高鐵振動對鄰近橋梁樁基施工混凝土強(qiáng)度的影響

的影響0引言隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，當(dāng)前的公路、鐵路線路形成一個個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，常常存在著交匯與跨過作用的橋梁。處于施工階段的橋梁存在著與附近已存在路線的沖突，特別是班次繁忙的高速列車自身產(chǎn)生的振動，振動產(chǎn)生的波可能對臨近橋梁的施工造成有害的影響；國內(nèi)和國外學(xué)者對混凝土凝結(jié)過程中受振動影響的問題做了很多科學(xué)的分析與探索，并得到了一些實(shí)際的結(jié)論。研究了早期混凝土在振動作用下的影響，發(fā)現(xiàn)持續(xù)振搗四個小時大大提高了新澆混凝土的強(qiáng)度，當(dāng)終凝混凝土受振動影響時，其結(jié)構(gòu)會受到損壞，進(jìn)而強(qiáng)度會降低[1]。通過頻率和振幅的不同，做了多次振動試驗，通過對大量試驗結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)新澆筑混凝土所能承受的最大振動加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)規(guī)范中要求的極限值，而且大部分的混凝土試塊在振動的影響下，得到振動對混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度有一定的提升的結(jié)論。魏建軍通過劈裂抗拉試驗數(shù)據(jù)的對比分析，研究了早期振動[2][3]對混凝土抗拉強(qiáng)度的影響，結(jié)果為影響甚微。文中通過現(xiàn)場振動試驗，研究了高速列車振動引起的臨近土體和樁基施工位置的響應(yīng)，并對預(yù)設(shè)的測點(diǎn)測定其加速度，進(jìn)而得到了其振動的傳播規(guī)律。同時，利用混凝土現(xiàn)場試驗和結(jié)果，將高速列車振動對施工混凝土的凝結(jié)和成型規(guī)律的影響進(jìn)行分析。因此，通過試驗使樁基混凝土施工的質(zhì)量和安全得到保證。1工程概況該工程YH（英紅）橋運(yùn)用平面轉(zhuǎn)體的方法進(jìn)行施工，是一座2x9m的預(yù)應(yīng)力混凝土型剛構(gòu)橋，其中左幅墩距高速鐵路橋線路的垂直距離為25.56m，右幅41墩距高速鐵路橋線路的垂直距離為26.45m。# [4]高速列車振動誘發(fā)附近地面與轉(zhuǎn)體橋樁基影響與臨近樁基位置加速度時程曲線的檢測方式依靠場地實(shí)際情況，把場地劃分為3個區(qū)域，分別命名為高速鐵路橋下部區(qū)、YH橋的左幅區(qū)和YH橋的右幅區(qū)。為方便說明，將高速鐵路橋梁下部稱為D區(qū)，YH橋的左幅稱為E區(qū)，YH橋的右幅稱為F區(qū)。D區(qū)共有8個測點(diǎn)，E區(qū)有3個測點(diǎn),F區(qū)有2個測點(diǎn)，各測點(diǎn)的布置圖見圖1。這些測點(diǎn)的方向有3個：豎、縱和切向的。D區(qū)測點(diǎn)的縱向表示與高速鐵路橋梁相垂直的方向，區(qū)域E、F中測點(diǎn)的縱向代表高速鐵路橋墩臺的中心和YH特大橋左幅與右幅的樁基的中心的連接線方向，切向表示和縱向垂直的方向，豎向表示豎直方向。有D1~D6測點(diǎn)垂直于高速鐵路橋方向布置。其中D1~D6測點(diǎn)距116橋墩中心線，分別#為2、4、6、&10、12m。D7、D8測點(diǎn)設(shè)置在高速鐵路橋方向的旋噴樁內(nèi)外側(cè)。測點(diǎn)E1~E3和F1~F2分別布置在左右幅樁基礎(chǔ)群中心與高速鐵路橋墩中心連線上。試驗結(jié)果能夠確定測點(diǎn)位置處加速度的大小。

圖1測點(diǎn)布置示意圖高速鐵路橋下部區(qū)域地面加速度高速鐵路橋下部地面加速度測定為D區(qū)加速度采集試驗，選距運(yùn)行高鐵距離最短的D1點(diǎn)為研究對象，得到豎、縱及切向的加速度時程曲線，如圖2~圖4所示。圖2D1豎向加速度時程曲線二赳姻E-f二赳姻E-f期圖3D1縱向加速度時程曲線0.0127| 」 「 一0.0— *.———<0.01271 0.0 20.4St04 40,%e04時間/ms圖4D1切向加速度時程曲線見圖2~圖4,D1測點(diǎn)得到2列高鐵駛過時土體因振動產(chǎn)生的時程曲線。結(jié)果表明，在短時間內(nèi)加速度時程曲線抵達(dá)峰值，在到達(dá)峰值前確存在漸漸遞增的階段。當(dāng)高鐵逐漸駛?cè)霚y點(diǎn)附近時，則有其加速度時程曲線能快速的到達(dá)峰值。當(dāng)高速列車慢慢駛離測測定區(qū)域時，加速度時程曲線數(shù)值迅速的進(jìn)行下降。如果剔掉2列高鐵通過所引起的加速度時程曲線外，圖中所示某些位置也有振幅值小的時程曲線。究其原因是現(xiàn)場施工車輛經(jīng)過和別的其他因素造成的。D區(qū)總的測點(diǎn)數(shù)為8個，由此得到D區(qū)垂直高速鐵路線路D1~D6每個測點(diǎn)的3向振動加速度峰值比較(在D5與D6之間有圍護(hù)作用的旋噴樁，D1到D6每個測點(diǎn)之間的距離為2m)，見圖5(a)圖。順著高速鐵路線路設(shè)置的D7~D8兩點(diǎn)(在D7與D8之間存在著起圍護(hù)作用的旋噴樁,D7比D8更接近高鐵橋墩)，且2點(diǎn)的3向振動加速度峰值比較，見圖5(b)圖所示。

豎向峰值*飆向峰價+徑向峰值*縱向峭恆+豎向峰值*飆向峰價+徑向峰值*縱向峭恆+切向蜂值0.0140.012'0.01U-0.M8■0.0040.002-圖5D區(qū)振動加速度峰值示意圖二S嚮趙罔呂結(jié)合豎向的振動加速度，從圖5的左圖可以看出，測點(diǎn)D1~D6豎向的振動加速度峰值隨距離的增大而減小。有最大點(diǎn)出現(xiàn)在最接近高速鐵路橋墩的D1測點(diǎn)位置，為0.01330m/s。從圖5(b)可以看出，測點(diǎn)D8豎向的振動加速2度峰值大于測點(diǎn)D7豎向的振動加速度峰值。高速列車引起土體豎向的振動，隔離樁并不能起到隔離作用。通過縱、切向的振動加速度，詳見圖5(a)，測點(diǎn)D1~D6縱、切向的振動加速度峰值隨距離的增大而降低，最大值位于D2測點(diǎn)處，分別為0.00433m/s和0.00550m/s，都接近相應(yīng)D1測點(diǎn)的加速度峰值。22見圖5(b),測點(diǎn)D7的縱向和切向振動加速度峰值大于測點(diǎn)D8。因此，隔離樁對高速列車行駛作用到土體的兩個方向上的振動波傳播具有良好的隔離效果。YH橋樁基區(qū)加速度試驗與分析樁基區(qū)分為左右兩幅，即E區(qū)和F區(qū)。從E區(qū)和F區(qū)收集一段典型的數(shù)據(jù)用于初步分析和介紹。數(shù)據(jù)見圖6、圖7所示。圖6豎向E1的加速度時程曲線圖7豎向F1的加速度時程曲線將區(qū)域E和F的加速度時程曲線圖6、圖7與D區(qū)域的加速度時程曲線圖2~圖4進(jìn)行比較，可以看出當(dāng)D區(qū)域的振動傳遞到樁基附近時，辰動已大大衰減。E1和F1測點(diǎn)處的加速度峰值遠(yuǎn)小于D區(qū)域測點(diǎn)的加速度峰值，不足其十分之一。如6圖所示，總的獲得了4組高鐵通過E區(qū)域且臨近樁基的振動時程曲線。在無高鐵組駛過時，樁基附近位置測得的信號幾乎可以省略。在圖7中，F(xiàn)區(qū)的傳感器在沒有高鐵通過時，也能夠采集到比較明顯的加速度時程曲線。其原因是F區(qū)靠近施工便道，當(dāng)渣土車行駛在施工便道時，它所引起的振動大小接近于高速列車組引起的振動。高速列車組經(jīng)過所引起的在E區(qū)和F區(qū)每個測點(diǎn)產(chǎn)生的加速度峰值采集后見表1。表1中將測點(diǎn)E2的數(shù)據(jù)與測點(diǎn)E1的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，能夠發(fā)現(xiàn)，與測點(diǎn)E1的0.00032m/s相比最大豎向加速度0.00120m/s有明顯的增加。同時縱向加22速度峰值也增長較大。有縱向加速度峰值由0.00039m/s提升到0.00079m/s,22但切向加速度峰值與測點(diǎn)E1處的值相差不大。究其原因可以看出，在測點(diǎn)E1與號高速鐵路橋墩之間的連接方向上，存在反力座及結(jié)構(gòu)本身基礎(chǔ)的阻礙。測點(diǎn)E1和E2的豎向加速度和縱向加速度的大小有不同范圍的減小。表1E、F區(qū)各點(diǎn)高速列車所致加速度峰值m/s2測點(diǎn)編號方向能向垃值橫向數(shù)價特向/■橫向FI縱向0.000230.000390.5S974切向O.OOO32O.DOO540.59259E2縱向0.0002330.000790.29494洌向(J.Q01200.000422.5OOOOE3縱向0,000960.000551.74545切向0.00074u.oocony￡.31461FI縱向0.000260.000161.62500切向0,000160.0005IOJI373F2縱向0.0015S0.001600.9K750切向Q.QWS40.000691.21739使測點(diǎn)E3的數(shù)值與測點(diǎn)E1的數(shù)值比對，發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)E3的豎向加速度峰值0.00096m/s比測點(diǎn)E1的0.00032m/s大，這是因為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與橋墩使的豎向22加速度大大降低；并且測點(diǎn)E3處的縱向加速度峰值是0.00055m/s，與測點(diǎn)E12處縱向加速度峰值0.00039m/s相差不大。則能夠得出反力座及它的基礎(chǔ)阻擋2縱向加速度的作用不顯著。且有測點(diǎn)E3切向加速度峰值為0.000089m/s，與2測點(diǎn)E1切向加速度峰值0.00054m/s相比則下降很多。這是由于在反力座附近2布置了測點(diǎn)，如圖1所示。此外，F(xiàn)區(qū)的最大加速度峰值為0.00160m/s，比E2區(qū)最大加速度峰值0.00120m/s稍大一些，其原因是施工便道臨近F區(qū)。2高速列車行駛的振動對樁基現(xiàn)澆混凝土強(qiáng)度影響3.1思路與分析方法將未受振動影響區(qū)域的混凝土強(qiáng)度作為比對組。對3個時間段混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行測定，分析對比在不同距離的振動對混凝土強(qiáng)度的影響，得到施工過程[5，6]中高速列車的振動對混凝土凝結(jié)成型的影響規(guī)律。這項研究基于此兩次測試。試驗I分為三個階段：夜間混凝土初凝階段、早晨混凝土的初凝階段和早晨混凝土的終凝階段，且試塊放置在振動區(qū)域。以距離高鐵線0、2、4、6、810m、橋墩臺處和未受干擾區(qū)域作為試驗位置。試驗II階段分為初凝前階段、初凝至終凝階段和終凝后的階段。試件的放置地點(diǎn)同試驗I，根據(jù)整體性混凝土強(qiáng)度試驗的需要對混凝土凝結(jié)時間段進(jìn)行選擇，使試驗結(jié)果更能反映實(shí)際情況。試驗共2次有270個試塊，能盡可能的消除各因素導(dǎo)致的誤差，得到可信的規(guī)律。3.2高速列車振動對夜間樁基施工混凝土強(qiáng)度影響(1)把制作好的試塊移送至施工現(xiàn)場。澆筑為150mmx150mmx150mm的試塊，采用混凝土制作而成。按照夜晚初凝階段的混凝土、早晨初凝階段的[7]混凝土和早晨終凝階段的混凝土分別在距離高速鐵路線路下中心線的0、2、4、6、810m、橋墩處和未受振動影響的區(qū)域(在遠(yuǎn)離高速鐵路的地方使用6cm厚的海綿墊)放置。試件按階段的不同進(jìn)行分組：夜間的初凝階段、早晨的初凝階段和早晨混凝土的終凝階段，則有為D、E、F組，包括D組在高速列車行駛所產(chǎn)生振動影響的試件為36個，未受振動影響的比對組有5個；E組在高速列車行駛所產(chǎn)生振動影響的試件有53個，未受振動影響的比對組13個；F組在高速列車行駛所產(chǎn)生振動影響的試件有14個，未受振動影響的比對組有5個，總數(shù)有126個試塊，試驗的場地及試塊的布置見8圖。

蘇7元畫4m蘇7元畫4m中線6imRlhI叫尊廣州方向7 -*R4r北京方向?qū)︴V眛P橋馳圖8試驗場地及試塊現(xiàn)場布置圖(2)將混凝土養(yǎng)護(hù)7d達(dá)到規(guī)定齡期后，通過單軸抗壓試驗對其強(qiáng)度進(jìn)行測定。根據(jù)GBT20107-2010《混凝土強(qiáng)度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)評定方法及[8]試樣容量小于10組時的處理方法。且它們都屬于非統(tǒng)計方法。運(yùn)用此方法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度評定時，其強(qiáng)度應(yīng)符合以下的規(guī)定：參照TB10426-2004鐵路工呈結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測規(guī)程中相關(guān)資料所述間，關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)差的檢驗借助相對標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)e。r相對標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)愈小，則有其離散性越好，強(qiáng)度平均值的取值越合理。按照GBT50107-2010混凝土強(qiáng)度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的章5.1到5.2的有關(guān)評定方法及式(1)~式(4)的有關(guān)檢驗，得出混凝土試塊抗壓強(qiáng)度平均的實(shí)際檢驗值，進(jìn)而得到每個階段混凝土試驗塊的抗壓強(qiáng)度結(jié)果，詳見表2。

表2各階段試塊抗壓強(qiáng)度結(jié)果時間分組試驗紐的比對組強(qiáng)度改變強(qiáng)度改節(jié)點(diǎn)均值/MPe/MPa值/MPa變率/%Oin59.1+3.7+6.72m57.7+2.3+4.2初4in574+2.0■+3.6夜間6m5S.455.4-3.0+5.4Bin56.7+1.3+2.310m56.0■H)P6+11増底56.3-0.9+1.6Om60J-3.7+6.6初2in59J+2,9+514m58J+1.7+3.0擬6m5S.256.4+1.8+3,2Rm569■HM■W.910m歸-0.1-0.2城底56.7+0.5Oin58.4-OJP.92m57.900.0終[,14m5S.L-0”26i[i57.657.9-03-0.5平8m57.8-0.1-0.2KHi59.7-l.fi+31鍛底582+0.3-H1.5將試驗數(shù)據(jù)表2匯總在圖9中。其不同位置的組1~7組表示0、2、4、6、810m和橋墩處。不同時間點(diǎn)的1~3組混凝土初凝時間為夜間、早晨，終凝時間為早晨。圖9試驗各階段混凝土強(qiáng)度結(jié)果圖

通過圖9可以看出，試驗夜間時段混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)隨間距的變大而降低的規(guī)律，初凝-早晨階段同樣遵循這一趨勢，并相較于第1組更加顯著。但終凝-早晨階段的這種規(guī)律并不顯著。高速列車振動對白天樁基施工混凝土強(qiáng)度影響（1）按照初凝前的混凝土、初凝-終凝和終凝后的混凝土階段試塊及放置位置同上。根據(jù)時間階段的差異進(jìn)行劃分混凝土：初凝前、初凝-終凝和終凝后，定義為J、KL組。試驗的場地及試塊的布置見圖10。橋氓組LKJ橋氓組LKJ圖10試驗場地及試塊現(xiàn)場布置圖2）試塊抗壓強(qiáng)度比對見表3。表3各階段試塊抗壓強(qiáng)度結(jié)果

時間試驗組的比對組強(qiáng)i度改變強(qiáng)度改節(jié)點(diǎn)Jijffi/MPa/MPlifil.-Wa變率/%Olli60.5+5.8+10.62m58.4+3.7+6.8初4m57.7+3.04-5.56m57.254.7+2.5+4.6-U.IJIJKm56.6+1.9+3.5Itkn570+2.3+4.2燉底55.3+0,6+1.1Dim5S.8+4.5+8.3初2m57.K+3.5+6.4凝4m56.3+2.U4-3