梁金平

（魯南高速鐵路有限公司，濟(jì)南 250101）

中國高速鐵路從無到有，從落后到領(lǐng)先，從引進(jìn)國外技術(shù)到指定中國標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。截至2019年底，全國鐵路里程已占世界高速鐵路總量的2／3，以“八縱八橫”主干通道為骨架的高速鐵路網(wǎng)已基本建成［1-6］。由于鐵路建設(shè)工程的廣泛性，目前部分引入工程形式一般與既有運(yùn)營高速鐵路鄰近并行，或以幫寬形式填筑。鄰近既有高速鐵路路基工程的建造過程對(duì)既有高速鐵路將產(chǎn)生種種不利影響。在以往建設(shè)工程對(duì)鄰近鐵路工程建造影響研究中，高顯平［7］利用數(shù)值模擬探究了基坑施工影響下鐵路所產(chǎn)生的變形規(guī)律，并制定了相應(yīng)的控制措施。顧津申［8］探究了地面堆積荷載對(duì)鄰近高速鐵路橋墩沉降的影響規(guī)律，并根據(jù)現(xiàn)場工況進(jìn)行了安全評(píng)估分析。孫宗磊［9］探究了鄰近鐵路橋梁建筑工程對(duì)鐵路沉降變形的影響規(guī)律，對(duì)現(xiàn)場的監(jiān)測測量確定合理施工方案。曹全［10］對(duì)下穿高速鐵路工程的防護(hù)及沉降進(jìn)行了評(píng)估。

鄰近鐵路建設(shè)工程對(duì)既有鐵路同樣會(huì)產(chǎn)生影響。為減小新建線路對(duì)既有線路的施工影響，一方面可以減小地基處理過程的施工擾動(dòng)，評(píng)價(jià)新建線路地基加固成樁過程對(duì)鄰近既有線路基的擾動(dòng)影響，研究不同樁型、不同成樁工藝對(duì)鄰近區(qū)域土體的擾動(dòng)影響，開展不同成樁過程對(duì)鄰近區(qū)域土體的變形分布與發(fā)展規(guī)律影響的現(xiàn)場試驗(yàn)，為新建線路路基地基加固的方案設(shè)計(jì)與施工組織提供指導(dǎo)。另一方面可以研發(fā)新的路基填筑材料和新路基結(jié)構(gòu)，通過使用輕質(zhì)填筑材料控制附加應(yīng)力，減小附加沉降，減輕對(duì)既有路基的側(cè)向和豎向荷載，從而有效控制既有路基的變形。

為評(píng)價(jià)新建線地基加固成樁過程對(duì)鄰近既有線路基的擾動(dòng)影響，本文通過開展預(yù)應(yīng)力管樁成樁過程對(duì)鄰近區(qū)域土體的變形分布與發(fā)展規(guī)律影響的現(xiàn)場試驗(yàn)，研究不同成樁距離對(duì)鄰近區(qū)域土體位移的擾動(dòng)影響。研究成果可為新建線路路基地基加固的方案設(shè)計(jì)與施工組織提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)監(jiān)測方案與工程

1.1 監(jiān)測方案

試樁試驗(yàn)區(qū)選取在新建魯南場正線東側(cè)的擬建綜合維修車間整體式道床復(fù)合地基加固范圍內(nèi)，場地位置如圖1所示。試驗(yàn)共規(guī)劃了6 個(gè)試樁區(qū)，分別為I 區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)及Ⅵ區(qū)，其中Ⅳ區(qū)、Ⅵ區(qū)均為預(yù)應(yīng)力管樁區(qū)，Ⅳ區(qū)試驗(yàn)完成引孔15 m 管樁14 排，Ⅵ區(qū)試驗(yàn)先完成管樁引孔20 m 管樁5 排，之后完成管樁無引孔成樁9 排各試驗(yàn)這樁位布置如圖1所示。針對(duì)地表水平及豎向位移、深層土體水平位移兩項(xiàng)測試內(nèi)容，建立自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，獲得Ⅳ區(qū)及Ⅵ區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁地基加固措施施工工藝及施工過程對(duì)臨近土體的地表水平及豎向位移、深層土體水平位移的影響規(guī)律，各區(qū)詳細(xì)樁位布置如圖2所示。

圖1 曲阜東站試樁試驗(yàn)區(qū)平面位置示意圖

圖2 各試驗(yàn)區(qū)樁位布置圖

1.2 試驗(yàn)監(jiān)測方案

地表水平及豎向位移監(jiān)測：采用超高精度全自動(dòng)測量機(jī)器人配合地表固定棱鏡，測量地表的水平及豎向位移，獲取成樁過程中鄰近區(qū)域地表水平及豎向位移發(fā)展規(guī)律。土體深層水平位移監(jiān)測：采用全向水平位移傳感器和陣列式柔性測斜儀，測量地表和深層土體水平位移，獲取成樁過程中鄰近土體水平位移沿土體深度的分布及變化規(guī)律。地表水平及豎向位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)選?。阂勒障嚓P(guān)測量規(guī)程，每個(gè)測站需要設(shè)置不少于3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在變形影響范圍之外、便于長期保存的穩(wěn)定位置，且基準(zhǔn)點(diǎn)的間距不大于1 km。依照現(xiàn)場實(shí)際情況，實(shí)際布設(shè)6 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石埋深1.5 m。觀測頻率：各測試項(xiàng)目均采用自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，元件布設(shè)完成后地表水平及豎向位移、深層土體水平位移、孔隙水壓力及地下水位均可通過自動(dòng)采集、傳輸設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)量測。本次試驗(yàn)設(shè)定儀器監(jiān)測頻率為：地表位移監(jiān)測頻率15 min／次、深層土體水平位移30 min／次。

試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測斷面與測點(diǎn)平面布置示意如圖3所示。地表水平及豎向變形監(jiān)測的每個(gè)斷面設(shè)置8 個(gè)地表位移測點(diǎn)，各斷面測點(diǎn)距離試驗(yàn)區(qū)邊界距離依次為1.0 m、5.0 m、8.0 m、11.3 m、16.3 m、20.0 m、35.5 m和60.0 m，地表位移測點(diǎn)編號(hào)為“S +斷面號(hào)+順序號(hào)”。土體深層水平位移監(jiān)測的每個(gè)斷面設(shè)置2 個(gè)深層水平位移測點(diǎn)，深層水平位移觀測點(diǎn)布設(shè)于距試驗(yàn)區(qū)邊界1.0 m、5.0 m，孔深30 m。

圖3 監(jiān)測斷面與測點(diǎn)平面布置示意圖（m）

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

2.1 地表水平及豎向位移分析

試驗(yàn)Ⅵ區(qū)、Ⅳ區(qū)地表橫向水平位移隨成樁進(jìn)度的變化如圖4、圖5所示。

圖4 Ⅵ 區(qū)地表橫向水平位移隨成樁進(jìn)度的變化圖

圖5 Ⅳ區(qū)地表橫向水平位移隨成樁進(jìn)度的變化圖

由圖4、圖5 可知：

（1）試驗(yàn)Ⅵ區(qū)（引孔20 m管樁5排）：共成樁196根，在距離試驗(yàn)區(qū)邊界1 m、5 m、8 m 處測點(diǎn)S-5-1～S-5-3 引起的地表最大橫向水平位移依次為14.2 mm、12.3 mm、10.1 mm，地表最大縱向水平位移依次為10.1 mm、2.8 mm、2.6 mm（線路大里程方向，下同），地表隆起依次為1.7 mm、1.6 mm、0.7 mm；在距試驗(yàn)區(qū)邊界11.3 m（模擬高速鐵路場幫填京滬Ⅱ股道）、16.3 m（模擬高速鐵路場幫填京滬Ⅱ股道）、20.0 m（模擬魯南場填筑京滬5 股道）、35.5 m（模擬魯南場填筑京滬Ⅱ股道）測點(diǎn)S-5-4～S-5-7 處引起的地表橫向水平位移依次約為7.9 mm、5.9 mm、4.4 mm、1.6 mm，地表縱向水平位移依次約為2.3 mm、1.8 mm、1.5 mm、1.2 mm，未引起明顯地表隆起變化。壓樁對(duì)60 m 測點(diǎn)S-5-8 未造成明顯影響。

（2）試驗(yàn)Ⅳ區(qū)（引孔15 m 管樁14 排）：共成樁196 根，在距離試驗(yàn)區(qū)邊界1 m、5 m、8 m 處測點(diǎn)S-3-1～S-3-3 引起的地表最大橫向水平位移依次為13.7 mm、7.9 mm、7.5 mm，地表最大縱向水平位移依次為4.5 mm、4.1 mm、3.6 mm，地表隆起位移依次為2.4 mm、1.6 mm、1.4 mm；在距試驗(yàn)區(qū)邊界11.3 m、16.3 m、20.0 m、35.5 m 測點(diǎn)S-3-4～S-3-7 處引起的地表橫向水平位移依次約為6.4 mm、4.8 mm、3.9 mm、1.3 mm，地表縱向水平位移依次約為3.3 mm、2.7 mm、2.7 mm、1.6 mm，測點(diǎn)S-3-4 地表有約1.4 mm 的隆起，測點(diǎn)S-3-5～S-3-7 無明顯的地表豎向位移。壓樁對(duì)60 m 測點(diǎn)S-3-8 未造成明顯影響。

（3）結(jié)合2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)地表最大橫向水平位移、縱向水平位移及地表隆起位移可知，隨著測點(diǎn)距離的增大測點(diǎn)水平位移、地表隆起位移均隨之減小，試驗(yàn)Ⅵ區(qū)地表水平位移大于試驗(yàn)Ⅳ區(qū)，但地表隆起位移小于Ⅳ區(qū)，且當(dāng)距離達(dá)到60 m 時(shí)地表位移將不受影響。

2.2 深層土體水平位移分析

試驗(yàn)Ⅵ區(qū)、Ⅳ區(qū)1 m、5 m 處深層水平位移發(fā)展變化如圖6、圖7所示。

圖6 Ⅵ區(qū)1 m、5 m 處深層水平位移發(fā)展圖

圖7 Ⅵ區(qū)1 m、5 m 處深層水平位移發(fā)展圖

由圖6、圖7 可知：

（1）試驗(yàn)Ⅵ區(qū)壓樁產(chǎn)生的位移主要為橫向位移。距試驗(yàn)Ⅵ區(qū)邊界1 m 處測點(diǎn)D-5-1 的深層橫向水平位移隨成樁排數(shù)的增多而增大，地表橫向水平位移最大值約為17.2 mm，深層最大值約為15.5 mm，出現(xiàn)在地表以下13～15 m 處，在深度23～30 m 段迅速減少。深層縱向水平位移在成樁過程中最大值為3.0 mm，至全部成樁時(shí)，地表縱向水平位移基本恢復(fù)至0 mm，深層縱向水平位移最大值為-1.8 mm，出現(xiàn)在深度13 m 處。因深層水平位移的測量精度為1.5 mm，故可以認(rèn)為縱向位移變化很小。距試驗(yàn)Ⅵ區(qū)邊界5 m 處測點(diǎn)D-5-2 的深層橫向水平位移隨成樁排數(shù)的增多而增大，地表橫向水平位移最大值約為14.8 mm，深層水平位移隨深度遞減，在地表以下5 m、15 m、25 m處橫向位移約為12.0 mm、9.7 mm、3.9 mm。深層縱向水平位移在成樁過程中最大值為1.4 mm，至全部成樁時(shí)，地表縱向水平位移恢復(fù)至0.4 mm，深層縱向水平位移最大值為-1.8 mm，出現(xiàn)在深度19 m 處。

（2）試驗(yàn)Ⅳ區(qū)壓樁產(chǎn)生的位移主要為橫向位移。距試驗(yàn)Ⅳ區(qū)邊界1 m 處測點(diǎn)D-3-1 的深層橫向水平位移隨成樁排數(shù)的增多而增大，地表橫向水平位移最大值約為11.7 mm，深層最大值約為9～10 mm，出現(xiàn)在地表以下12～20 m處，在深度20～30 m段逐漸減少。深層縱向水平位移在成樁過程中最大值為5.0 mm，至全部成樁時(shí)，地表縱向水平位移約為2.6 mm，深層縱向水平位移最大值為3.0 mm，出現(xiàn)在地表以下20 m 處。距試驗(yàn)Ⅳ區(qū)邊界5 m 處測點(diǎn)D-3-2的深層橫向水平位移隨成樁排數(shù)的增多而增大，地表橫向水平位移最大值約為8.9 mm，深層水平位移整體上隨深度遞減，在地表以下5 m、15 m、25 m 處橫向位移約為7.1 mm、7.8 mm、4.2 mm。深層縱向水平位移在成樁過程中最大值為1.6 mm，至全部成樁時(shí)，地表縱向水平位移基本恢復(fù)至0 mm，深層縱向水平位移最大值為2.8 mm，出現(xiàn)在深度19 m 處。

（3）兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)深層水平位移隨著地表深度的增大及測點(diǎn)距離的增加而不斷減小，深層橫向水平位移最大值在地表以下13～15 m 處，在深度23～30 m段迅速減少。試驗(yàn)Ⅵ區(qū)橫向水平位移大于試驗(yàn)Ⅳ區(qū)，而深層縱向水平位移小于試驗(yàn)Ⅳ區(qū)。

3 結(jié)論

本文研究了預(yù)應(yīng)力管樁成柱過程對(duì)臨近區(qū)域土體的變形分布與發(fā)展規(guī)律的影響，得到主要結(jié)論如下：

（1）試驗(yàn)Ⅵ區(qū)距離試驗(yàn)區(qū)邊界1 m、5 m、8 m 處測點(diǎn)引起的地表最大橫向水平位移依次為14.2 mm、12.3 mm、10.1 mm，最大縱向水平位移依次為10.1 mm、2.8 mm、2.6 mm；試驗(yàn)Ⅳ區(qū)處測點(diǎn)引起的地表最大橫向水平位移依次為13.7 mm、7.9 mm、7.5 mm，最大縱向水平位移依次為4.5 mm、4.1 mm、3.6 mm，可見距離試驗(yàn)邊界處越遠(yuǎn)，測點(diǎn)水平位移越小，試驗(yàn)Ⅵ區(qū)地表水平位移大于試驗(yàn)Ⅳ區(qū)。

（2）試驗(yàn)Ⅵ區(qū)距離試驗(yàn)區(qū)邊界1 m、5 m、8 m 處地表隆起依次為1.7 mm、1.6 mm、0.7 mm，Ⅳ區(qū)距離試驗(yàn)區(qū)邊界1 m、5 m、8 m 處測點(diǎn)地表隆起位移依次為2.4 mm、1.6 mm、1.4 mm，表明測點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，隆起位移越低，且IV 區(qū)位移大于Ⅵ區(qū)。

（3）距試驗(yàn)Ⅵ區(qū)邊界5 m 處地表橫向水平位移最大值約為14.8 mm，在地表以下5 m、15 m、25 m 處橫向位移約為12.0 mm、9.7 mm、3.9 mm；試驗(yàn)Ⅳ區(qū)地表橫向水平位移最大值約為8.9 mm，地表以下5 m、15 m、25 m 處橫向位移約為7.1 mm、7.8 mm、4.2 mm。可見橫向水平位移隨著地表深度的增大而不斷減小，且試驗(yàn)Ⅵ區(qū)橫向水平位移大于試驗(yàn)Ⅳ區(qū)。