高速铁路路桥过渡段沉降控制施工技术探讨

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  摘要:本文首先介绍了高速铁路路桥过渡段产生沉降差的原因,然后阐述了施工技术和控制方法,最后提出了过渡段施工控制要点及注意事项。
  关键词:高速铁路;过渡段;沉降;施工技术。
  中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
  一、高速铁路路桥过渡段产生沉降差的原因
  首先,桥台和路基的结构差异是造成沉降差的根本性原因。相较于刚性的桥台路基通常是柔性的,二者在材质重量、强度和基础应力等方面的不同,必然导致工后会出现不一致的沉降量。经过一段时间的使用后,填料会在自重和列车等外力下产生塑性变形,使孔隙率发生变化。而过渡段常生产微小的伸缩裂缝,也让雨水更加容易渗透并带走其中的细粒土,这一现象将使孔隙率进一步改变,最终导致过渡段沉降变形越来越显著。
  其次,设计中对碾压条件考虑不足、排水设计不合理,施工中对软基处理不当、对填料级配的要求不严格、压实设备功率未达标准等人为因素也是导致沉降差产生的重要因素。以过渡段的填土施工为例,与近刚性的桥台相比,桥台后路基的固结度很难达到100%,特别是其狭窄的工作面往往会造成碾压质量的下降,使过渡段的沉降问题进一步加剧。
  二、路基沉降观测
  路基沉降观测主要包括:路基面的沉降变形观测,路基基底沉降观测,路堤本体的沉降观测(改良土路基)。
  影响路基沉降的因素较多,特别是地基在荷载的作用下沉降随时间发展,其沉降变化一般通过土体固结原理进行分析计算,但沉降计算的精度受多种因素影响,其结果只能是一个估算值,因此设计阶段沉降变形计算的精度不足以控制无碴轨道工后沉降,至今国内外均是通过系统的沉降观测的实测资料来分析,预测较准确的沉降值。
  通过施工期间系统的沉降变形动态观测,对实测沉降观测数据的分析、评估,评价地基最终沉降完成时间,验证或调整设计措施,使线下基础工程达到预定的沉降变形控制要求,推算出较准确的最终沉降量和工后沉降。工后沉降满足上述要求后,才能铺设无碴轨道。
  三、高速铁路路桥过渡段沉降控制施工技术
  一般路基地段的沉降变形观测断面的选择一般根据地基压缩层的厚度、路基填筑高度以及地表横坡等因素确定。过渡段路基沉降观测断则根据过渡段的类型选用。
  沉降观测元件包括:沉降观测桩、沉降板、单点沉降计、剖面沉降管等,除沉降观测桩外,均应在地基加固完成后路堤填筑施工前埋设。
  (一) 沉降观测桩(点)
  一般路基填筑至基床表层顶面,加载预压路堤填筑到基床底层顶面后埋设沉降观测桩(点),路基面两侧观测桩一般设在距左右线路中心3.2m 处。
  (二) 沉降板
  由钢底板、金属测杆及保护套管组成, 钢底板尺寸为50cm*50cm,厚1cm。沉降板应埋入褥垫层顶部嵌入10cm,采用中粗砂回填密实,再套上保护套管,保护套管应略低于沉降板测杆,上口加盖封住管口,并在其周围填筑相应填料稳定保护套管,完成沉降板的埋设工作。采用水平仪按国家一等精密水准测量方法测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高作为初始读数,随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测杆和保护套管,每次接长高度以lm 为宜,接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。
  沉降板埋设位置注意应在复合地基处理段桩间土上,不能位于桩顶上,在铺设褥垫层前放线定位,对称夯实,确保测試元器件竖直,夯实前后进行标高的测量、确定沉降量是施扰动引起还是路基沉降。沉降板埋设应在基础表层进行必要的保护,主要考虑影响到级配碎石摊铺机的施工与架桥机的通过,注意要在碾压前后和架桥机通过前后进行测试,避免误导沉降评估。
  (三) 单点沉降仪
  单点沉降仪是一种埋入式电感调频类智能型位移传感器,由电测位移传感器、测杆、锚头、锚板及金属软管和塑料波纹管等组成。采用钻孔引孔埋设,钻孔孔径中108 或中127,钻孔垂直,孔深应达到硬质稳定层(最好为基岩),孔口应平整密实。观测路堑换填基底沉降或隆起变形埋设在换填基底面,表面应平整密实,观测路基本体变形按设计断面图埋设。
  单点沉降计在复合地基处理地段应该埋设于三根桩的中心位置。
  1) 埋设深度和沉降量与所测加固地基的深度有直接联系,需准确量测埋设深度。2) 埋设时注意量程的控制,根据单点沉降仪的量程和预计沉降量确定,一般预留沉降量为180mm。3) 注意事项:a 注浆深度控制:注浆锚固段一般以1m 左右为宜,切记浆液不能过高,避免将伸缩段固结,浆液固结后,用细砂将孔回填;b 导线保护采用钢丝软管保护,尤其注意法兰盘位置要防止导线被剪断;c 初始值的统一:全管段要统一初始值测试时间,由于第一层碾。压机械的影响比较大,建议在第二层开始测试,且初测值最少三次,且数值稳定。
  (四) 剖面沉降管
  采用专用塑料硬管,其抗弯刚度应适应被测土体的竖向位移要求,管端接口密合,剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头预埋在剖面沉降管槽内,按一定间距依次读数,起始端管口标高采用水平仪按国家一等精密水准测量方法进行测量,再通过数据处理计算求出不同位置处地基的沉降量。剖面沉降管在褥垫层顶面开槽埋设,槽底中粗砂找平,表面回填5cm 中粗砂并与褥垫层相平,两端部应进行有效保护。埋设前应按设计用螺钉进行组装,连接之间不能有间隙,导管用外接头连接导管至大于埋设长度约2m (两端各伸出lm 左右),导管内预留钢丝绳作为牵引用,一定时间后要对钢丝绳进行检查,防止钢丝绳断。在埋设位置的上一层填料完成后进行开槽埋设。埋设位置位于桩间土,不能放在桩上,如果不能避开桩身,则需在备注中说明桩在剖面沉降管所处的位置。反挖开槽:沟宽60cm,深度50cm,上下各铺一层5- 10cm 的细砂,调整剖面沉降导管内十字导槽方向,并在导管周围回填粗中砂,要求砂面平整,保证沉降管与下面的砂垫层密贴。剖面沉降管作为测斜导管埋设后,沉降管需用高压水或高压气冲洗,避免管内有异物。每个工点观测断面及观测点的数量,埋设观测元件的种类、数量,根据设计要求由设计、施工、监理方在现场核查确定。
  四、路桥过渡段沉降的具体控制方法
  1 设计环节对高速铁路路桥过渡段的沉降控制
  高速铁路路桥过渡段的设置,主要是通过一定长度内刚度的逐渐变化,最大限度地降低路桥沉降差给铁路运行造成的不良影响,从而确保高速列车的安全性和舒适度。在过渡段的结构设计中,应首先制定合理的地基处理方法,如用水泥粉煤灰碎石桩加土工合成材料对软土路基进行处理,该方法可有效缩短填料的固结时间,在保证工期的基础上减少沉降形变对线路的影响。其次,应针对具体的工程情况正确选择填料的强度和级配,通常应采用强度高、刚度大的级配粗粒料,包括掺水泥级配碎石、级配砂砾石等。此外,还应在过渡段设置相应的排水设施,降低雨水侵蚀对路基沉降变形的影响。
   2 施工中的沉降处理技术
  1)加筋土路堤处理技术
  加筋土路堤处理技术是指通过在路桥过渡段中埋设一定数量的加筋材料,以增加路基强度,大幅度提高路堤刚度,减小路基变形。通过调整拉筋材料的布置间距和位置,可将桥背路基与桥梁交界处的台阶式跳跃沉降变成连续斜坡式沉降,从而达到使路桥过渡段平顺的目的。现场试验和室内试验研究表明,加筋土路堤结构能有效地处理由桥背路基土的沉降而引起的线路不平顺。在施工中,应按照一定的压实标准填筑,选用适当的拉筋材料,并将桥背路基表面沉降控制在4~5 cm内,使其形成线形连续型沉降。
  2.) 钢混过渡搭板的设置技术
  工程中可将一钢筋混凝土搭板设置于过渡段,其一端简支在枕梁上;另一端则支撑在刚性桥台上。通过搭板的设置,可以使刚性桥台和柔性路基之间的变化趋缓。搭板的长度多在5~ 6 m之间,且通常≤10 m,其放置方式和厚度应依据实际情况决定。研究显示,当搭板纵坡变化值在0.1%~0.4%以下时,不会影响行车舒适性。但应该注意的是:搭板的设置能显著增加轨道刚度,但不能减小路基下部及地基变形,因此必须配以其他处理措施才能有效地控制由此而引起的轨面弯折。
  3) 粗粒料级配填筑技术
  粗粒料级配填筑技术是指将砂砾石、碎石、低等级混凝土、水泥石灰稳定砂石土等强度高、形变小的级配粗粒料用于路桥过渡段的填筑施工中,以减少填料的压缩性,最大限度地消除路桥之间的沉降差异。在实际操作中,应在确认基坑尺寸合格后,及时进行基底压实。无法使用压路机时,可用质量为300~700 kg的小型手推式电动打夯机压实,压实合格后,方可进行填筑。首先填筑青石碴,每层青石碴的松铺厚度应≤ 20 cm,并摊铺均匀。整平后,用质量为500~700 kg的手推式电动夯机压实至没有明显碾压痕迹后,用灌沙法测定干容重,合格后方可转入下一层,直至达到标高要求,再填筑二灰碎石。每层二灰碎石的松铺厚度也应≤20 cm。含水量适宜的混合料应采用集中机拌,运至工地摊铺、整平,用12~15 t的压路机慢速碾压。对于边角部位,可用质量为500~700 kg的小型手推式打夯机补压。
  五、过渡段施工控制要点及注意事项
  1) 路基过渡段大面积施工时,应严格按照试验段取得的施工工艺参数进行施工,控制好工艺流程、松铺厚度、表面平整度、施工含水量、压实遍数、配套机械、填筑速度、检测方法等。2) 施工中工序要安排得当、合理,级配碎石掺5%水泥填筑2h 内,要进行完压实工艺。3) 采用网格法铺料,第一层松铺厚度控制在30cm左右,其上松铺厚度宜控制28~32cm,填料表面平整度满足设计及《客运专线铁路路基工程施工技术指南》规定后,再进行碾压。4) 路基填筑严格采用方格网控制填料量、以控制摊铺厚度,在施工过程中要消除粗细集料离析“窝”或“带”现象。出现粗细集料“窝”或“帶”现象时,采用人工或机械进行现场掺拌,确保填料的均匀性和质量,碾压过程中,严禁表面有弹簧、松散、起皮等现象发生。5) 控制好边角压实质量,压路机碾压不到位时采用人工冲击夯夯实。对于填筑压实质量可疑地段,应视情况增加检验的点数,分析原因,采取处理措施。6) 加强试验检测过程控制,严格按照设计和规范要求进行各项指标检测,检测项目按照K30- Evd- Ev2- n的顺序进行,并配备足够的检测人员以缩短检测时间。
  六、路桥过渡段质量检测
  1 过渡段基坑回填检测
  1) 基坑回填采用混凝土回填,回填材料和混凝上强度等级应符合设计要求。检验数量:每个基坑抽样检验2 组。检验方法:在浇筑地点抽样成型混凝土试件进行标准养护,并进行28d 抗压强度试验。
  2) 基坑回填顶面高程的允许偏差为±50mm。检验数量:每个基坑抽样检验2 点。检验方法:水准仪测量。
  2 基床表层以下过渡段级配碎石填层检测
  1) 过渡段级配碎石填料粒径、级配及质量应符合设计要求。检验数量:每2000m3抽样检验1 次颗粒级配,颗粒密度,针状、片状颗粒含量,黏土团及有机物含量。检验方法:在料场抽样进行室内试验,并在每层的填筑过程中目测检查级配有无明显变化。2) 级配碎石中掺入水泥的品种、规格及质量应符合设200t 为一批,不足200t也按一批计算,每批抽样检验1 组。检验方法:检查产品合格证、出厂检验报告并进行有关项目的试验。3) 基床表层以下过渡段级配碎石填层的压实质量应采用地基系数K30,动态变形模量Evd,静态变形模量Ev2和孔隙率n 四项指标控制。
  七、结语
  综上所述,高速铁路路桥过渡段的沉降控制是确保行车安全性和舒适度的关键环节,必须得到建设方充分的重视。除在设计阶段指定正确的地基处理方法及填料标准外,施工中也必须依照具体情况选择加筋土路堤处理技术、钢混过渡搭板设置技术、粗粒料级配填筑技术等一系列的控制手段,降低沉降形变对工程的影响。此外,合理的施工组织和工艺监测也是确保工程质量必不可少的一环。相信随着工程标准的不断规范和工艺技术的不断改进,我国高速铁路路桥过渡段沉降问题终将得到有效的控制和解决。
  参考文献
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