沪宁城际铁路连续梁桩基纠偏技术

2018-11-07潘振华

铁道建筑 2018年9期

潘振华

(上海铁路局集团有限公司工务处，上海 200071)

1 工程概况

沪宁城际铁路位于交通发达的华东沿海地区，沪宁城际铁路为时速300 km的高速铁路，在跨越高速公路或高等级通航河道时，常以三跨连续梁的方式跨越。由于非法堆土导致沪宁城际铁路K19娄蕴特大桥连续梁桩基发生横向偏移，严重影响高速铁路行车安全。2015年12月对桩基进行了纠偏，本文重点分析连续梁桩基受单侧偏压产生位移的原因、连续梁变形特点，研究桩基纠偏过程中桩周土体变形规律以及如何减少对相邻建筑的影响。

1.1 桥梁概况

娄蕴特大桥黄渡疏解区段K19+535—K20+190线路为曲线地段，曲线半径为12 000 m，轨道类型为CRTSⅠ型板式无砟轨道。K19+535—K20+190段桥梁墩台编号为42#—61#，其中53#—56#是跨越沈海高速公路桥的连续梁，跨度分别为40，72，40 m，其余是32 m的简支梁。该桥墩高一般为14.0～19.5 m，桥基均采用钻孔桩基础，桩数10～12根，桩长54.5～95.5 m。桩端均位于(8)2粉质黏土或(9)1粉砂层中，基本承载力σ0=150～180 kPa。

1.2 工程地质条件

据工程建设勘察资料，该桥桩基地层均为第四系松散堆积层，总厚度在100 m以上，以第四系全新统及上更新统海积、冲海积黏性土、粉性土及砂类土为主。地基土层力学参数见表1。其中(3)-1为淤泥质粉质黏土层，厚约14 m，是典型的上海软土层，基本承载力为80 kPa。54#墩地质剖面见图1。

表1 地基土层力学参数

图1 54#墩地质剖面(尺寸单位：m)

1.3 桥梁周边环境

沪宁城际K19娄蕴特大桥周边建筑环境十分复杂，其中连续梁跨越沈海高速公路桥。沪宁城际娄蕴特大桥上行线左侧有3条与之平行的高速铁路，分别是京沪高速铁路上海联络线下行线、京沪高速铁路上下行正线和沪宁城际虹桥联络线下行线。沪宁城际K19娄蕴特大桥下行左侧有2条高速铁路，分别是京沪高速铁路上海联络线上行线和沪宁城际虹桥联络线上行线；其中54#墩距沈海高速公路桥15 m，42#— 44#墩距京沪高速铁路下行线12 m。

1.4 桥墩偏移情况

测量发现该桥K19+535—K20+190的无砟轨道发生了不同程度的横向变形，其对应的41#—62#墩处的桥墩偏移量见图2。

现场调查发现，沪宁城际上行侧有2 m高的非法堆载，桥梁桩基单侧受压导致横向位移[1-2]。根据以往经验[3-4]，整治轨道横向变形可以通过对桥梁桩基的纠偏实现。纠偏过程中轨道与梁体、墩顶的变形基本一致，因此娄蕴特大桥K19+535—K19+635即42#—45#墩顶纠偏量为7.9～13.8 mm，K19+690—K20+190即48#—61#墩纠偏量为4.9～55.4 mm。

2 桥梁桩基纠偏机理及效果分析

在沪杭客专K17简支梁桩基纠偏的实践[5]中发现，上海地区的淤泥质软黏土具有强度低、含水量大和压缩系数高的特点。高压旋喷桩机在施工过程中产生的喷射流压力达20～24 MPa，高压喷射流对桩周软黏土的土体结构产生冲切破坏，并对周边土体产生劈裂、挤推等扰动作用。流塑状的软黏土在高压旋喷作用力下发生触变，同时也向周边软黏土土体及桥梁桩基础传递侧向旋喷压力。桥梁桩基抗横向荷载能力相对较弱，仅为抗竖向荷载能力的5%～10%，因此，桥梁桩基受旋喷桩喷射压力的挤压推动作用而产生侧向变形，以达到桥梁纠偏效果。

2.1 娄蕴特大桥桩基纠偏难点

娄蕴特大桥桩基纠偏有3个难点：①在需要整治的桥墩中，连续梁的53#—56#这4个桥墩纠偏量大，同时连续梁门式超静定复杂结构4个墩间需要协调变形，以防止因纠偏量不同步造成梁体扭曲变形而产生裂缝。因此，连线梁桥墩纠偏是整治工程中的关键。②根据以往使用高压旋桩纠偏的经验，存在纠偏量回弹的问题[6-7]，需研究纠偏工艺以提高纠偏效率。③连续梁的54#墩距离高速公路桥梁仅15 m，当采用高压旋喷桩对54#墩纠偏时，势必引起高速公路桥的桩柱式基础产生横向变形，需研究控制公路桥桩基础变形的方案[8]。

2.2 连续梁桩基纠偏量变形协调问题

连续梁的4个墩编号分别是53#,54#,55#和56#，其对应的无砟轨道横向变形量分别是55.4,40.9,19.1和10.3 mm，见图3。现以54#和55#墩偏移量为基线，虚拟一条直线，可见53#墩偏离虚拟的连续梁直线2.4 mm，56#墩偏离直线2.8 mm。根据高速铁路设计规范，梁体允许的水平挠度为1/4 000，目前连续梁水平挠度为0.28/4 000，满足规范要求。为防止施工进程中，因每个桥墩纠偏量差异导致梁体水平挠度超限而产生裂纹，连续梁4个桥墩应保持基本同步变形。

在对连续梁的纠偏过程中，保证连续梁在一条直线上是纠偏的基本原则。连续梁纠偏作业顺序是先将53#和56#墩分别纠偏2.4，2.8 mm，使53#—56#这4个墩在一条直线上，保证连续梁梁体位于一条直线上。53#,54#,55#，56#墩顶横向纠偏量分别是53.0,40.9,19.1，7.8 mm。采用绕轴旋转法施工，即以56#墩为轴，使53#—55#墩绕着56#墩转动，53#—55#墩的每次纠偏量比值约为5∶4∶2，以保证53#—55#这3个墩桩基纠偏后整个连续梁仍在一条直线上。每天根据测量结果对墩纠偏量进行调整。当53#—55#墩纠偏量与56#墩纠偏量相同时(即4个墩的纠偏量均达8 mm 时)，再对连续梁的4个墩同步进行纠偏,见图4。

图4 连续梁纠偏过程

2.3 纠偏过程中的纠偏量回弹问题

纠偏过程中对各个桥墩墩顶进行纠偏量观测。选取 54#墩顶纠偏过程观测结果予以分析。图5是采取措施前54#墩纠偏过程中墩顶位移变化。可知，10月28日54#墩采用高压旋喷桩从施工开始(0：00)到施工结束时(4：00)，墩顶纠偏量达峰值2 mm，随后墩顶纠偏量开始回弹，至当日21:00纠偏量减小为1 mm，即回弹率为50%。10月29日纠偏量的回弹率为73%。

图5 采取措施前54#墩纠偏过程中墩顶位移变化

在54#桥墩桩基前后侧设置土体位移深测管，分别在施工开始(0：00)、施工结束(4：00)和施工结束后(15：00)对深层土体横向变形进行观测。图6反映了10月29日54#墩不同深度的土体变形过程。高压旋喷压力作用下桩基土体发生横向位移，当施工结束时横向位移达到最大值，随后土体发生了回弹。如此大的回弹率不仅降低了施工效率，而且浪费了高压旋喷桩的施工空间，因此，有必要根据桩基变形特点，采取相应措施降低回弹率。

图6 54#墩不同深度土体变形过程

在邻近桥墩堆载的作用下，桥梁桩基与抗滑桩的工作原理相似，因此可按抗滑桩的设计方法研究桩基受力。现以54#桥墩桩基为例分析其受力特点，侧向堆载的偏压作用引起地基变形从而产生滑动面。桥梁桩基在滑体推力的作用下产生水平抗力并产生挠曲变形，当桥梁桩基水平变形发展到一定值时桥梁桩基水平抗力与滑体推力处于相对平衡状态。

采用高压旋喷桩进行纠偏时，高压旋喷桩喷射压力破坏了桥梁桩基与土体间的平衡状态，使软土土体触变，土体抗剪强度减小，相应使滑体推力增大。在高压旋喷桩施工期间，高压旋喷桩巨大喷射压力抵消滑体推力后使桩基产生横向位移。当高压旋喷桩施工结束后，桩基在滑体推力作用下产生回弹变形。因此，降低或减少滑体推力是提高纠偏效果防止回弹的重要措施。具体的方法是在54#桥墩堆载偏压一侧刷方减载，同时插打Ⅳ型拉森钢板桩。减载是为降低滑体推力大小；插打2排拉森钢板桩是利用钢板桩间咬合作用形成连续墙，承受滑体推力，以降低滑体推力对桥梁桩基的影响。

纠偏施工时，桥梁桩基在高压旋喷作用下发生横向位移，施工结束后虽然高压旋喷桩喷射作用停止，但由于减载和拉森钢板桩的作用，桥梁桩基受到滑体推力较小，因此桩基未发生较大回弹。图7是采取措施后54#墩纠偏过程中位移变化。11月8日施工纠偏量为3.4 mm，回弹量为0.9 mm，回弹率为26%；11月9日施工纠偏量为3.5 mm，回弹量为0.5 mm，回弹率仅15%；远低于采取措施前70%的回弹率，整治效果明显。

2.4 施工过程中对周边建筑的影响

高速公路桥梁桩柱式基础距离54#墩15 m。根据上海地区软土施工经验，高压旋喷桩作用距离一般在30 m左右，因此对54#墩纠偏施工时，必定对高速公路桥梁桩基产生不利影响。根据公路桥梁设计规范，其桥梁允许横向位移量为25 mm，为保证公路桥梁结构安全控制桥梁墩顶位移不超过10 mm。主要措施：紧临54#墩一侧插打2排16 m Ⅳ型拉森钢板桩，以抵销高压旋喷桩喷射压力对公路桥梁桩基的影响。高压旋喷桩施工时添加早强剂，以促使高压旋喷桩尽快提高桩体强度，以提高对次日高压旋喷桩施工时喷射压力的抗力。由于采取了上述双重防护措施，大大降低了高压旋喷桩喷射压力对周边建筑物的影响，最终将公路桥梁墩顶横向位移控制在6 mm以内。