鄭昌君

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300）

1 工程概況

新建太原至焦作鐵路工程全線長(zhǎng)度為358.8km，其中，河南省境內(nèi)33.4km，山西省境內(nèi)325.4km。太原至焦作鐵路（山西段）全線橋梁共計(jì)103座，長(zhǎng)度95.9km，占比29.5%；隧道共計(jì)35.5座，占比44.6%；路基長(zhǎng)84.3km，占比25.9%。正線鋪軌共計(jì)637.1km，其中有砟軌道341.4km，無(wú)砟軌道295.7km，無(wú)砟軌道占比46.4%。太焦鐵路TJZQ-3標(biāo)施工里程為DK65+340.35～DK81+407.5，線路長(zhǎng)度 16.07km。標(biāo)段結(jié)構(gòu)物有白北隧道、榆社隧道、白北村烏馬河大橋、橋隧過(guò)渡段路基3段。其中，標(biāo)段內(nèi)白北村烏馬河大橋設(shè)計(jì)為雙線無(wú)砟軌道橋，設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，線路間距4.6m。橋跨結(jié)構(gòu)：9～32m簡(jiǎn)支梁+2～24m簡(jiǎn)支梁+1～（32+48+32）m連續(xù)梁。橋梁樁基采用群樁受力結(jié)構(gòu)，承載方式為柱樁、摩擦樁。圖1為橋址區(qū)地質(zhì)圖。

圖1 橋址區(qū)地質(zhì)圖

近年來(lái)，隨著我國(guó)高速鐵路的快速建設(shè)，高鐵已成為人們出行的常用交通方式，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的舒適性、安全性要求越來(lái)越高，其決定性因素是橋梁工后沉降變形和無(wú)砟軌道橋梁后期運(yùn)營(yíng)的舒適性、安全性是否達(dá)標(biāo)。

2 橋梁工后沉降變形影響因素分析

2.1 樁基施工質(zhì)量因素

（1）成樁的完整性，對(duì)樁基整體受力影響較大。樁基穿越卵石層時(shí)，傳統(tǒng)的泥漿護(hù)壁不能有效保持樁孔穩(wěn)定，易出現(xiàn)塌孔、縮頸、斷樁等質(zhì)量病害。樁身完整性不達(dá)標(biāo)，造成樁基實(shí)際承載力下降。

（2）樁基摩擦力下降，達(dá)不到設(shè)計(jì)承載力。樁基成孔過(guò)程中，采用泥漿護(hù)壁措施，樁體周?chē)桩a(chǎn)生較厚的泥皮，降低樁基與周?chē)鼗g的摩擦力。鉆進(jìn)過(guò)程中，實(shí)際地質(zhì)與設(shè)計(jì)地質(zhì)是否相符也是影響樁基承載力的因素。

（3）樁基底部沉降厚度大，樁基不能落到堅(jiān)實(shí)的地基上。樁基成孔后，僅靠旋挖鉆鉆斗并不能將樁孔內(nèi)的鉆渣清理干凈。樁孔底部虛渣過(guò)厚，會(huì)在樁基受力后影響樁基的有效承載力，造成橋梁整體或局部不均勻沉降。

2.2 支座安裝質(zhì)量因素

支座安裝偏差大會(huì)導(dǎo)致支座受力分布發(fā)生改變，產(chǎn)生變形、損壞，直接影響支座傳遞上部荷載的效果，同時(shí)會(huì)加大橋梁整體變形，影響最終控制成果。

3 橋梁施工控制技術(shù)

3.1 樁基施工控制技術(shù)

（1）卵石地層段樁基施工時(shí)，采用長(zhǎng)護(hù)筒穿越不良地質(zhì)，有效避免卵石層塌孔、縮頸、斷樁等質(zhì)量病害。施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

①采用10～12mm壁厚鋼管作為護(hù)筒，最下面一節(jié)鋼護(hù)筒設(shè)置刃腳，減小下放護(hù)筒的阻力。靠護(hù)筒自重?zé)o法下沉?xí)r，使用振動(dòng)錘加載，如遇阻力無(wú)法下沉?xí)r，需要查明原因再繼續(xù)加載，不能強(qiáng)行加載，防止護(hù)筒下邊緣彎折、卷邊、損壞，致使后期護(hù)筒拔出過(guò)程中泥土進(jìn)入樁體，造成樁體夾泥。圖2為鋼護(hù)筒下沉示意圖。

圖2 鋼護(hù)筒下沉示意圖

②待混凝土澆筑完成后，采用振錘將護(hù)筒拔出，拔出應(yīng)勻速進(jìn)行，避免過(guò)快引起混凝土密實(shí)度下降，影響樁體質(zhì)量。

（2）施工過(guò)程中，應(yīng)認(rèn)真核對(duì)各個(gè)深度的地質(zhì)情況，若發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符，應(yīng)及時(shí)和設(shè)計(jì)單位溝通，檢算樁基承載力是否達(dá)標(biāo)，判斷是否需要增加樁長(zhǎng)加大有效承載力。樁基施工過(guò)程中，為保證樁孔穩(wěn)定，應(yīng)采用泥漿護(hù)壁的方法。為減小樁孔周?chē)啾趯?duì)樁基承載力的影響，應(yīng)采取以下措施：

①選用成孔速度快的旋挖鉆機(jī)成孔，加快成孔速度。成孔后及時(shí)澆筑混凝土，減少泥漿護(hù)壁時(shí)間。

②嚴(yán)格控制泥漿比重，選用膨潤(rùn)土配制高性能泥漿，鉆機(jī)成孔過(guò)程中，根據(jù)地質(zhì)情況適時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)，將泥漿比重控制在0.9～1.2，黏度控制在 16～22s。

（3）樁基成孔后，及時(shí)測(cè)量樁孔深度，確定樁長(zhǎng)，判斷沉渣厚度。為有效控制沉渣厚度，應(yīng)采用以下施工技術(shù)：

①加快沉渣清理，降低泥漿含砂率。鉆孔完成后，提高鉆頭至距孔底10～20cm 的位置，并保持慢速空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，循環(huán)清孔時(shí)間要高于30min。利用鉆頭翻動(dòng)泥漿，利用大功率泥漿泵及時(shí)補(bǔ)漿，提高泥漿更換率，將浮渣帶出樁孔。

②鋼筋籠的節(jié)段長(zhǎng)度應(yīng)合理，減少接頭，采用速度較快的機(jī)械連接方式縮短泥漿再次沉淀的時(shí)間，減小沉渣厚度。

③利用混凝土導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。通過(guò)空壓機(jī)的導(dǎo)管向孔內(nèi)壓入空氣，翻動(dòng)泥漿，進(jìn)行二次清孔。沉渣清理合格后，及時(shí)澆筑混凝土，避免孔底再次沉淀沉渣，嚴(yán)格控制泥漿的含砂率，將含砂率控制在2%以下，柱樁沉渣厚度控制在3cm以下，摩擦樁沉渣厚度控制在5cm以下。

④混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制首批封底混凝土數(shù)量，確?；炷料侣鋾r(shí)具有一定的沖擊能，使泥漿從導(dǎo)管內(nèi)順利排出，并將導(dǎo)管下口埋入混凝土中，由此起到控制樁底沉渣、減少工后沉降的作用?；炷翝仓^(guò)程中，應(yīng)加快泥漿的循環(huán)速率，及時(shí)帶走孔內(nèi)浮渣，減小樁基澆筑阻力，在保證鋼筋籠穩(wěn)定的情況下，加快混凝土澆筑速度。

3.2 支座選型、安裝施工控制技術(shù)

3.2.1 支座選型、調(diào)高施工

通過(guò)查詢相關(guān)資料得知，橋梁出現(xiàn)變形后的常規(guī)做法是更換支座進(jìn)行調(diào)整。支座更換的施工難度大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，每次更換都需要進(jìn)行大量的施工準(zhǔn)備和協(xié)調(diào)工作，尤其是在高速鐵路運(yùn)營(yíng)期間，對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生較大影響。橋梁設(shè)計(jì)時(shí)采用ZK活載，通過(guò)對(duì)比研究決定選用大調(diào)高量球型支座，預(yù)留調(diào)高量0～60mm。該支座在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，考慮了后期調(diào)高后支座的受力穩(wěn)定性，可滿足多次調(diào)高工況，可通過(guò)在支座鋼板處增加調(diào)高鋼板的方式進(jìn)行調(diào)高，最大程度地保持支座原結(jié)構(gòu)體系，施工較簡(jiǎn)便。支座結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 大調(diào)高量球型支座圖

調(diào)高支座可解決施工過(guò)程中以下工況的橋梁變形：

①橋梁工后沉降變形，軌面標(biāo)高低于設(shè)計(jì)值，沉降量在0～60mm之間，均可通過(guò)此支座進(jìn)行調(diào)高消除。調(diào)高方式采用在支座鋼板與梁體之間添加鋼板的方式，實(shí)現(xiàn)多次調(diào)高。多次調(diào)高時(shí)，鋼板必須更換成一塊鋼板調(diào)高，禁止多塊鋼板疊加調(diào)高。

②橋梁施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，若支座接觸面受力不均勻，會(huì)造成支座變形，引起上下支座鋼板不平行，且上支座面不水平，不滿足設(shè)計(jì)工況。通過(guò)定制楔形鋼板進(jìn)行支座調(diào)平校正，達(dá)到設(shè)計(jì)工況。若發(fā)現(xiàn)支座由于縱、橫向位移超限，引起支座結(jié)構(gòu)損壞，只能通過(guò)更換支座的方式消除隱患。

支座調(diào)高施工注意事項(xiàng)：

①支座調(diào)高量，需先測(cè)量梁體標(biāo)高，通過(guò)計(jì)算確定調(diào)高值。連續(xù)梁的調(diào)高量和超頂量，應(yīng)根據(jù)梁體設(shè)計(jì)檢算確定，避免因超頂造成梁體開(kāi)裂。

②根據(jù)梁體支座的設(shè)計(jì)荷載確定千斤頂?shù)淖畲箜斏Α?/p>

③頂升前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，放松相鄰區(qū)段的軌道扣壓力，拆除支座與梁體連接螺栓。

④頂升時(shí)，同一墩臺(tái)上的支座應(yīng)同步頂升，做好豎向位移監(jiān)控。頂升至超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高2～3mm后，鎖定千斤頂，安裝臨時(shí)支撐。臨時(shí)支撐一般選用易拆除的沙箱。在梁體與支座縫隙間安裝定制鋼板，并安裝好連接螺栓，不擰緊。

⑤落梁順序需滿足設(shè)計(jì)文件要求，緩慢回落千斤頂，待支座受壓，梁體就位后，擰緊連接螺栓，拆除千斤頂和臨時(shí)支撐。

⑥調(diào)整軌道扣件扣壓力至設(shè)計(jì)值，檢查軌道狀態(tài)。

3.2.2 支座安裝施工

支座安裝施工技術(shù)控制點(diǎn)：

①針對(duì)鑿毛支座就位面，應(yīng)清除預(yù)留錨栓孔內(nèi)雜物，浸濕接觸面，安裝灌漿用鋼模板，采用膨脹螺栓固定，并在底部加設(shè)4mm厚橡膠條，防止漏漿。

②支座安裝需使用水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀等工具精確調(diào)平支座四周，保證支座軸心受力狀態(tài)。支座調(diào)整就位后，需與墊石間預(yù)留20～30mm縫隙，用于灌漿施工。

③采用重力式灌漿法進(jìn)行支座灌漿，采用M50流動(dòng)性無(wú)收縮砂漿，通過(guò)導(dǎo)管從支座中心處開(kāi)始灌注。待砂漿終凝有一定強(qiáng)度后，拆除鋼模板。灌漿施工如圖4所示。

圖4 支座重力式灌漿示意圖

④支座安裝完成，且梁體混凝土澆筑完成后，方可拆除支座上下鋼板連接螺栓。

4 橋梁沉降變形數(shù)據(jù)分析

4.1 觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為了施工、運(yùn)營(yíng)期間準(zhǔn)確掌握橋梁沉降變形情況，應(yīng)在下部結(jié)構(gòu)施工完成后及時(shí)布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，并按規(guī)范要求頻率觀測(cè)?？蓪⒂^測(cè)點(diǎn)布設(shè)在承臺(tái)大小里程角上、墩臺(tái)身外露離地高度0.5m處，觀測(cè)標(biāo)采用不銹鋼桿件，并在桿件上安裝警示標(biāo)牌，防止破壞。

4.2 橋梁區(qū)整體沉降變形情況

截至橋梁施工完成，橋區(qū)共監(jiān)測(cè)16.3個(gè)月，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖5所示，橋梁區(qū)域各斷面工后沉降變形量較小，均未超過(guò)5mm，相鄰墩臺(tái)沉降量差異值最大為0.15mm，白北村烏馬河大橋整體沉降量基本穩(wěn)定，滿足墩臺(tái)均勻沉降量不超過(guò)20mm，相鄰墩臺(tái)沉降差不超過(guò)5mm的設(shè)計(jì)要求。

圖5 橋梁區(qū)域累計(jì)沉降變形量

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家鐵路網(wǎng)規(guī)劃越來(lái)越完善，高速鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，對(duì)高鐵運(yùn)營(yíng)的舒適性、安全性提出更高的要求，無(wú)砟軌道橋梁的設(shè)計(jì)使用比例也將隨之升高，橋梁沉降變形控制將成為無(wú)砟軌道橋梁施工的重點(diǎn)。通過(guò)在樁基施工、支座選型及安裝的過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量管控，可以有效減少工后沉降變形。