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广深铁路桥支座反力测试及高程调整施工技术

　　摘　要　深圳地铁施工对广深铁路桥产生影响,分析为确保广深铁路桥安全而采取一些技术措施的必要性,提出支座反力测试及高程调整的有效方案。
关键词　桩基托换　支座反力测试　高程调整　方案
1 工程概况
广深铁路桥3条线路17至21号桥墩为+×2+四孔一联低高度部分预应力连续梁,21至25号桥墩为简支梁。桥墩基础为4根Ф550mm预制管桩,桩长15~17m,墩台为钢筋混凝土,桩端持力层为强风化花岗岩。
深圳地铁一期工程老街至大剧院区间暗挖单洞双层重叠隧道在线路里程SK2+035~SK2+055处, 直接从21号、22号桥墩之间穿越铁路桥设计确定对3条线路21号和22号桥墩共6个基础进行主动托换。为保证地铁施工期间广深铁路桥及行车安全,须对桥梁结构变形进行严格监控。设计提出监控标准是:墩柱顶竖向位移应小于5mm。
重叠隧道采用矿山法开挖,高,宽,距未托换20号桥墩最近处不足,拱顶距地面。
铁路桥桩基托换见图1。
该工点地质条件极其复杂,根据地质资料和人工挖孔桩(托换新桩)揭示,自地表而下依次为:杂填土、粉质黏土、淤泥质土、中细砂、砾砂层、砾砂卵石层、砂质黏土、砂质残积层及全风化、强风化、中风化和微风化花岗片麻岩。
采用高压旋喷桩对暗挖隧道进行了加固,从人工挖孔桩和旋喷桩抽芯检测来看,旋喷桩在砾砂卵石层成桩效果不佳,未起到止水作用,在挖孔桩施工期间曾发生井内涌砂现象。
受暗挖隧道3次严重失水、竖井开挖8次严重失水和人工挖孔桩降水施工影响,20号左、22号中、22号右和23号中4个桥墩沉降值超过监控标准,其中20号左桥墩累计沉降量为,沉降速率达/d。因此,暗挖隧道失水已严重威胁到广深铁路桥连续梁安全。
2 采取安全技术措施的必要性
实施支座反力测试及支座高程调整的必要性
受地铁施工影响,4个桥墩沉降超过控制值,连续梁各桥墩不均匀沉降有可能使连续梁跨17至21号桥墩支座反力产生较大变化,从而使梁体产生过大正付弯距,引起梁体开裂,危及行车安全。
对于广深铁路桥连续梁(17至21号桥墩)支座受力状态进行测定和增加支座高程调整措施具有重要意义。
(1)由于广深铁路桥已运行了10多年,已无法查明各桥墩的实际沉降量,故不能通过支座位移估算连续梁体受力状态;但通过实测支座反力,可以比较准确地计算出连续梁体实际受力状态,评估连续梁体的安全度。
(2)未发现梁体产生新裂缝,但梁体有可能已处于不利甚至临界开裂工作状态,而且重叠隧道开挖(尤其是桥下掘进过程中),必然引起地下水损失、土体扰动和变形,尤其广深铁路桥地质条件极其复杂,致使暗挖隧道施工困难,因此将不可避免地引起邻近桥墩继续产生沉降。这样,明确连续梁体实际受力状态,即可科学地制定监测控制标准,再增加支座高程调整安全措施,可使广深铁路桥处于可控安全状态。
对20号和23号桥墩加固处理的必要性
21号和22号桥墩已进行了桩基托换,托换新桩为Ф2000mm人工挖孔桩,桩长25m,桩端持力层为微风化花岗岩,暗挖隧道施工对21号和22号桥墩影响较小。20号和23号桥墩距暗挖隧道边墙最近不足,19号和24号桥墩距隧道约19m,各桥墩的差异沉降将会增大,危及到广深铁路桥安全。在隧道施工过程中,由于地下水水位降低、土体扰动和变形,必将引起邻近桥墩产生较大沉降,并有可能产生水平位移。原因有以下2点。
　　(1)地下水位降低:重叠隧道开挖,必然引起地下水损失,从而引起邻近桥墩沉降;根据施工监测信息分析广深铁路桥对地下水位变化极为敏感;如果在暗挖隧道施工过程中发生突发事件(如塌方或严重失水),还有可能引起邻近桥墩产生突然沉降。
(2)土体扰动和侧向变形:重叠隧道开挖,将不可避免地引起桩周侧土体扰动和变形,破坏土体原状结构,导致桩周应力释放,桥墩摩阻力降低,桥墩产生沉降,并可能使桥墩产生水平位移。
3 支座反力测试
支座反力测试原理
支座为板式橡胶支座,弹性体,可在受测支座附近安装千斤顶,通过分级施加顶力,记录在每一级顶力作用下支座垂直位移量,绘制出顶力与位移之间关系图,通过分析比较,即可得出支座实际反力值。由于支座垫实状态不同,实际曲线与典型曲线可能有所不同。
支座反力测试
为了保证铁路行车安全,预防万一,根据广深线实际情况,必须在夜间23:00至凌晨4:00时间段封锁线路后才能进行施工。
首先在17至21号5个桥墩上放置千斤顶,然后逐个测试这5个桥墩支座反力。施工顺序为:21号桥墩→20号桥墩→17号桥墩→18号桥墩→19号桥墩。千斤顶逐个加力,在梁体顶动瞬间,根据位移百分表、千斤顶油表读数(为了准确测量支座反力,可在千斤顶上安装传感器),绘制梁体位移与顶力曲线,推算实际支座反力,再进行下一个支座反力测试。
东西桥顶升时注意梁体倾斜,如发现一侧梁体上升,而另一侧梁体没变化,则立即停止对千斤顶加压。严禁盲目加压,以致梁体严重倾斜导致开裂
4 支座高程调整
支座反力调试原理
广深铁路桥为单墩双支座体系,如果某一支座实际反力与设计反力值相差较大,须进行支座调整。调整位移量按下述原理计算:按支座设计反力值,分级施加顶力,记录每一级顶力下支座垂直位移量,绘制顶力与位移之间关系图,即为支座反力调试原理图。
顶力轴上(F轴)按照设计反力Fd画一条平行于位移轴(S轴)平行线,该线与顶力-位移曲线交点对应的位移Sd减去So,得出△S=Sd-So。△S为支座所需加垫高度,超顶后垫入钢垫片,回油后测试各支座位移是否达到预期值,如不符合则反复调整,即可将支座反力基本调整到设计值。
支座高程调整方案
(1)按照支座反力测试结果,计算分析得出各支座需要调整位移量。
(2)支座高程调整次序由调整量来决定,调整次序由大到小。逐个千斤顶加压,将梁底顶至需要调到的高程以上1mm,然后在支座下底填充薄钢板或填塞干硬砂浆。最后松开千斤顶,完成该墩支座调整。
(3)所有支座调整完一次以后,再重新进行支座反力测试,此时实际支座反力与设计支座反力偏差应在5%以内。如果偏差超过5%,则需要重新调整支座,直到所有支座实际反力与设计反力偏差在5%以内即可。
(4)支座调整完后,检查全桥高程情况和各支点情况,如有异常应分析原因并采取措施,同时检查线路轨道方向和水平。只有在线路情况和桥梁情况符合要求,才能解除封锁,放行列车。
(5)简支梁支座高度调整比较简单,缓慢加压千斤顶,梁体顶至原始高程,将薄钢板或干硬砂浆塞进支座板底即可。
(6)支座调整整个过程中,对梁体沉降进行精密测量。采用静力式水准仪和千分表。精度达到。
(7)支座不宜多次调整,最多2~3次。18至20号支座为盆式支座,受支座构造限制,累计调整量不宜超过10mm。
5 20号和23号桥墩加固
所有支座调整以后,把千斤顶放置在20至23号桥墩临时支架上,施加设计顶力的20%,使临时支架与既有桥梁基础共同受力。临时支架采用钢管桩基础,上部采用钢结构。
钢管桩施工
(1)钻孔。钻机成孔Ф300mm,钻至中风化岩层,深度20~24m。
(2)泥浆置换。通过泥浆循环,使泥浆比重为1∶1。
(3)下钢管。采用Ф220mm,壁厚6mm钢管,分节连接,下至孔底。
(4)下碎石填充管内及管与孔壁之间。
(5)注水泥浆。注1∶1的水泥浆,从孔底开始,直至孔口冒出干净的水泥浆。
桩顶联梁
钢管桩施工完成后,进行土方开挖、桩头处理、绑扎钢筋、预埋螺栓、安装模板、浇注联梁混凝土。桩顶联梁尺寸为30000mm×1700mm×1200mm。
钢构件制作
钢构件采用I500工字钢和Ф500钢管,其加工与钢管桩同时进行,桩顶联梁强度达到设计强度70%后即可安装。
临时支架安装
Ф500钢管与桩顶联梁采用螺栓连接,上设I500工字钢,工字钢上安放千斤顶,顶紧梁底。
20号、23号桥墩临时支架只能作为辅助受力结构,不能代替既有基础。暗挖隧道施工过程中要确保不能大量失水或严重变形,否则将造成墩台大量下沉、倾斜、承载力不足,将使支座调整方案无效。单靠支座调整方案是不能保证墩台大量沉降情况下梁部结构安全。
6 结束语
在地铁暗挖隧道穿越广深铁路桥下的整个施工过程中,分别对铁路桥进行了三次支座反力测试和两次高程调整,高程调整位移量最大为5mm。当暗挖隧道结构完成六个月的效果分析,17至21号桥墩的各个支座反力值相差在设计值的±10%以内,说明预应力连续梁受力状态是稳定安全的,确保了广深铁路正常运营。