滿堂支架施工對鄰近高鐵橋墩位移影響探究

虞 子 龍

(中鐵二十四局集團有限公司,上海 200070)

0 引言

我國東部沿海地區高速鐵路的建設密度較大，易出現多條路線并行的情況[1]。由于區域內大多為軟土地基，因而既有高鐵的高鐵橋墩易受到鄰近堆載作用影響，導致橋梁軌道的平順性發生改變[2]。采用掛籃施工是高鐵工程中的傳統施工方式，其施工過程中無需建立落地支架，無需大型起重機械及運輸機具，主要設備是一對能行走的掛籃[3]。完成本段施工后，掛籃對稱向前各移動一節段，進行下一對稱梁段施工，如此循序施工，直至懸臂梁澆筑完成[4]。該工法將現澆軌道梁以及施工機械設備的所有荷載都集中到了橋梁墩體上，對周邊既有建構筑物的影響較小，但施工速度慢、造價高[5]。而連續滿堂支架施工工藝則是通過滿堂支架將現澆軌道梁的荷重直接作用于地基，整個橋段同時施工，這樣可以克服掛籃施工的不足，在工期嚴重短缺的情況下加快工程進度[6]。然而，該施工方案將施工荷載直接傳遞到地基，會引起地基土體的變形和應力改變，尤其是對周邊既有建構筑物產生不利的影響[7]。

研究表明[8]：軟土層在施工荷載等鄰近堆載作用下會產生豎向變形和側向擠出變形，土體的水平方向位移會對鄰近的既有橋梁樁基產生附加應力。基礎在垂直—水平組合荷載作用下會產生附加彎矩，導致基礎的樁身發生撓曲變形，并造成既有橋梁墩臺發生水平位移從而影響軌道平順性[9]。對于群樁承臺基礎，存在土拱效應與遮攔效應，高鐵橋墩無論是下沉還是上升，都會導致既有橋墩臺頂發生轉角位移[10]。

針對高速鐵路線路并行工程實際，并結合既有高鐵軌道運行平順性的控制要求，本文將通過開展現場支架預加載試驗測試高鐵橋墩鄰近土體的沉降、深層水平位移、孔隙水壓力等受力特性，并分析堆載作用下高鐵橋墩的位移變化情況。

1 工程概況

浙江省某既有高鐵客運專線全長149.89 km，是我國“四縱四橫”鐵路客運專線網絡中滬深客運專線的重要組成部分。雙線鋪設CRTS Ⅱ型板式無碴軌道；設計速度為350 km/h；正線線間距：5.0 m；設計活載：ZK活載。梁部及墊石采用C50混凝土澆筑，墩臺身及基礎采用C35混凝土澆筑。

新建城際鐵路線全長20.3 km，地下線長度9.87 km，高架線長度7.34 km，過渡段長度0.67 km，山嶺隧道長度2.03 km。工程重要性等級為一級，項目主要位于農田上，局部分布民居及廠房，周圍為市政道路及既有高速鐵路。擬建場地位于蕭紹虞甬平原區西部，為海積湖沼積平原，地勢開闊，地形平坦，溝渠密布，自然地面標高一般為1.7 m～7.5 m左右。

2 試驗方案

選取新建城際鐵路現澆箱梁兩跨開展現場試驗，現場試驗場地位于高鐵橋基與現澆軌道梁滿堂支架施工區域之間。為了更好地探究鄰近滿堂支架施工對既有高鐵橋基影響，設計了支架預壓試驗。預估新建城際鐵路30 m簡支梁荷重為320 t，試驗中采用分級加載，按照50%，80%，110%箱梁荷載三級進行加載，滿堂腳手架荷重不計。連續滿堂腳手架搭設長度為30 m，寬度為8 m，腳手架邊界與鄰近既有高鐵橋基的凈距約為24 m。

本次現場試驗觀測的項目有：地表沉降、土體側向水平位移、孔隙水壓力(沿深度變化)、高鐵橋墩位移。如圖1所示，本次測量共布設2個觀測全斷面，布設地表豎向位移監測點16個、土體分層豎向位移監測點8孔、土體深層水平位移監測點8孔、孔隙水壓力監測點10個，橋基水平位移監測點4個、豎向位移監測點4個。

3 結果分析

滿堂支架施工時，地表豎向位移隨時間、堆載等級變化可分為圖2所示的平緩期、增長期和穩定期三個階段。加載初期地表測點均發生沉降變形(沉降為正值，隆起為負值)，速率平緩。加載2步驟后，即第一跨加至80%箱梁荷載，第二跨加至50%箱梁荷載時，土體豎向位移變化速率增快。由圖3可以看出，測點DH8的豎向位移變化值小于測點DH7，原因是測點DH8與DH16埋設在既有高鐵橋基附近，群樁存在“遮攔效應”減小了土體側向擠出變形。加載完成之后，樁周土體相對于基樁產生了向上的豎向位移。

測試深層水平位移時測斜管入土深度20 m，計算時以孔底為不動點，向遠離堆載方向位移為正。距堆載邊界1 m，6 m，13 m，23 m土體測斜測試結果如圖4所示，試驗中分級加載過后會引起土體發生側向水平位移，最大水平位移基本出現在地面以下2 m～4 m深度范圍以內。當加載4步驟完成之后，土體水平位移反而有所減小，原因是：前期加載過程中加載量較大，加載4步驟中僅對第二跨進行加載30%箱梁荷載，前期因為瞬時加載引起地基土超靜孔隙水壓力升高，而后期加載過程中引起土體孔隙水壓力升高較小，所以消散較快，此階段土體主要發生固結變形，導致水平位移減小，但是并沒有恢復到初始狀態。

孔壓的變化和加載間歇過程具有相關性，在堆載作用下孔隙水壓力存在上升趨勢并且在間歇階段消散較快。如圖5所示，豎向荷載加載完成之后，土體孔隙水壓力會迅速上升，主要集中在6 m～15 m深部土體，經過1 d的時間間歇，孔隙水壓力就已經消散完成。其余時間階段內，孔隙水應力變化趨勢則不明顯。

由表1可以看出，堆載主要引起高鐵橋墩發生橫橋向水平位移(橫橋向正值表示向遠離堆載方向位移，順橋向正值代表向順里程方向位移)。順橋向水平位移基本無變化，說明施工對順橋向位移影響較小，后期現澆箱梁施工過程中應主要觀測其橫橋向水平位移。

表1 高鐵橋墩位移

由于堆載時間存在差異，高鐵橋墩的兩端豎向位移數值存在差異，但是規律基本一致。靠近堆載側發生沉降變形，遠離堆載側為隆起變形，整體產生靠近堆載方向的輕微轉角。由地表豎向位移測試可知，樁周土產生隆起變形，對樁基有正摩阻力的作用，相當于會給樁基向上的拖拽力，而實測數據表明靠近堆載側樁基產生了沉降變形。豎向位移最大沉降值為0.2 mm，最大隆起值為0.2 mm，豎向位移變化量較小，不會影響既有高鐵軌道的平順性和安全性。

4 結語

本文依托于浙江省某新建城際鐵路工程，通過開展現場支架預加載試驗的方法測試了高鐵橋墩鄰近土體的沉降、深層水平位移、孔隙水壓力等受力特性，并分析了其位移變化，最終得出如下結論：

1)分級加載后，地表沉降出現平緩期、增長期和穩定期三個階段；土體先產生遠離堆載位置的水平位移，隨后位移量降低；堆載作用下孔隙水壓力持續緩慢上升。

2)滿堂支架施工荷載主要引起橋墩發生橫橋向水平位移，順橋向水平位移基本無變化，整體產生靠近堆載方向的輕微轉角，說明既有橋基位移值總的變化量較小，該新建城際鐵路工程不會影響既有高鐵軌道的平順性和安全性要求。