徐兵

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司）

隨著我國交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，近年來高速公路、高速鐵路的建設(shè)如火如荼[1-3]，并不斷向偏遠(yuǎn)地區(qū)延伸，同時(shí)交通網(wǎng)絡(luò)也不斷加密，從而不可避免地出現(xiàn)公路與公路交叉、公路與鐵路交叉以及鐵路與鐵路交叉的情況，這其中當(dāng)屬跨越高鐵路基最為要緊。因?yàn)楦哞F路基對附加變形十分敏感且易受周邊環(huán)境的影響，而路線發(fā)生交叉，不論上跨還是下穿，勢必對既有高鐵路基產(chǎn)生不利影響。因此針對相鄰構(gòu)筑物對鐵路路基影響的研究十分迫切且有必要。程剛和陳貴紅[4]為了研究新建公路隧道對既有鐵路隧道的影響及處治措施，結(jié)合麗(江)攀(枝花)高速公路項(xiàng)目中隧道襯砌開裂掉塊，提出既有隧道加固措施和新建隧道處治對策。彭文件等[5]通過建立三維有限元模型，研究橋梁施工及荷載對鄰近已運(yùn)營公路路堤的影響及自身沉降規(guī)律。陳勝崗[6]結(jié)合具體工程實(shí)例，采用ABAQUS 有限元法，探討橋梁施工對鄰近既有公路路堤附加變形影響，監(jiān)測結(jié)果表明通過設(shè)置必要的防護(hù)措施，可以減小橋梁施工擾動(dòng)對鄰近路基的不利影響，確保既有公路路基穩(wěn)定性。

而高速公路對鄰近既有鐵路路基的影響及處治技術(shù)還鮮有報(bào)道。本文結(jié)合“公跨鐵”實(shí)際工程背景，采用現(xiàn)場監(jiān)測手段研究公路轉(zhuǎn)體橋梁施工對鄰近既有鐵路路堤的附加變形影響，以及對應(yīng)防護(hù)處治技術(shù)的效果評價(jià)。

1 現(xiàn)場測試概況

1.1 項(xiàng)目概況

某新建高速公路（上部結(jié)構(gòu)為2×75m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土單T 剛構(gòu)連續(xù)梁）上跨既有鐵路路基（影響范圍約150m），公、鐵線路斜交角右線為59°（左線為58°）。為了不影響鐵路的正常運(yùn)營，新建上跨橋梁采用轉(zhuǎn)體及滿堂支架施工工藝。由于轉(zhuǎn)體橋上部荷載大，且墩臺緊鄰既有鐵路路基，而鐵路路基屬于客運(yùn)專線，隸屬高鐵范疇，工后沉降要求苛刻（不超過15mm）。因此有必要對轉(zhuǎn)體橋施工及上部荷載對鄰近鐵路路基的附加變形影響進(jìn)行評估。另外，為了隔離轉(zhuǎn)體橋施工對鐵路路堤的附加影響，在二者中間的位置試作了三排梅花形布置的小凈距微型鋼管樁（外徑114mm，壁厚25mm，長30m），并灌注水泥漿，形成一道嚴(yán)密的幕墻，相當(dāng)于地下連續(xù)墻。場地主要地層分布及主要物理力學(xué)參數(shù)見表1，場區(qū)地下水初見水位埋深為1.10～1.50m。

表1 施工場地土層主要物理力學(xué)參數(shù)

1.2 監(jiān)測儀器及方案

本次現(xiàn)場監(jiān)測的重點(diǎn)為鐵路路堤的沉降、水平位移和孔隙水壓。監(jiān)測儀器的布置位置及深度見圖1。沉降采用沉降板（配合全站儀進(jìn)行觀測），水平位移采用XB338-A 型的測斜管（精度0.1mm/500mm），孔隙水壓則采用XB-140 型的孔隙水壓力計(jì)（精度1kPa）。為實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)測，在隔離幕墻施作完成后樁體橋樁基礎(chǔ)施工前，安裝監(jiān)測儀器。

圖1 現(xiàn)場測試儀器布置剖面圖

2 現(xiàn)場實(shí)測分析

2.1 附加沉降

圖2 表示從公路跨線橋（上部結(jié)構(gòu)為T 梁）施工開始到竣工后一段時(shí)間內(nèi)，橋梁上部施工荷載對鄰近鐵路路堤附加沉降的變化規(guī)律。從圖中可以看出，隨著轉(zhuǎn)體橋施工荷載的增加，鄰近鐵路路基沉降逐漸增大，當(dāng)轉(zhuǎn)體橋上部結(jié)構(gòu)施工完成后（上部荷載不再增加），鄰近鐵路路基附加沉降也趨于穩(wěn)定，不再隨時(shí)間的推移而繼續(xù)增大，這是由于施工場地為砂卵石地層，橋梁上部荷載引起的地層中超靜孔隙水壓力瞬間消散，也就不存在黏性土層中的固結(jié)排水現(xiàn)象，因此由上部荷載引起的附加沉降也是瞬間完成的。而鄰近鐵路路基附加沉降的產(chǎn)生是由于轉(zhuǎn)體橋梁上部荷載通過其樁基礎(chǔ)的樁側(cè)及樁端傳遞到地基土中，砂卵石土層之間的剪切作用使得附加應(yīng)力以一定擴(kuò)散角發(fā)生應(yīng)力擴(kuò)散，從而引起周邊土層及鄰近鐵路路基的沉降變形。

圖2 轉(zhuǎn)體橋梁荷載對鄰近鐵路路堤附加沉降的實(shí)測

再對比附加沉降的大小，鐵路路堤左坡腳的附加沉降最大（4.6mm），而最小附加沉降發(fā)生在鐵路右路肩處（2.9mm），可見附加沉降沿鐵路路堤的橫斷面的分布呈兩邊大、中間小的分布特點(diǎn)。這是由于鐵路路堤兩側(cè)均設(shè)置了轉(zhuǎn)體橋墩臺（37#、40#），鐵路路堤附加沉降實(shí)際是由兩墩臺共同作用的結(jié)果，產(chǎn)生了疊加效應(yīng)。高鐵規(guī)范要求[7]，高鐵路基工后沉降不得超過15mm，考慮既有鐵路路基從竣工起算已完成部分沉降（一般認(rèn)為是5mm左右），本項(xiàng)目設(shè)置沉降警報(bào)值為10mm。因此，在隔斷墻處治的情況下，由于轉(zhuǎn)體橋施工及上部荷載引起的鄰近鐵路路基的附加沉降最大為4.6mm，小于沉降報(bào)警值10mm，可以判定轉(zhuǎn)體橋?qū)﹁F路路基的影響很小，鐵路路基是安全的。

2.2 附加水平位移

由于過大的水平位移會(huì)導(dǎo)致鐵路路堤的開裂，影響其正常服役狀態(tài)，甚至其整體穩(wěn)定性，因此實(shí)時(shí)監(jiān)測由于轉(zhuǎn)體橋引起的鐵路路基附加水平位移十分有必要。圖3 為不同監(jiān)測日期下由轉(zhuǎn)體橋施工荷載引起的鄰近鐵路路堤左坡腳附近水平位移隨深度的變化曲線。從圖中可以看出，附加水平位移隨深度的變化曲線大致呈“S”型，最大附加水平位移位于地表位置（2.2mm），底部附加水平位移為0；隨著時(shí)間的推移，轉(zhuǎn)體施工荷載不斷增加，各深度處的附加水平位移也逐漸增大。從水平位移沿深度的分布特點(diǎn)來看，在上部地基層（10m 深度以上）的附加水平位移朝轉(zhuǎn)體橋樁基礎(chǔ)方向移動(dòng)，而在下部地基層（10m 深度以下）的附加水平位移朝路基方向移動(dòng)，這說明在轉(zhuǎn)體橋施工荷載作用下上部土層有被拉拽的趨勢，而下部土層則有被擠壓的趨勢。從監(jiān)測結(jié)果來看，在隔斷墻處治下，由轉(zhuǎn)體橋施工荷載引起的鄰近鐵路路基水平位移很微小，可忽略不計(jì)。

2.3 孔隙水壓力

孔隙水壓力的監(jiān)測可以實(shí)時(shí)反映地下水位的變化情況。圖4 為轉(zhuǎn)體橋樁基礎(chǔ)周圍土層中孔隙水壓力隨轉(zhuǎn)體橋施工荷載的變化曲線。從圖中可以看出，砂卵石土層孔隙水壓力隨轉(zhuǎn)體橋施工荷載的不斷增大基本呈穩(wěn)定狀態(tài)，有個(gè)別時(shí)間和個(gè)別深度處有突變現(xiàn)象，波動(dòng)的幅度較小，且很快恢復(fù)正常水平。出現(xiàn)這樣的情況和地基土的性質(zhì)息息相關(guān)，場地土層除了表面1m 左右的粉質(zhì)黏土層，其下均為密實(shí)度逐漸變大的砂卵石土，滲透系數(shù)大、透水性極強(qiáng)，在轉(zhuǎn)體橋上部荷載作用下，在土層產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力瞬間消散，因此橋荷載對孔隙水壓的變化基本未產(chǎn)生影響。另外，從孔隙水壓力大小來看，通過反算可以得到地下水位的深度，在1～1.5m 范圍波動(dòng)，這與地勘報(bào)告中的結(jié)論十分吻合。

圖4 轉(zhuǎn)體橋施工荷載對周圍土層孔隙水壓力的實(shí)測

3 結(jié)論

⑴轉(zhuǎn)體橋施工荷載引起的鄰近鐵路路基附加沉降沿路堤橫斷面的分布呈兩邊大、中間小的分布特點(diǎn)，且隨著橋梁上部荷載的增加不斷增大。

⑵轉(zhuǎn)體橋施工荷載引起周圍土層的附加水平位移隨深度的變化曲線大致呈“S”型，即上部土層出現(xiàn)朝橋墩臺方向的移動(dòng)，而下部土層出現(xiàn)朝鐵路路基方向的移動(dòng)。

⑶砂卵石土層孔隙水壓力隨轉(zhuǎn)體橋施工荷載的不斷增大基本呈穩(wěn)定狀態(tài)，有個(gè)別時(shí)間和個(gè)別深度處有突變現(xiàn)象，波動(dòng)的幅度較小，且很快恢復(fù)正常水平。