邻近高铁梁加载对既有桥基影响现场试验分析

李友元

(中铁二十四局集团有限公司，上海 200070)

1 概述

随着高速铁路的建设规模扩大，由于规划存在时差、修建存在经济制约等原因，不可避免的存在线路并行。高速铁路桥梁基础以群桩基础为主，邻近既有线路的施工往往会造成高铁桥基产生变形，导致邻近既有轨道平顺性发生改变［1-3］。新建铁路工程满堂支架现浇方法施工速度快，调度灵活，造价低，可加快工程进度［4］。

对于邻近堆载对桥梁桩基变形的影响，国内外有许多学者分别从室内试验［5－11］、现场试验［12－14］、理论研究［15－19］、数值分析［14，20－27］等方面进行了深入研究，并认为邻近堆载对桩基的影响主要体现在两方面:一是软土层在堆载作用下会产生侧向挤出变形，导致既有桩身发生挠曲变形，并造成桥梁墩台发生水平位移。二是堆载使得软土发生隆沉变形，导致桩与桩周土产生相对位移引起承台发生转角。

本文以邻近高铁新建箱梁满堂支架施工为工程背景，通过支架预加载现场试验，分析邻近堆载作用对桥梁桩基的影响，为后期箱梁施工过程中对既有高铁的安全稳定性分析评估提供参考。

2 工程概况

新建某城际铁路工程试车线工程为高架桥通过，东西向平行于邻近既有杭甬客专。场地位于海积湖沼积平原，地势开阔，地形平坦，沟渠密布，周围环境如图1所示。

图1 杭绍城际试车线工程沿线周边环境

试验场地位于萧绍平原区西部，属典型的软土地区，其具有“天然含水量高，压缩性高、强度低，透水性低”等特点，其中③2层淤泥质粉质黏土为欠固结土，超固结比为0.70～1.88。根据地质勘察报告可知，主要的土层物理力学参数如表1所示。

表1 土层物理力学参数

3 现场试验

为了探究邻近堆载对既有高铁桥基影响，设计了支架预压试验，连续满堂脚手架搭设长度为30 m，宽度为8 m，脚手架范围与临近既有高铁桥基的净距约为24 m。预压荷载为箱梁自重的1.1倍，预估30 m单线简支梁荷重为320 t，即总加载量为352 t，采用沙袋配合汽车吊进行预压加载，按照50%，80%，110%三级进行加载，试验过程为:1)进行观测，获取测试初始值;2)第一级预压荷载(50%，约为6.7 kPa，用时 1 d)，间歇 6 d;3)第二级预压荷载(80%，约为10.7 kPa，用时 1 d)，间歇 6 d;4)第三级预压荷载(110%，约为14.7 kPa，用时1 d)，间歇10 d;5)卸载(用时1 d)，间歇2 d。现场监测项目包括孔隙水应力、水平土压力、桥基变形，试验布置如图2所示。

图2 现场监测布点图

4 试验结果分析

4.1 孔隙水压力变化

图3为距堆载边界不同距离土体孔隙水压力随时间的变化曲线。分析可知当进行加载时，土体孔隙水应力迅速增大并达到峰值;间歇阶段孔隙水排出，孔隙体积减小，孔隙水压力消散速度较快。表明试验场地排水顺畅，地基土有效应力增加，发生固结变形。沿深度方向孔压变化规律为上部土体孔隙水压力消散较快，加载阶段内孔压上升趋势不明显，原因是因为上部土体靠近排水面，孔隙水易于流出，孔压消散较快。下部土体③2淤泥质粉质黏土层渗透系数小于上部②1粉质黏土层，导致下部土体排水速度较慢。

4.2 水平附加应力变化

图4为距堆载边界不同距离水平附加应力随时间变化曲线。加载作用下土体水平附加应力迅速增大并达到峰值，经过间歇阶段后附加应力减小并低于初始值。出现这样的原因主要是因为间歇阶段土体孔隙水应力消散较快，孔隙体积收缩造成被动荷载减小，导致桩基另外一侧土抗力大于被动荷载。堆载引起土体附加应力增加主要集中在下部土体，随着距堆载边界距离的增加，水平附加应力应逐渐减小，测试结果与常理不符，可能原因是由于水平土压力设计埋设深度较深，土体产生变形之后土压计受压面未能保持平行于受压面所致。可见距离堆载边界23 m处各深度水平附加应力增加不大，说明堆载对既有桥基影响较小。

图3 孔隙水应力随时间变化曲线

图4 水平附加应力随时间变化曲线

4.3 桥基变形

为保证高铁的运营安全，试验加载期间对邻近既有高铁桥墩进行竖向沉降与水平位移监测。通过在桥墩顶部布置水平位移监测点2个，横桥向位移以向远离加载方向位移为正;在桥墩底部布置竖向沉降监测点2个，沉降为正。现场试验期间监测数据如表2所示。

表2 桥基变形实测值 mm

由表2可知:1)现场试验中，既有高铁桥墩的水平位移、竖向沉降均小于相关规范［28］中给出的高速铁路桥梁墩台顶位移限值2 mm的要求，表明此工程使用满堂支架施工对既有高铁桥基影响较小，既有高铁的运营是安全的。2)桥墩的顺桥向水平位移无变化，横桥向水平位移均为正值，说明邻近加载作用下会造成桥墩产生一定量的横桥向位移，但是影响程度较小。3)桥墩发生隆起变形，说明桩与桩周土产生相对位移带动桩基产生向上的位移，而且两侧竖向位移变化量不一致引起承台发生转角进而带动桥墩台顶发生转角位移，但总的量不大。

5 结语

1)在满堂支架预压试验期间，总体来说土体孔隙水应力消散较快，加载阶段孔隙水应力迅速上升，而间歇阶段迅速消散。上部土体排水通畅，加载之后测试孔压基本无变化。

2)在邻近区域软土上施加荷载，土体产生侧向挤出变形产生水平附加应力，既有高铁桥基在其影响范围以内。在距离堆载边界23 m处，土体水平附加应力增加趋势不大，说明对既有桥基的影响较小，也证明了满堂支架施工方法的合理性。

3)通过测试邻近高铁桥墩的变形情况，桥墩向远离加载侧产生水平位移，竖向位移表现为隆起变形，加载期间既有桥基产生一定的变形，但是均符合规范要求，不会影响高铁的运营安全。