桩基托换监测技术在成都西环铁路桥中的应用

2014-12-06姚全德荣亚兵

长春工程学院学报（自然科学版） 2014年4期

姚全德，荣亚兵

（中铁电气化勘测设计研究院有限公司，天津300250）

1 工程概况

成绵乐机场路隧道（明挖施工）下穿三环路与既有成都西环联络线路桥（单线桥，设计荷载：中活载）主跨边墩干扰，需进行托换处理。既有铁路桥跨越三环路，主跨为20.5＋33.1＋20.5m预应力Y型连续刚构。需托换的桥墩为连续刚构边跨桥墩，该墩一侧为20.5＋33.1＋20.5m预应力Y型连续刚构的边跨，一侧为20m简支T梁，既有桥墩为双柱式墩，基础为明挖双层基础，基础下4m深度范围采用加固基础。梁板底部与机场路辅道地面净空6.24m。托换梁采用预应力混凝土结构，为保证托换梁底与隧道拱顶有一定的距离，托换梁将既有桥墩包住，位置在既有明挖基础以上，托换桩采用4根Φ1.5m的钻孔桩。

设计采用主动托换的方式，将托换梁和托换桩做成刚性固结体，托换梁采用预应力混凝土结构，尺寸为24m（长）×5.7m（宽）×3.0m（高），托换桩采用4根Φ1.5m的钻孔桩，托换桩桩底置于基岩内。托换桩桩顶设置桩帽，尺寸为5.7m（长）×3.0m（宽）×3.0m（高）。隧道主体围护采用2.4m间距钻孔灌注桩，桥墩处设置临时钢支架。施工断面图如图1所示。

图1 施工断面图

2 监测对象及警戒值

桥面、托换梁、托换桩与被托换柱，共同组成了桩基托换监测的内容。考虑到监测目的和托换设计要求，确定监测的主要对象见表1［1－3］。

表1 监测对象

3 布点情况

3.1 被托换桩沉降

监测点分布：52＃左墩的竖向沉降：在距离托换大梁顶部1m处的截面上纵横向各设2个测点，通过植入钢筋，引出观测点的办法进行观测，共布监测点4个，详见图2。52＃左墩与52＃右墩一致，共布监测点8个。

图2 桥墩沉降测点分布图

3.2 位移监测

由于现场限制，在52＃桥墩顶部梁上布设3个监测点：TS2、TS3、TS6，如图3。

图3 桥墩位移测点分布图

3.3 托换大梁的应力、应变

监测点分布：托换大梁的L／8、L／4、L／2、5L／8、3L／4截面处均设置测点，共5个截面，每一个截面处的上、下侧面分别均匀分布2个应变片，其中L／4截面位于桥墩旁新浇注混凝土内，故上表面不再设观测点。具体位置如图4。由于托换大梁出现裂缝，在裂缝处加1组应变计，内置应变计共埋设6个，施工浇筑完成仅有2个可以使用。

3.4 被托换柱的应力

监测点分布：在托换梁以上被托换柱上选取断面，将该截面处的混凝土凿开，漏出主筋，安装应变计，以测定截面局部应力状态，1根桩2个测点。具体位置如图5。

图4 托换大梁应力、应变测点分布图

图5 被托换柱的应力测点分布图

3.5 托换梁与被托换柱节点的相对滑移

监测点分布：托换大梁与被托换柱间埋设位移计，每个桥墩4个测点，总共布监测点8个。具体位置如图6。

图6 托换梁与被托换柱节点相对滑移测点分布图

4 监测数据分析［4］

4.1 52＃桥墩沉降监测

52＃桥墩桩基托换前后监测数据见表2。桩基托换从2011年12月22日开始动工，2011年12月29日结束。考虑到前期沉降较大和后期卸千斤顶后会有沉降，在桩基托换期间共进行了5次顶升，最大顶升量D5为15.09cm。监测从动工前3天开始实施，到2012年1月5日结束。具体监测数据如图7～8。

表2 沉降监测数据

图7 沉降监测时态曲线图（D1～D4）

图8 沉降监测时态曲线图（D5～D8）

从表2数据看出左右桥墩的数据并不均匀，52＃左桥墩监测数据小，右桥墩监测数据大。这是由于顶升过程中千斤顶力不同，这种情况容易使桥产生倾斜。建议以后施工中密切注意桥墩的差异沉降量，同时关注桥墩的位移观测，以便及时采取有效措施。

4.2 位移观测

位移监测数据见表3所示。

表3 位移监测数据

从表3可以看出桩基托换前后位移变化量较小，在允许的范围之内。位移变化量主要为前期基坑开挖影响，建设单位及时采取了注浆措施。托换完成后到基坑回填位移变化量很小，桥梁稳定。

4.3 52＃桥墩滑移监测

滑移监测仅在桩基托换期间进行，具体监测见表4，监测结果如图9。

从监测值随时间变化的曲线可以看出数据在一定范围内跳动，其原因为受施工过程中的影响，位移计受到震，动数据在小范围跳动。可以认定在桩基托换过程中没有出现相对滑移。

表4 相对滑移监测数据

图9 监测值与时间曲线

4.4 应变监测

应变监测采用内置应变计和表面应变计，监测在桩基托换期间进行，具体见表5，监测结果如图10～14。

表5 应变监测数据

图10 应变检测时态曲线图（TLQ52＃YB1～TLQ52＃YB6）

图11 应变检测时态曲线图（TLQ52＃YB7～TLQ52＃YB12）

图12 应变检测时态曲线图（TLQ52＃YB13～TLQ52＃YB18）

图13 应变检测时态曲线图（TLQ52＃YB9～TLQ52＃YB24）

图14 应变检测时态曲线图（TLQ52＃YB25～TLQ52＃YB26）

大梁共布设26个应变计，从图10～14可以看出各监测点应变数据并不均匀，其原因为托换过程中不同位置弯曲变形产生的应力不同及各千斤顶不同步用力使大梁产生扭曲。其中YB25，YB26为预埋在大梁内的钢筋混凝土应变计，监测数据为正值，处于受拉状态，数据稳定。表面应变计除YB20为正值，其余23个应变计数值为负值，可以断定YB20的数据为无效数据。几个较大的数据为YB21：－33.89MPa，YB23：－19.47MPa，YB14：－20.14MPa，YB22：－49.33MPa。从布点图可以看出这几个点位于被托换桩两侧，且此处在大梁两侧均出现裂缝，数值随着张拉的进行数据变大，后期随着张拉的停止数据趋于稳定。表示受拉状态，“－”表示受压状态。从监测数据可以看出在整个桩基托换期间内置应变计处于受拉状态，数据变化稳定，没有达到警戒值。建议施工中多采用内置应变计，内置应变计受温度影响较小。同时注意浇筑期间的保护。

从2012年7月28日基坑回填完成至监测结束日期为2012年12月8日，变化超过1mm的监测点，见表6。

根据规范沉降速率在0.01～0.04mm／d，桥梁稳定，判定铁路桥稳定状态，可以停止监测。