[发明专利]公路扩建施工对既有结构物影响的试验方法和模型

说明书

本发明提供了一种公路扩建施工对既有结构物影响的试验方法和模型。试验模型包括自上而下依次设置的水泥层、钢筋砼层、临时支护层，临时支护层为内置加热管的硫磺砂浆预制板，钢筋砼层的周边从水泥层和临时支护层的周边露出，露出部分的下方承托配合有电液式可变刚度装置，电液式可变刚度装置位于底座上，底座上开设有位于临时支护层下方的基坑，临时支护层的边沿搭接在基坑的边沿上，基坑的坑底固定有顶部预埋在临时支护层内的管桩，管桩的顶面抵顶在钢筋砼层的底部。本发明利用可变刚度装置可变刚度和临时支护层可解除的特点，实现向水泥层上既有结构物模型施加变载荷的目的，从而实现了对公路扩建对既有结构物影响具现化试验。

技术领域

本发明涉及一种公路扩建施工对既有结构物影响的试验方法和模型。

背景技术

拟建省道S364线江门五邑路扩建工程为穿越城区的既有公路扩建工程，沿线为两侧存在大量的居民楼、工业厂房以及广珠城际铁路江门支线。其中与铁路并行段里程为K63+719～K67+762，广珠城际铁路江门支线是一条对江门地区经济发展具有重要影响的铁路，其设计时速为200km/h，铁路等级为国铁I级、高铁（预留），铁路规模为双线电气化，铁路定位为城际铁路、国家干线铁路（远期）。在江门五邑路扩建工程施工与运营过程中如何避免影响居民楼安全、广珠城际铁路江门支线的安全性，已成为建设高质量江门五邑路扩建工程的重要研究课题。

五邑路扩建工程中的新民大桥、新礼大桥、东南一桥、东南二桥等均为旧桥扩建。在拓宽桥施工桥梁桩基时，有可能因冲击、震动、冲刷等施工作用，导致旧桥桥梁偏位，从而引起上部结构开裂、滑移等病害出现。广东地区常见的钻孔灌注桩施工方式有冲击钻成孔、回旋钻成孔、旋挖钻成孔等方式。冲击钻成孔能破碎较为坚硬的岩层，其施工原理为利用卷扬机带动一定重量的冲击钻头，利用钻头的冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，因此在施工过程中，土层挤压将会对旧桥桩基形成侧偏力，同时在一定范围内的重力钻头锤击时会形成冲击波，造成旧桥及邻近的房屋建筑开裂损坏，引起居民纠纷。回旋钻施工效率较冲击钻效率高，其施工原理为借钻具自重和钻机压力，将耙齿切入土层，在回转力矩的作用下，钻斗同时回转配合不同钻具，但其在坚硬的岩层并不适用，且容易塌孔，掏空旧桥桩基土层，从而造成竖向的沉降。

江门五邑路扩建工程与广珠城际铁路江门支线并行段紧邻有：外海特大桥、江门站特大桥和新民村特大桥。根据五邑路扩建工程设计资料，辅路外边线距城际铁路建筑边界宽度要求W≥5m，且辅路为拼接路基时，拓宽范围路基采用高压旋喷桩复合地基处理。在这一段采用高压旋喷桩的原因是近年来的工程实践表明，高压旋喷桩对地基具有较好的加固效果，且施工效率高，特别在软土地区的地基加固中被广泛应用。高压旋喷桩加固地基的主要原理是：通过高压喷射流对桩周软土造成冲切破坏，使土体颗粒与水泥浆混合成絮状混合体，形成重塑区，重塑区凝聚固结后可以形成强度较高的人工地基。为了在高压旋喷桩施工时能够高效的冲切土体，常使用较高的注浆压力，在较高的注浆压力作用周围，就形成了土体重塑区，同时较高的注浆压力还会对重塑区外侧土体产生劈裂、挤压作用，从已有工程实践可知，高压旋喷桩施工时的注浆压力往往会造成附近构筑物发生偏移的灾害。

由于既有铁路桥址距离高压旋喷桩施工地点较近，施工高压旋喷桩时，桩周土体将发生向外侧的挤压变形，而既有铁路桥梁基桩能承担较大竖向荷载，而不能承担较大侧向荷载，在这种情况下在侧向土体挤压作用下桥梁基桩易发生挠曲变形，导致桥墩偏移，使桥梁上部梁体发生水平位移，甚至转动位移。由于上部荷载作用位置偏移，将进一步加重桥梁基桩的挠曲，造成潜在基桩开裂，甚至断裂的危险。同时当高压旋喷桩施工区段距离既有铁路桥桩基础较近时，各个桩基础的位移呈现出较大的差异，这就造成梁体在线路纵向发生非一致位移。在高压旋喷桩施工压力作用下，由于土-基桩-桥梁相互作用下，必引起桥上轨道的平顺性问题及几何状态恶化，直接影响桥上列车的安全运营。

现有对公路扩建施工对既有结构物影响的研究大都局限于运用有限元软件进行力学的理论分析，通过试验进行研究的很少，主要是由于没有一种能很好模拟公路扩建施工对既有结构物影响的试验模型，因而亟需一种能够很好的模拟现有公路扩建施工对既有结构物影响的方法和模型。

发明内容