高速铁路桥墩偏移成因分析及防治对策

韩晓强，何志军，江忠贵，薛红云

(中国铁路总公司 工程管理中心，北京 100844)

高速铁路桥墩偏移成因分析及防治对策

韩晓强，何志军，江忠贵，薛红云

(中国铁路总公司 工程管理中心，北京 100844)

一在建高速铁路简支桥梁上轨道观测数据显示，连续5座桥墩均发生横向偏移，最大偏移量已达22 mm。本文结合桥梁地质资料，分析了相邻隧道弃渣对桥址岩堆体的影响及岩堆体的蠕动滑移对桥墩基础的破坏作用，提出了针对性的处理措施，保证了桥梁结构的安全。研究结果可为以后的设计和施工提供技术参考。

高速铁路 桥墩偏移 岩堆体 桥梁桩基 处理措施

1 概述

1.1 工程概况

一在建高速铁路桥梁全长381.649 m，桥上铺设CRTSⅠ型双块式无砟轨道，设计速度250 km/h，孔跨布置为(2×32+2×24+7×32+1×24)m的简支箱梁。该桥于2011年5月开始施工，2013年10月完成架梁，2014年6月完成无砟轨道铺设。全桥1#，10#，11#桥墩为圆端形实体墩，2#～9#墩为圆端形空心墩。基础为柱桩基础，桩底嵌入页岩，其基本承载力为0.45 MPa，极限抗压强度为5 MPa。小里程桥台接隧道出口，桩基经检测满足要求。小里程侧隧道在正洞施工过程中，曾多次发生突水突泥现象，故在正洞左侧增设泄水洞。正洞隧道弃渣场位于桥梁右侧，设计泄水洞弃渣场位于桥梁左侧最小距离40 m以外。

1.2 地质概况

桥址处属构造剥蚀中山河谷地貌，地形起伏较大。地面高程675～790 m，沟谷宽缓开阔，呈“U”字形，两岸岸坡地势较陡，基岩多裸露，缓坡地带多为第四系覆土所覆盖。

小里程隧道洞口上方存在高达50 m的陡崖。0#～7#墩台段发育有岩堆，岩堆主轴长约190 m，宽300～400 m，体积约38万m3，主轴与线路夹角约25°。堆积体物质主要为粉质黏土、碎块石土，线路附近岩堆厚2～10 m，石质成分以白云岩为主，粒径200～600 mm，个别达2～4 m，下伏基岩为奥陶系下统页岩夹砂岩。

2 桥墩偏移成因分析

2.1 桥墩偏移

2014年7月初泄水洞施工，至11月中旬，现场弃渣约2.1万m3，碴场实际堆高约10 m。11月中旬，泄水洞施工时，发生突泥，随后发现泄水洞弃渣场附近地表出现裂缝，立即停止弃渣，将泄水洞剩余弃渣运至新碴场。2015年1月工务部门在长轨精调工程中发现3#～6#墩上无砟轨道中心线偏移，5#墩 CPⅢ偏移最大达22 mm。施工现场见图1。

图1 施工现场

2.2 成因分析

近年来铁路建设和运营过程中，也发生过桥墩偏移现象，但多在软土地区的桥墩周围堆载，使桥墩附近的软土产生了滑移失稳，从而导致桥墩偏移。本桥所在地层未见软土，同时桥墩周围40 m范围内无堆土，因此本桥偏移原因与常规桥墩偏移有所不同，但可以确定的是要使桥墩发生偏移需要较大外力作用。

根据地形、地质特征，结合桥墩40 m外堆放的隧道泄水洞弃渣，对泄水洞施工时发生突泥、弃渣场附近地表出现裂缝等现象进行综合分析。分析发现，裂缝是在桥址附近岩堆受弃渣堆载作用和隧道突水渗入后发生，说明桥址附近岩堆有蠕动变形才可能出现地面裂缝;桥墩偏移与裂缝方向垂直，说明偏移与岩堆的变形方向一致。因此弃渣堆载以及突泥水诱发了岩堆开裂、蠕动，致使桥墩发生变位。需通过对现场岩堆位移监测以及桥墩偏移理论分析来验证桥墩偏移的原因。

2.3 岩堆位移监测

桥面发生偏移后，在桥梁周围布设了12个岩堆位移监测点，形成2个断面。2月7日开始观测变形情况:岩堆监测第1断面监测点横向累计最大位移27.2 mm，纵向累计最大位移23.5 mm。该点位于5#墩左前方。从断面整体看，都有向大里程变化的趋势。测量数据表明岩堆正在发生位移，同时与桥墩的偏移方向一致。

3 桥墩偏移数值分析

3.1 天然状态下岩堆主轴稳定性检算

取岩堆主轴II—II断面进行稳定检算，见图2。采用参数:粉质黏土重度19 kN/m3，黏聚力35 kPa，内摩擦角12°;页岩夹泥岩及砂岩重度24 kN/m3，内摩擦角50°;岩堆与基岩面间综合内摩擦角16°。

图2 岩堆主轴及辅轴平面

采用传递系数Fs法进行稳定性系数计算，传递系数法(显式)Fs=1.245 2，传递系数法(隐式)Fs= 1.245 1。可见天然状态下岩堆整体处于稳定状态。

3.2 弃渣后岩堆主轴稳定性检算

取泄水洞弃渣范围岩堆主轴断面进行检算。参数及稳定性系数检算方法同上，传递系数法(隐式)Fs= 0.980 8，表明堆载后，岩堆主轴整体处于失稳状态。

3.3 桩基受损分析

根据现场的情况判断，使4#墩产生纵横向偏移的主要荷载为岩堆体的滑动力。计算假定岩堆体在承台及岩堆体范围内的桩身产生均布荷载，该荷载的作用导致墩产生纵(横)向偏移，可从墩顶偏移值反算岩堆荷载，以该荷载作为恒载与其他荷载叠加后对桩基础进行受力计算。

3.3.1 模型建立

4#墩墩高28.5 m，为圆端形空心桥墩，墩顶尺寸3.0 m×7.8 m，墩颈尺寸3.0 m×6.8m，墩颈处壁厚0.5 m，墩身外坡40∶1，内坡50∶1，垫块尺寸4.75 m (纵)×8.55 m(横)×1.0 m(高)，承台尺寸 9.1 m (纵)×12.3 m(横)×2.5 m(高)，桩基为9φ1.25 m柱桩，桩长11 m。

以4#墩为例，采用MIDAS建立有限元模型，其中梁单元118个，节点127个，承台与桩基础采用主从约束方式。对桩基与土之间的相互作用，将土对桩的支承作用转化为弹簧，按土弹簧连接来模拟，桩底固结。

3.3.2 检算荷载

1)岩堆荷载

根据假定，导致4#墩纵向产生17 mm偏移的岩堆体的纵向均布荷载为510 kPa。该荷载等效于承台底板受到纵向水平荷载22 835 kN。

2)承台底板荷载组合

承台底板荷载组合(原始荷载)见表1。

表1 承台底板荷载组合(原始荷载)

将岩堆体滑动力作为恒载叠加至承台底板得到的承台底板荷载组合滑动见表2。

表2 承台底板荷载组合(叠加岩堆体滑动力)

3.3.3 计算结果分析

1)桩基础受力

桩基础的单桩承载力为7 920 kN，桩侧最大土压力176.81 kPa大于允许值(172.52 kPa)，在不利工况下桩身的钢筋应力为1 084.0 MPa，桩身混凝土的压应力为60.9 MPa，均远远超过允许值。综合判断桩身已经断裂。

2)与现场桩基检测对比

对4#墩的8根混凝土桩进行开挖检查，5根有明显断裂痕迹，验证了计算结果。

4 防治对策

4.1 处理方法

桥墩偏移的加固措施较多，比较常见的有卸荷减载、堆载反压和应力释放孔联合纠偏、水平顶推结合应力释放孔纠偏、预应力锚索抗滑桩纠偏加固、高压旋喷桩加固等措施。

由于岩堆体的蠕动变形引起桥梁的变位，故首先整治岩堆体的滑动，采取减载、修建良好的排水系统以及抗滑桩加固等措施消除外部对桥梁的影响，其次是对桥墩基础进行加固。

4.2 工程措施

1)清除桥下弃渣。清理线路左右两侧40 m范围内弃渣，恢复桥下地面原貌。

2)基坑锚固桩防护。在2#～6#桥墩基坑的左侧及小里程侧设置抗滑桩加固，见图3。抗滑桩采用双面布筋，以确保桥梁墩台补强施工安全。

图3 2#～6#桥墩抗滑桩加固示意

3)3#～6#墩加桩设计。其中3#，4#墩增加5根直径1.5 m桩，5#，6#墩增加6根直径1.5 m桩。加桩承台加深至既有承台以下2 m，顶面与既有承台顶齐平，新老承台联结。

桥梁基坑开挖时，采用钢轨桩对基坑进行维护，插打钢轨桩之前，先钻孔，以减少对土层的挤压效应。加桩基础施工完成后，基坑回填时间稍推后，待岩堆预加固桩全部施工完成，岩堆完全稳定后再回填基坑。

5 结论与建议

1)经过整治后本桥测量数据均符合规范要求。

2)弃渣堆载和排水是引起岩堆体蠕动的主要原因，岩堆体蠕动引起桥梁桩基断裂和桥梁偏移。

3)岩堆地段的工程地质选线原则:对于地面和岩堆基底坡度较陡、地下水发育、工程处理困难的大型岩堆地段，线路宜绕避之;对于基本稳定岩堆，采用必要工程措施后，线路亦可在岩堆体的适当部位通过。

［1］李前名，邹向农.受地面堆载影响发生偏移铁路桥墩的修复设计［J］.铁道标准设计，2012(8):67-70.

［2］杨正虎，尹紫红，彭文件，等.客运专线群桩基础桥梁沉降监测与预测方法研究［J］.铁道建筑，2012(9):1-4.

［3］马远刚，王艳芬，陈晨.堆载作用下桥梁被动桩偏移受力分析及处理措施［J］.桥梁建设，2014，44(4):22-26.

［4］韩晓强，邹振华，董亮.某高速铁路桥墩沉浮成因分析及处理措施探讨［J］.铁道建筑，2014(9):1-4.

［5］冯忠居，张永清，李晋.堆载引起桥梁墩台与基础的偏移及防治技术研究［J］.中国公路学报，2004，17(3):74-77.

［6］庄立科.杭甬高铁桥墩基础偏移及纠偏处理［J］.铁道建筑技术，2014(6):35-38.

［7］中华人民共和国铁道部.TB 10012—2001 铁路工程地质勘察规范［S］.北京:中国铁道出版社，2001.

(责任审编 郑 冰)

U445.7+1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.09

2015-08-24;

:2015-09-30

韩晓强(1974— )，男，高级工程师。

1003-1995(2015)11-0030-03