高速铁路桥墩偏移成因分析及防治对策

7 200 22 835 26 978
729
7
33 669 16 940 23 233 17 844
465
3. 3. 3 计算结果分析 1) 桩基础受力 桩基础的单桩 承 载 力 为 7 920 kN，桩 侧 最 大 土 压
力 176. 81 kPa 大于允许值 ( 172. 52 kPa) ，在 不 利 工 况 下桩身的钢筋应力为 1 084. 0 MPa，桩身混凝土的压应 力为 60. 9 MPa，均远远超过允许 值。综合 判断 桩 身 已 经断裂。
2) 与现场桩基检测对比 对 4 # 墩的 8 根 混 凝 土 桩 进 行 开 挖 检 查，5 根 有 明 显 断 裂 痕 迹 ，验 证 了 计 算 结 果 。
4 防治对策
4. 1 处理方法 桥墩偏移的加固 措 施 较 多，比 较 常 见 的 有 卸 荷 减
载 、堆 载 反 压 和 应 力 释 放 孔 联 合 纠 偏 、水 平 顶 推 结 合 应 力 释 放 孔 纠 偏 、预 应 力 锚 索 抗 滑 桩 纠 偏 加 固 、高 压 旋 喷 桩加固等措施。
根据现场的情况 判 断，使 4 # 墩 产 生 纵 横 向 偏 移 的 主要荷载为岩堆体的滑动力。计算假定岩堆体在承台 及岩堆体范围内的 桩 身 产 生 均 布 荷 载，该 荷 载 的 作 用 导致墩产生纵( 横) 向偏移，可 从 墩 顶 偏 移 值 反 算 岩 堆 荷载，以该荷载作为 恒 载 与 其 他 荷 载 叠 加 后 对 桩 基 础 进行受力计算。 3. 3. 1 模型建立
2) 基坑锚固桩防护。在 2# ～ 6# 桥墩基坑的左侧 及小里程侧 设 置 抗 滑 桩 加 固，见 图 3。 抗 滑 桩 采 用 双 面 布 筋 ，以 确 保 桥 梁 墩 台 补 强 施 工 安 全 。
图 3 2# ～ 6#桥墩抗滑桩加固示意
3) 3 # ～ 6 # 墩 加 桩 设 计。 其 中 3 # ，4 # 墩 增 加 5 根 直 径 1. 5 m 桩，5 # ，6 # 墩增加 6 根直径 1. 5 m 桩。加桩 承 台加深至既有承台以下 2 m，顶面与既有承台顶齐平， 新老承台联结。
kN
1
29 263
6 508 22 835
0
0
2
33 664
7 200 22 835 17 844
465
3
31 465 18 902 23 303 16 270
283
4
30 733 16 421 23 233 12 787
240
5
31 467
6 854 22 835 25 404
547
6
33 668
由于岩堆体的蠕 动 变 形 引 起 桥 梁 的 变 位，故 首 先 整 治 岩 堆 体 的 滑 动 ，采 取 减 载 、修 建 良 好 的 排 水 系 统 以 及抗滑桩加固等措施 消 除 外 部 对 桥 梁 的 影 响，其 次 是 对桥墩基础进行加固。 4. 2 工程措施
1) 清除桥下弃渣。清理线路左右两侧 40 m 范围 内 弃 渣 ，恢 复 桥 下 地 面 原 貌 。
韩晓强等: 高速铁路桥墩偏移成因分析及防治对策
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发生，说明桥址附近 岩 堆 有 蠕 动 变 形 才 可 能 出 现 地 面 裂缝; 桥墩偏移与裂缝方向垂直，说明偏移与岩堆的变 形方向一致。因此弃渣堆载以及突泥水诱发了岩堆开 裂 、蠕 动 ，致 使 桥 墩 发 生 变 位 。 需 通 过 对 现 场 岩 堆 位 移 监测以及桥墩偏移理论分析来验证桥墩偏移的原因。 2. 3 岩堆位移监测
图 1 施工现场
2. 2 成因分析 近年来铁路建设 和 运 营 过 程 中，也 发 生 过 桥 墩 偏
移 现 象 ，但 多 在 软 土 地 区 的 桥 墩 周 围 堆 载 ，使 桥 墩 附 近 的软土产生了滑移 失 稳，从 而 导 致 桥 墩 偏 移。 本 桥 所 在地层未见软土，同时 桥 墩 周 围 40 m 范 围 内 无 堆 土， 因此本桥偏移原因与 常 规 桥 墩 偏 移 有 所 不 同，但 可 以 确定的是要使桥墩发生偏移需要较大外力作用。
根据地形、地质特征，结 合 桥 墩 40 m 外 堆 放 的 隧 道 泄 水 洞 弃 渣 ，对 泄 水 洞 施 工 时 发 生 突 泥 、弃 渣 场 附 近 地表出现裂缝等现 象 进 行 综 合 分 析。 分 析 发 现，裂 缝 是在桥址附近岩堆受弃渣堆载作用和隧道突水渗入后
2015 年第 11 期
以 4 # 墩 为 例，采 用 MIDAS 建 立 有 限 元 模 型，其 中 梁单元 118 个，节点 127 个，承台与桩基础采用 主从 约 束方式。对桩基与土 之 间 的 相 互 作 用，将 土 对 桩 的 支 承 作 用 转 化 为 弹 簧 ，按 土 弹 簧 连 接 来 模 拟 ，桩 底 固 结 。 3. 3. 2 检算荷载
图 2 岩堆主轴及辅轴平面
采用传递系数 Fs 法进行稳定性系数计算，传 递 系 数 法 ( 显 式 ) Fs = 1. 245 2，传 递 系 数 法 ( 隐 式 ) Fs = 1. 245 1。可见天然状态下岩堆整体处于稳定状态。 3. 2 弃渣后岩堆主轴稳定性检算
取泄水洞弃渣范围岩堆主轴断面进行检算。参数 及稳定性系数检算方法同 上，传 递 系 数 法 ( 隐 式 ) Fs = 0. 980 8，表明堆载后，岩堆主轴整体处于失稳状态。 3. 3 桩基受损分析
铁道建筑
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Railway Engineering
November，2015
文章编号: 1003-1995( 2015) 11-0030-03
高速铁路桥墩偏移成因分析及防治对策
韩晓强，何志军，江忠贵，薛红云
( 中国铁路总公司 工程管理中心，北京 100844)
摘要: 一在建高速铁路简支桥梁上轨道观测数据显示，连续 5 座桥墩 均 发 生 横 向 偏 移，最 大 偏 移 量 已 达 22 mm。本文结合桥梁地质资料，分析了 相 邻 隧 道 弃 渣 对 桥 址 岩 堆 体 的 影 响 及 岩 堆 体 的 蠕 动 滑 移 对 桥 墩 基 础 的 破 坏 作 用 ，提 出 了 针 对 性 的 处 理 措 施 ，保 证 了 桥 梁 结 构 的 安 全 。 研 究 结 果 可 为 以 后 的 设 计 和 施 工提供技术参考。 关键词: 高速铁路 桥墩偏移 岩堆体 桥梁桩基 处理措施 中图分类号: U445． 7 + 1 文献标识码: A DOI: 10． 3969 / j． issn． 1003-1995． 2015． 11． 09
桥 面 发 生 偏 移 后 ，在 桥 梁 周 围 布 设 了 12 个 岩 堆 位 移 监 测 点 ，形 成 2 个 断 面 。2 月 7 日 开 始 观 测 变 形 情况: 岩堆监测第 1 断面监测点横向累计最大位移 27. 2 mm，纵向 累 计 最 大 位 移 23. 5 mm。 该 点 位 于 5 #
33 663 10 713
398
17 844
465
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铁道建筑
November，2015
将岩堆体滑动力作为恒载叠加至承台底板得到的 承台底板荷载组合滑动见表 2。
表 2 承台底板荷载组合( 叠加岩堆体滑动力)
竖向力 / 纵向弯矩 / 纵向力 / 横向弯矩 / 横向力 /
荷载号
kN
( kN·m)
kN ( kN·m)
4 # 墩 墩 高 28. 5 m，为 圆 端 形 空 心 桥 墩，墩 顶 尺 寸 3. 0 m × 7. 8 m，墩 颈 尺 寸 3. 0 m × 6. 8m，墩 颈 处 壁 厚 0. 5 m，墩 身 外 坡 40 ∶ 1，内 坡 50 ∶ 1，垫 块 尺 寸 4. 75 m ( 纵) × 8. 55 m ( 横 ) × 1. 0 m ( 高 ) ，承 台 尺 寸 9. 1 m ( 纵) × 12. 3 m ( 横 ) × 2. 5 m ( 高 ) ，桩 基 为 91. 25 m 柱桩，桩长 11 m。
桥 址 处 属 构 造 剥 蚀 中 山 河 谷 地 貌 ，地 形 起 伏 较 大 。 地面高程 675 ～ 790 m，沟谷宽缓开阔，呈“U”字形，两 岸 岸 坡 地 势 较 陡 ，基 岩 多 裸 露 ，缓 坡 地 带 多 为 第 四 系 覆 土所覆盖。
小里程隧道洞口上方存在 高 达 50 m 的 陡 崖。0# ～ 7 # 墩台段发育 有 岩 堆，岩 堆 主 轴 长 约 190 m，宽 300 ～ 400 m，体积约 38 万 m3 ，主轴与线路夹角约 25°。堆 积 体 物 质 主 要 为 粉 质 黏 土 、碎 块 石 土 ，线 路 附 近 岩 堆 厚 2 ～ 10 m，石质成分以白云岩为主，粒径 200 ～ 600 mm， 个别达 2 ～ 4 m，下伏基岩为奥陶系下统页岩夹砂岩。
1 概述
2 桥墩偏移成因分析
1. 1 工程概况 一在 建 高 速 铁 路 桥 梁 全 长 381. 649 m，桥 上 铺 设
CRTSⅠ型双块式无 砟 轨 道，设 计 速 度 250 km / h，孔 跨 布置为( 2 × 32 + 2 × 24 + 7 × 32 + 1 × 24 ) m 的 简支箱 梁。该桥于 2011 年 5 月 开始 施 工，2013 年 10 月 完 成 架梁，2014 年 6 月 完 成 无 砟 轨 道 铺 设。 全 桥 1 # ，10 # ， 11 # 桥墩为圆端 形 实 体 墩，2 # ～ 9 # 墩 为 圆 端 形 空 心 墩。 基础为 柱 桩 基 础，桩 底 嵌 入 页 岩，其 基 本 承 载 力 为 0. 45 MPa，极限抗 压 强 度 为 5 MPa。 小 里 程 桥 台 接 隧 道出口，桩基经检 测 满 足 要 求。 小 里 程 侧 隧 道 在 正 洞 施 工 过 程 中 ，曾 多 次 发 生 突 水 突 泥 现 象 ，故 在 正 洞 左 侧 增设泄水洞。正洞隧 道 弃 渣 场 位 于 桥 梁 右 侧，设 计 泄 水洞弃渣场位于桥梁左侧最小距离 40 m 以外。 1. 2 地质概况
墩 左 前 方 。 从 断 面 整 体 看 ，都 有 向 大 里 程 变 化 的 趋 势 。 测量数据表明岩堆正 在 发 生 位 移，同 时 与 桥 墩 的 偏 移 方向一致。
3 桥墩偏移数值分析
3. 1 天然状态下岩堆主轴稳定性检算 取岩堆主轴 II—II 断面进行稳定检算，见图 2。采
用参数: 粉质黏土重度 19 kN / m3 ，黏 聚 力 35 kPa，内 摩 擦角 12°; 页岩夹泥岩及砂岩重度 24 kN / m3 ，内摩擦角 50°; 岩堆与基岩面间综合内摩擦角 16°。
荷载号
kN
( kN·m)
kN ( kN·m)
kN
1
29 263
281
0
0
0
2
33 663
972
0
17 844
465
3
31 463 12 675
468
16 270
283
4
30 730 10 194
398
12 787
240
5
31 463
626
0
25 404
547
6
33 663
972
0
26 978
729
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1) 岩堆荷载 根据假定，导致 4 # 墩纵向产生 17 mm 偏 移 的 岩 堆 体的纵向均布荷载为 510 kPa。该荷载等效于承台底 板受到纵向水平荷载 22 835 kN。 2) 承台底板荷载组合 承台底板荷载组合( 原始荷载) 见表 1。
表 1 承台底板荷载组合( 原始荷载)
竖向力 / 纵向弯矩 / 纵Biblioteka Baidu力 / 横向弯矩 / 横向力 /
收稿日期: 2015-08-24 ; 修回日期: 2015 -09-30 作者简介: 韩晓强( 1974— ) ，男，高级工程师。
2. 1 桥墩偏移 2014 年 7 月初泄 水洞 施工，至 11 月 中 旬，现场 弃
渣约 2. 1 万 m3 ，碴场实际堆高 约 10 m。11 月 中 旬，泄 水 洞 施 工 时 ，发 生 突 泥 ，随 后 发 现 泄 水 洞 弃 渣 场 附 近 地 表 出 现 裂 缝 ，立 即 停 止 弃 渣 ，将 泄 水 洞 剩 余 弃 渣 运 至 新 碴场。2015 年 1 月 工 务 部 门 在 长 轨 精 调 工 程 中 发 现 3 # ～ 6 # 墩上无砟轨 道 中 心 线 偏 移，5 # 墩 CPⅢ 偏 移 最 大 达 22 mm。施工现场见图 1。