說明該區(qū)域地基比較穩(wěn)定，未出現沉降量過大引起的地表塌陷等現象。

表2 深層水平位移監(jiān)測孔信息

圖5 沉降監(jiān)測點累計沉降—時間關系

圖6 沉降監(jiān)測點沉降速率—時間關系

進一步觀察到，沉降量和沉降速率在監(jiān)測前期變化比較大主要是由于沉降監(jiān)測點初期布置后，并未完全穩(wěn)定，加上樁基施工對地表淺層土體的擾動，導致前期沉降變化較大。后期樁基施工區(qū)域不斷向下，鉆機沖入的地層也相對穩(wěn)定，對沉降監(jiān)測點的影響較小，故沉降變化不大。在施工結束一個月后，再次對各沉降監(jiān)測點進行監(jiān)測，未發(fā)現各監(jiān)測點沉降量和沉降速率有較大變化，說明施工結束后地基土體趨于穩(wěn)定。

4 結論

本文以張新高速公路所跨越的一段鐵路路基為研究對象，通過地下深層水平位移監(jiān)測以及路基沉降監(jiān)測兩種監(jiān)測手段，較全面地分析了樁基施工對鄰近道路路基的影響，可判斷在樁基施工監(jiān)測期內：

(1)高速公路樁基施工并未對臨近鐵路路基產生明顯影響，鐵路路基橫向變形較小。

(2)鄰近高速公路樁基施工區(qū)域的地表、路基沉降較小，未出現地表沉降、隆起等現象。

(3)軟土層的存在使得樁基施工對鄰近路基的影響加大，通過采用高壓旋噴樁加固土體結合軟土表層處理技術可較大程度避免對鄰近施工區(qū)域土體產生擾動，有效消除對鄰近道路安全運營構成的威脅。