桩基础荷载对高铁路基变形影响的现场监测实践及思考

潘 卫 上海铁路局上海工务段

桩基础荷载对高铁路基变形影响的现场监测实践及思考

潘 卫 上海铁路局上海工务段

新建跨线桥上跨已建成运营的高速铁路，跨线桥上部结构、桥墩及基础等自重荷载（桩基础荷载）势必对毗邻高铁路基产生附加沉降及附加水平位移等不良影响，加大高铁路基总的工后沉降。对于工后沉降要求极为严格的高铁路基，新建跨线桥所产生的附加影响有可能导致高速铁路的维修成本大幅增加甚至运营功能失效。通过现场实测分析桩基础荷载对高铁路基的变形影响，其选题具有较高的工程价值。

桩基础荷载；高铁路基；工后沉降

1 试验目的及意义

桩基础荷载对邻近路基影响实质上就是桩基础产生的沉降场引起邻近路基的应力变化和附加变形。为了探究群桩荷载对邻近路基的变形影响规律，依托某高铁跨线桥段进行现场试验，获得桩周土体和邻近路基变形性状，研究桩基础荷载对紧邻高铁路基的变形规律。

2 试验工点及试验方法简介

2.1 地质资料

试验段位于侵蚀堆积平原地貌，后经长期人工改造而成；跨线桥附近的地形标高在576.81 m～582.24 m，地形平坦、开阔，局部农网小沟灌渠分布；地层主要分布粉质粘土、稍密卵石土、中密卵石土以及密实卵石土；地下水初见水位埋深为1.10 m～1.50 m，较浅，潜水主要赋存于卵石土层，为本地区主要的透水性地层，赋存丰富的地下水，场地混合渗透系数为2.33cm/s，地下水对混凝土无侵蚀性。

2.2 现场工况介绍

高铁跨线桥工程主桥上部结构为2×75m预应力砼单T钢构连续梁，其中右线第37孔、左线第40孔分别上跨已建成通车运营的高铁路基，对路基的影响里程为DK22+900～DK23+055，长达155 m，斜交角右线59°(左线58°)。由于采用了转体工艺，在T型钢构梁体浇筑完成并拆除满堂支架后，37#、40#群桩基础承受的最大竖向荷载将接近220 mN，其承台边缘距离正在运行的客专红线最近不到5 m，而距离路基坡脚最近也仅仅11 m。故，在巨大的群桩荷载下能否有效地控制紧邻高铁路基结构的沉降变形是本工程成败的关键。

为隔离群桩荷载对邻近路基产生的不利影响，保证高铁线路的运行安全和路基结构的稳定，根据现场实际情况（有效施工场地狭小）及工程地质条件，采用了小直径钢管灌注排桩（以下简称隔离桩）对高铁路基进行主动防护。

2.3 现场试验方案

2.3.1 主要测试对象

由于篇幅限制，现就A-A断面做详细说明。测试对象分为两部分：第一部分为过37#中心的路基断面A-A，对应里程为DK22+984.93；第二部分为37#群桩的桩周土体。

2.3.2 测试项目

测试断面主要测试项目有：①地基分层沉降观测、多点位移观测、地表沉降；②水平变形观测，地基侧向位移观测；③孔隙水压力及水位观测。详见表1。

表1 现场试验点测试项目与和仪器

测试断面A-A测点布置和测试仪器安装平、纵面见图1和图2。

图1 测试仪器布置平面示意图

图2 A-A断面各观测元件埋设平纵面示意图

3 现场实测试验成果及分析

3.1 路基面附加沉降

为观测路基面沉降与群桩荷载之间的关系，在路基坡脚、路肩及线路中心埋设了沉降板。从测试结果来看，路基断面上六处测试点的沉降相差不大，图3为A-A测试断面路基面的群桩荷载—时间—沉降（P—t—S）曲线，各测点最终沉降值由表2所示。

图3 A-A断面路基面P-t-S曲线

表2 A-A路基面最终沉降值

3.2 分层沉降

分析多点位移计数据，图4沉降曲线为测点A2多点位移沉降曲线。

图4 A2测点多点位移计沉降曲线

对比表3可知，A2测点多点位移计得到的分层沉降大小以及随时间发展规律与对应深度的沉降磁环测值基本一致；多点位移计测值较磁环数据波动稍小，且多点位移计测量精度更高，数据稳定。综合考虑，尽可能在更多需要关注的监测点位设置沉降磁环，而在关键点位设置高精度的多点位移计对磁环数据进行校对与修正。

表3 A1、A2测点分层沉降值对比

3.3 孔隙水压力

图5为测点A2荷载—日期—孔隙水压过程曲线。

图5 测点孔隙水压变化曲线及位置

从图中可以看出，加荷期间随着群桩荷载的增加，基本呈稳定状态，个别时间有突变的情况。原因主要是:地基土基本上是卵石土层，透水性好，渗透系数比较大，群桩荷载瞬时产生的超孔隙水压力消散地快，所以，地基土孔隙水压基本上比较稳定。另外，从各深度孔隙水压值可以得出，地下水位埋深较稳定，基本保持在1 m～1.5 m范围内。

3.4 侧向位移

图6为测斜曲线图分别为A-A断面A1、A2和A3测点的测斜曲线图。从图6(a)可以看出在群桩荷载的影响下，A1测点的最大水平向位移值较小，且在深度15 m以上有往桥基方向被拖拽的趋势，而在深度15 m以下有被往外挤压的趋势；从时间上看，随着群桩荷载的增加，最大侧向变形也逐渐增大，但中性点位置基本没变。当转体桥施工到设计标高时，地基土最大侧向变形增幅明显减缓，到拆除满堂支架之前，最大侧向变形基本维持不变。

图6 （a)A1测点测料管侧向位移-深度变化曲线

图6 （b） A2测点测料管侧向位移-深度变化曲线

图6 （c） A3测点测料管侧向位移-深度变化曲线

再分析图6（b）、6（c），从图中可以看出，A2、A3测点测斜曲线大致呈马鞍型，有至少一个明显的拐点，在深度3 m左右，最大侧向变形值很小，为2.7 mm，在3 m以下，地基侧向位移在1 mm以内波动；A2、A3测点（路基左、右坡脚）的最大侧向变形在数值上非常接近,变化规律也较一致；而与A1测点相比，水平位移峰值有所减小且沿深度变化的幅度也有所抑制，这说明隔离桩在限制土体水平位移上具有一定效果。

4 结束语

本文通过分析了群桩周围土体及高铁路基在跨线桥施工期间的沉降规律以及影响范围，得出了以下几点结论：

（1）路基面的沉降随着施工荷载的增加而增大，当荷载不再增加时则趋于稳定。

（2）群桩周围土体分层沉降在转体桥施工期内沉降不断增大，而当合拢阶段竖向荷载不再增加时各深度沉降值收敛，基本保持稳定。

（3）孔隙水压在施工期间随着群桩荷载的增加，基本呈稳定状态。

（4）隔离桩对群桩荷载引起的土体侧向变形具有一定的约束作用。

责任编辑：许耀元

来稿日期：2015-12-21