软土地区桥梁桩基施工对既有路基影响分析

2020-01-13陈杰儒

国防交通工程与技术 2020年1期

陈杰儒

(中铁十八局集团第五工程有限公司, 天津 300451)

由于地形地势条件复杂，我国交通基础设施建设面临挑战较多，其中之一是研究与解决广泛覆盖的软土区道路建设过程中桥梁桩基产生的影响[1-2]。

徐达晖等[3]专门针对道路桥梁工程中桥涵软土地基的施工问题和现状，系统分析总结出多条有效治理措施并应用于实际工程案例，取得了良好效果，同时为今后类似工程的软土地基处理提供了参考依据。袁允波[4]通过地质勘察手段探明了贵州省黔西至大方高速公路东关至清丰段软土分布情况，介绍了该路段软土地基的勘察设计要点，并结合软土的具体类型提出了不同的处理措施，为今后同类软土地质灾害的处理提供了参考借鉴。邹革战[5]针对软土地区桩基施工技术系统分析了各种桩基施工的质量控制要点并就桩基钻孔施工过程中遇到的各种常见问题提出相关解决方案，为今后软土地区相关桩基工程施工提供了参考借鉴。

目前国内关于上述问题的研究主要集中于软土对道路桥梁本身建设的影响和解决方面，然而在道路桥梁建设过程中，不可避免会遇到两条道路交叉的情况，例如高速道路跨越铁路的情况[6-8]。由于软土具有特别的物理力学性质，除道路桥梁本身在施工过程中会遇到各种问题外，还会对周边道路环境产生潜在威胁，轻则造成软土区不均匀沉降，重则引起道路路基变形，导致路面开裂或隆起，进而对道路交通造成安全隐患。周海等学者[9-12]对新建高速公路跨既有高速公路的情况进行过研究，但侧重于对新建道路施工管理技术方面的探讨。

综上所述，前人就软土地区道路桥梁施工对既有路基稳定性影响的研究相对较少，因此，有必要开展软土地区桥梁桩基施工对既有路基稳定性影响的研究。

1 工程概况

以在建张新高速公路K35+600～K37+050段所穿越的一段铁路作为研究对象，区域大面积覆盖有软土，以厚层粉质黏土、淤泥质粉质黏土为主，厚度达20 m以上。土层主要物理力学参数如表1所示。根据拟建物性质和现场工程地质条件，决定采取高压旋喷桩施工工艺并对表层软土换填砂垫层对地基土体进行加固。通过对该段铁路路基进行地下深层水平位移监测及路基沉降监测，分析桩基施工对该段铁路路基造成的影响，对路基稳定性做出评价。

表1 区域软土层基本物理参数

2 现场监测

将公路K35+600～K37+050段高架桥所跨越的一段铁路路基作为监测对象，对该段铁路路基进行地下深层水平位移监测及路基沉降监测。

经设计，决定在该铁路两侧布设深层水平位移孔4个，编号为S1～S4，相邻监测孔横向间距为5 m，纵向间距为10 m；沉降监测点6个, 相邻监测点横向间距为8 m，纵向间距为12 m。编号为C1～C6，监测点布设如图1所示。

图1 监测点布设示意图

地下深层水平位移监测采用钻孔测斜仪配合测斜管，各监测点钻孔钻入基岩面至少3 m，且钻孔深度不少于30 m，钻孔偏斜率≤1%。测斜管一组导槽垂直于线路走向，另一组平行于线路走向，分别测量两个线路走向的深层位移，最终合成为矢量位移。

路基沉降采取水准测量法，水平仪与水准尺相配套进行地表沉降监测，以附近施工的高程控制点作为基准点，通过测定各监测点每天高程变化，推算出施工区域附近地表的累计沉降量和沉降速率，结合工程重要性等级及地基复杂程度，将沉降监测精度等级定为二级，测量误差≤0.2 mm，以此评价施工区域附近地基土体稳定性。

根据路基监测相关规范，对各监测项目确定统一评价控制标准。对于深层水平位移监测，在桩基施工期间，路基深层水平位移监测预警值定为水平位移量≤5 mm/d。路基深层水平位移监测预警值分级：三级预警值，3 mm/d；二级预警值，4 mm/d；一级预警值，5 mm/d。

针对地表沉降监测，决定参照《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)相关条文，对于邻近桩基施工区域的铁路路基，结合铁路重要性等级初步确定其允许变形值。

路基深层水平位移和沉降监测工作在桩基施工前取得初值，桩基施工期间监测频率为每日1 次，施工结束1 个月后再监测1 次，此后终止监测工作。

3 监测结果分析

由于拟建公路所跨越的铁路属于Ⅰ级铁路，其承载着重要的运输任务，因此对该线路的变形控制要求极高，故监测时间长、要求精度高、数据采集密集。该桥梁桩基施工日期为2018年3月5日～2018年4月6日，施工天数33 d，深层水平位移监测、路基沉降监测分别共计测量35次(施工前1次、施工期33次、施工后1次)。

3.1 地下深层水平位移

各监测孔孔口累计水平位移及孔口水平位移速率随时间变化规律如图2、图3所示，各孔深层水平位移随时间变化规律如图4所示。

图2 各孔孔口累计水平位移量—时间关系

图3 各孔孔口水平位移速率—时间关系

根据图2～图3分析可知，最大累计位移出现在S2孔，为18.30 mm；孔口最大位移速率出现在S3孔，为1.99 mm/d，仍小于3 mm/d(三级预警值)。在桩基施工期间，各孔单日最大孔口位移变化均未超过三级预警值，没有出现较大变化，且在桩基施工结束后一个月，各孔孔口累计水平位移基本未再发生明显增长，因此认为该段铁路路基岩土体稳定。此外，进一步观测到S2、S3孔的相对位移量较大，均达到18 mm以上；而S1、S4孔的相对位移较小，仅达到10 mm左右。经过现场勘察及调查发现，在S2、S3孔的附近堆载有一定质量的机器与材料，因此造成孔的相对位移更大。

图4 各孔深层水平位移—时间关系

由图4可知，随着深度的不断增加，各监测孔深层水平位移整体上逐渐减小，位移主要发生在孔口上部，孔底变化较小，主要是因为随着深度增加，土体自重应力增大，一定程度上对桩基施工造成邻近土体的扰动起到了约束作用。

综上，在图3中，S1和S4孔孔口水平位移变化速率均匀，而S2和S3孔则分别在4月1日和3月8日左右变化速率出现了较大的波动。在图4中，同样发现S2和S3孔分别在孔深7 m和孔深10 m处水平位移量出现了较大变化。通过查看施工资料和现场实地勘察，发现S2和S3孔在位移变化较大部位存在软土层，地质条件较差，因此在近10 m深度处出现较大位移反弹，桩基施工将原来的地基应力平衡打破，使得附近土层应力重新分布，导致深层岩土体水平位移的发生。

根据监测结果统计，得出监测期间各个监测孔的重要参数最大累计位移与最大位移速率如表2所示。

3.2 路基沉降

各沉降监测点累计沉降随时间变化规律如图5所示，沉降速率随时间变化规律如图6所示。

由图5和图6可以看出，在监测初期，各点的沉降量和沉降速率变化幅度较大，后期逐渐趋于稳定。其中，C4监测点的累计沉降量最大，为14.17 mm,C3监测点的沉降速率最大，为1.19 mm/d。沉降速率变化较小，可推断该铁路桩基附近施工区域未发生明显沉降，说明该区域地基比较稳定，未出现沉降量过大引起的地表塌陷等现象。

表2 深层水平位移监测孔信息

图5 沉降监测点累计沉降—时间关系

图6 沉降监测点沉降速率—时间关系

进一步观察到，沉降量和沉降速率在监测前期变化比较大主要是由于沉降监测点初期布置后，并未完全稳定，加上桩基施工对地表浅层土体的扰动，导致前期沉降变化较大。后期桩基施工区域不断向下，钻机冲入的地层也相对稳定，对沉降监测点的影响较小，故沉降变化不大。在施工结束一个月后，再次对各沉降监测点进行监测，未发现各监测点沉降量和沉降速率有较大变化，说明施工结束后地基土体趋于稳定。