高速鐵路橋梁沉降變形控制技術

鄭昌君

（中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300）

1 工程概況

新建太原至焦作鐵路工程全線長度為358.8km，其中，河南省境內33.4km，山西省境內325.4km。太原至焦作鐵路（山西段）全線橋梁共計103座，長度95.9km，占比29.5%；隧道共計35.5座，占比44.6%；路基長84.3km，占比25.9%。正線鋪軌共計637.1km，其中有砟軌道341.4km，無砟軌道295.7km，無砟軌道占比46.4%。太焦鐵路TJZQ-3標施工里程為DK65+340.35～DK81+407.5，線路長度 16.07km。標段結構物有白北隧道、榆社隧道、白北村烏馬河大橋、橋隧過渡段路基3段。其中，標段內白北村烏馬河大橋設計為雙線無砟軌道橋，設計時速250km/h，線路間距4.6m。橋跨結構：9～32m簡支梁+2～24m簡支梁+1～（32+48+32）m連續梁。橋梁樁基采用群樁受力結構，承載方式為柱樁、摩擦樁。圖1為橋址區地質圖。

圖1 橋址區地質圖

近年來，隨著我國高速鐵路的快速建設，高鐵已成為人們出行的常用交通方式，對鐵路運營的舒適性、安全性要求越來越高，其決定性因素是橋梁工后沉降變形和無砟軌道橋梁后期運營的舒適性、安全性是否達標。

2 橋梁工后沉降變形影響因素分析

2.1 樁基施工質量因素

（1）成樁的完整性，對樁基整體受力影響較大。樁基穿越卵石層時，傳統的泥漿護壁不能有效保持樁孔穩定，易出現塌孔、縮頸、斷樁等質量病害。樁身完整性不達標，造成樁基實際承載力下降。

（2）樁基摩擦力下降，達不到設計承載力。樁基成孔過程中，采用泥漿護壁措施，樁體周圍易產生較厚的泥皮，降低樁基與周圍地基間的摩擦力。鉆進過程中，實際地質與設計地質是否相符也是影響樁基承載力的因素。

（3）樁基底部沉降厚度大，樁基不能落到堅實的地基上。樁基成孔后，僅靠旋挖鉆鉆斗并不能將樁孔內的鉆渣清理干凈。樁孔底部虛渣過厚，會在樁基受力后影響樁基的有效承載力，造成橋梁整體或局部不均勻沉降。

2.2 支座安裝質量因素

支座安裝偏差大會導致支座受力分布發生改變，產生變形、損壞，直接影響支座傳遞上部荷載的效果，同時會加大橋梁整體變形，影響最終控制成果。

3 橋梁施工控制技術

3.1 樁基施工控制技術

（1）卵石地層段樁基施工時，采用長護筒穿越不良地質，有效避免卵石層塌孔、縮頸、斷樁等質量病害。施工技術要點如下：

①采用10～12mm壁厚鋼管作為護筒，最下面一節鋼護筒設置刃腳，減小下放護筒的阻力。靠護筒自重無法下沉時，使用振動錘加載，如遇阻力無法下沉時，需要查明原因再繼續加載，不能強行加載，防止護筒下邊緣彎折、卷邊、損壞，致使后期護筒拔出過程中泥土進入樁體，造成樁體夾泥。圖2為鋼護筒下沉示意圖。

圖2 鋼護筒下沉示意圖

②待混凝土澆筑完成后，采用振錘將護筒拔出，拔出應勻速進行，避免過快引起混凝土密實度下降，影響樁體質量。

（2）施工過程中，應認真核對各個深度的地質情況，若發現地質情況與設計不符，應及時和設計單位溝通，檢算樁基承載力是否達標，判斷是否需要增加樁長加大有效承載力。樁基施工過程中，為保證樁孔穩定，應采用泥漿護壁的方法。為減小樁孔周圍泥壁對樁基承載力的影響，應采取以下措施：

①選用成孔速度快的旋挖鉆機成孔，加快成孔速度。成孔后及時澆筑混凝土，減少泥漿護壁時間。

②嚴格控制泥漿比重，選用膨潤土配制高性能泥漿，鉆機成孔過程中，根據地質情況適時調整泥漿指標，將泥漿比重控制在0.9～1.2，黏度控制在 16～22s。

（3）樁基成孔后，及時測量樁孔深度，確定樁長，判斷沉渣厚度。為有效控制沉渣厚度，應采用以下施工技術：

①加快沉渣清理，降低泥漿含砂率。鉆孔完成后，提高鉆頭至距孔底10～20cm 的位置，并保持慢速空轉的狀態，循環清孔時間要高于30min。利用鉆頭翻動泥漿，利用大功率泥漿泵及時補漿，提高泥漿更換率，將浮渣帶出樁孔。

②鋼筋籠的節段長度應合理，減少接頭，采用速度較快的機械連接方式縮短泥漿再次沉淀的時間，減小沉渣厚度。

③利用混凝土導管進行二次清孔。通過空壓機的導管向孔內壓入空氣，翻動泥漿，進行二次清孔。沉渣清理合格后，及時澆筑混凝土，避免孔底再次沉淀沉渣，嚴格控制泥漿的含砂率，將含砂率控制在2%以下，柱樁沉渣厚度控制在3cm以下，摩擦樁沉渣厚度控制在5cm以下。

④混凝土澆筑時，應嚴格控制首批封底混凝土數量，確保混凝土下落時具有一定的沖擊能，使泥漿從導管內順利排出，并將導管下口埋入混凝土中，由此起到控制樁底沉渣、減少工后沉降的作用。混凝土澆筑過程中，應加快泥漿的循環速率，及時帶走孔內浮渣，減小樁基澆筑阻力，在保證鋼筋籠穩定的情況下，加快混凝土澆筑速度。

3.2 支座選型、安裝施工控制技術

3.2.1 支座選型、調高施工

通過查詢相關資料得知，橋梁出現變形后的常規做法是更換支座進行調整。支座更換的施工難度大、成本高、耗時長，每次更換都需要進行大量的施工準備和協調工作，尤其是在高速鐵路運營期間，對鐵路的運營安全產生較大影響。橋梁設計時采用ZK活載，通過對比研究決定選用大調高量球型支座，預留調高量0～60mm。該支座在設計制造過程中，考慮了后期調高后支座的受力穩定性，可滿足多次調高工況，可通過在支座鋼板處增加調高鋼板的方式進行調高，最大程度地保持支座原結構體系，施工較簡便。支座結構如圖3所示。

圖3 大調高量球型支座圖

調高支座可解決施工過程中以下工況的橋梁變形：

①橋梁工后沉降變形，軌面標高低于設計值，沉降量在0～60mm之間，均可通過此支座進行調高消除。調高方式采用在支座鋼板與梁體之間添加鋼板的方式，實現多次調高。多次調高時，鋼板必須更換成一塊鋼板調高，禁止多塊鋼板疊加調高。

②橋梁施工、運營過程中，若支座接觸面受力不均勻，會造成支座變形，引起上下支座鋼板不平行，且上支座面不水平，不滿足設計工況。通過定制楔形鋼板進行支座調平校正，達到設計工況。若發現支座由于縱、橫向位移超限，引起支座結構損壞，只能通過更換支座的方式消除隱患。

支座調高施工注意事項：

①支座調高量，需先測量梁體標高，通過計算確定調高值。連續梁的調高量和超頂量，應根據梁體設計檢算確定，避免因超頂造成梁體開裂。

②根據梁體支座的設計荷載確定千斤頂的最大頂升力。

③頂升前，應根據設計文件要求，放松相鄰區段的軌道扣壓力，拆除支座與梁體連接螺栓。

④頂升時，同一墩臺上的支座應同步頂升，做好豎向位移監控。頂升至超過設計標高2～3mm后，鎖定千斤頂，安裝臨時支撐。臨時支撐一般選用易拆除的沙箱。在梁體與支座縫隙間安裝定制鋼板，并安裝好連接螺栓，不擰緊。

⑤落梁順序需滿足設計文件要求，緩慢回落千斤頂，待支座受壓，梁體就位后，擰緊連接螺栓，拆除千斤頂和臨時支撐。

⑥調整軌道扣件扣壓力至設計值，檢查軌道狀態。

3.2.2 支座安裝施工

支座安裝施工技術控制點：

①針對鑿毛支座就位面，應清除預留錨栓孔內雜物，浸濕接觸面，安裝灌漿用鋼模板，采用膨脹螺栓固定，并在底部加設4mm厚橡膠條，防止漏漿。

②支座安裝需使用水準尺、水準儀等工具精確調平支座四周，保證支座軸心受力狀態。支座調整就位后，需與墊石間預留20～30mm縫隙，用于灌漿施工。

③采用重力式灌漿法進行支座灌漿，采用M50流動性無收縮砂漿，通過導管從支座中心處開始灌注。待砂漿終凝有一定強度后，拆除鋼模板。灌漿施工如圖4所示。

圖4 支座重力式灌漿示意圖

④支座安裝完成，且梁體混凝土澆筑完成后，方可拆除支座上下鋼板連接螺栓。

4 橋梁沉降變形數據分析

4.1 觀測點布設

為了施工、運營期間準確掌握橋梁沉降變形情況，應在下部結構施工完成后及時布設沉降觀測點，并按規范要求頻率觀測。可將觀測點布設在承臺大小里程角上、墩臺身外露離地高度0.5m處，觀測標采用不銹鋼桿件，并在桿件上安裝警示標牌，防止破壞。

4.2 橋梁區整體沉降變形情況

截至橋梁施工完成，橋區共監測16.3個月，實測數據如圖5所示，橋梁區域各斷面工后沉降變形量較小，均未超過5mm，相鄰墩臺沉降量差異值最大為0.15mm，白北村烏馬河大橋整體沉降量基本穩定，滿足墩臺均勻沉降量不超過20mm，相鄰墩臺沉降差不超過5mm的設計要求。

圖5 橋梁區域累計沉降變形量

5 結語

隨著國家鐵路網規劃越來越完善，高速鐵路建設標準越來越高，對高鐵運營的舒適性、安全性提出更高的要求，無砟軌道橋梁的設計使用比例也將隨之升高，橋梁沉降變形控制將成為無砟軌道橋梁施工的重點。通過在樁基施工、支座選型及安裝的過程中進行質量管控，可以有效減少工后沉降變形。