高铁振动对邻近桥梁桩基施工混凝土强度的影响

的影响0引言随着交通基础设施的不断完善，当前的公路、铁路线路形成一个个错综复杂的网络，常常存在着交汇与跨过作用的桥梁。处于施工阶段的桥梁存在着与附近已存在路线的冲突，特别是班次繁忙的高速列车自身产生的振动，振动产生的波可能对临近桥梁的施工造成有害的影响；国内和国外学者对混凝土凝结过程中受振动影响的问题做了很多科学的分析与探索，并得到了一些实际的结论。研究了早期混凝土在振动作用下的影响，发现持续振捣四个小时大大提高了新浇混凝土的强度，当终凝混凝土受振动影响时，其结构会受到损坏，进而强度会降低[1]。通过频率和振幅的不同，做了多次振动试验，通过对大量试验结果的分析，发现新浇筑混凝土所能承受的最大振动加速度远远高于工业规范中要求的极限值，而且大部分的混凝土试块在振动的影响下，得到振动对混凝土试块的抗压强度有一定的提升的结论。魏建军通过劈裂抗拉试验数据的对比分析，研究了早期振动[2][3]对混凝土抗拉强度的影响，结果为影响甚微。文中通过现场振动试验，研究了高速列车振动引起的临近土体和桩基施工位置的响应，并对预设的测点测定其加速度，进而得到了其振动的传播规律。同时，利用混凝土现场试验和结果，将高速列车振动对施工混凝土的凝结和成型规律的影响进行分析。因此，通过试验使桩基混凝土施工的质量和安全得到保证。1工程概况该工程YH（英红）桥运用平面转体的方法进行施工，是一座2x9m的预应力混凝土型刚构桥，其中左幅墩距高速铁路桥线路的垂直距离为25.56m，右幅41墩距高速铁路桥线路的垂直距离为26.45m。# [4]高速列车振动诱发附近地面与转体桥桩基影响与临近桩基位置加速度时程曲线的检测方式依靠场地实际情况，把场地划分为3个区域，分别命名为高速铁路桥下部区、YH桥的左幅区和YH桥的右幅区。为方便说明，将高速铁路桥梁下部称为D区，YH桥的左幅称为E区，YH桥的右幅称为F区。D区共有8个测点，E区有3个测点,F区有2个测点，各测点的布置图见图1。这些测点的方向有3个：竖、纵和切向的。D区测点的纵向表示与高速铁路桥梁相垂直的方向，区域E、F中测点的纵向代表高速铁路桥墩台的中心和YH特大桥左幅与右幅的桩基的中心的连接线方向，切向表示和纵向垂直的方向，竖向表示竖直方向。有D1~D6测点垂直于高速铁路桥方向布置。其中D1~D6测点距116桥墩中心线，分别#为2、4、6、&10、12m。D7、D8测点设置在高速铁路桥方向的旋喷桩内外侧。测点E1~E3和F1~F2分别布置在左右幅桩基础群中心与高速铁路桥墩中心连线上。试验结果能够确定测点位置处加速度的大小。

图1测点布置示意图高速铁路桥下部区域地面加速度高速铁路桥下部地面加速度测定为D区加速度采集试验，选距运行高铁距离最短的D1点为研究对象，得到竖、纵及切向的加速度时程曲线，如图2~图4所示。图2D1竖向加速度时程曲线二赳姻E-f二赳姻E-f期图3D1纵向加速度时程曲线0.0127| 」 「 一0.0— *.———<0.01271 0.0 20.4St04 40,%e04时间/ms图4D1切向加速度时程曲线见图2~图4,D1测点得到2列高铁驶过时土体因振动产生的时程曲线。结果表明，在短时间内加速度时程曲线抵达峰值，在到达峰值前确存在渐渐递增的阶段。当高铁逐渐驶入测点附近时，则有其加速度时程曲线能快速的到达峰值。当高速列车慢慢驶离测测定区域时，加速度时程曲线数值迅速的进行下降。如果剔掉2列高铁通过所引起的加速度时程曲线外，图中所示某些位置也有振幅值小的时程曲线。究其原因是现场施工车辆经过和别的其他因素造成的。D区总的测点数为8个，由此得到D区垂直高速铁路线路D1~D6每个测点的3向振动加速度峰值比较(在D5与D6之间有围护作用的旋喷桩，D1到D6每个测点之间的距离为2m)，见图5(a)图。顺着高速铁路线路设置的D7~D8两点(在D7与D8之间存在着起围护作用的旋喷桩,D7比D8更接近高铁桥墩)，且2点的3向振动加速度峰值比较，见图5(b)图所示。

竖向峰值*飙向峰價+径向峰值*纵向峭恆+竖向峰值*飙向峰價+径向峰值*纵向峭恆+切向蜂值0.0140.012'0.01U-0.M8■0.0040.002-图5D区振动加速度峰值示意图二S嚮赵罔吕结合竖向的振动加速度，从图5的左图可以看出，测点D1~D6竖向的振动加速度峰值随距离的增大而减小。有最大点出现在最接近高速铁路桥墩的D1测点位置，为0.01330m/s。从图5(b)可以看出，测点D8竖向的振动加速2度峰值大于测点D7竖向的振动加速度峰值。高速列车引起土体竖向的振动，隔离桩并不能起到隔离作用。通过纵、切向的振动加速度，详见图5(a)，测点D1~D6纵、切向的振动加速度峰值随距离的增大而降低，最大值位于D2测点处，分别为0.00433m/s和0.00550m/s，都接近相应D1测点的加速度峰值。22见图5(b),测点D7的纵向和切向振动加速度峰值大于测点D8。因此，隔离桩对高速列车行驶作用到土体的两个方向上的振动波传播具有良好的隔离效果。YH桥桩基区加速度试验与分析桩基区分为左右两幅，即E区和F区。从E区和F区收集一段典型的数据用于初步分析和介绍。数据见图6、图7所示。图6竖向E1的加速度时程曲线图7竖向F1的加速度时程曲线将区域E和F的加速度时程曲线图6、图7与D区域的加速度时程曲线图2~图4进行比较，可以看出当D区域的振动传递到桩基附近时，辰动已大大衰减。E1和F1测点处的加速度峰值远小于D区域测点的加速度峰值，不足其十分之一。如6图所示，总的获得了4组高铁通过E区域且临近桩基的振动时程曲线。在无高铁组驶过时，桩基附近位置测得的信号几乎可以省略。在图7中，F区的传感器在没有高铁通过时，也能够采集到比较明显的加速度时程曲线。其原因是F区靠近施工便道，当渣土车行驶在施工便道时，它所引起的振动大小接近于高速列车组引起的振动。高速列车组经过所引起的在E区和F区每个测点产生的加速度峰值采集后见表1。表1中将测点E2的数据与测点E1的数据进行比较，能够发现，与测点E1的0.00032m/s相比最大竖向加速度0.00120m/s有明显的增加。同时纵向加22速度峰值也增长较大。有纵向加速度峰值由0.00039m/s提升到0.00079m/s,22但切向加速度峰值与测点E1处的值相差不大。究其原因可以看出，在测点E1与号高速铁路桥墩之间的连接方向上，存在反力座及结构本身基础的阻碍。测点E1和E2的竖向加速度和纵向加速度的大小有不同范围的减小。表1E、F区各点高速列车所致加速度峰值m/s2測点編号方向能向垃值横向数價特向/■横向FI纵向0.000230.000390.5S974切向O.OOO32O.DOO540.59259E2纵向0.0002330.000790.29494洌向(J.Q01200.000422.5OOOOE3纵向0,000960.000551.74545切向0.00074u.oocony£.31461FI纵向0.000260.000161.62500切向0,000160.0005IOJI373F2纵向0.0015S0.001600.9K750切向Q.QWS40.000691.21739使测点E3的数值与测点E1的数值比对，发现测点E3的竖向加速度峰值0.00096m/s比测点E1的0.00032m/s大，这是因为基础结构与桥墩使的竖向22加速度大大降低；并且测点E3处的纵向加速度峰值是0.00055m/s，与测点E12处纵向加速度峰值0.00039m/s相差不大。则能够得出反力座及它的基础阻挡2纵向加速度的作用不显著。且有测点E3切向加速度峰值为0.000089m/s，与2测点E1切向加速度峰值0.00054m/s相比则下降很多。这是由于在反力座附近2布置了测点，如图1所示。此外，F区的最大加速度峰值为0.00160m/s，比E2区最大加速度峰值0.00120m/s稍大一些，其原因是施工便道临近F区。2高速列车行驶的振动对桩基现浇混凝土强度影响3.1思路与分析方法将未受振动影响区域的混凝土强度作为比对组。对3个时间段混凝土的强度进行测定，分析对比在不同距离的振动对混凝土强度的影响，得到施工过程[5，6]中高速列车的振动对混凝土凝结成型的影响规律。这项研究基于此两次测试。试验I分为三个阶段：夜间混凝土初凝阶段、早晨混凝土的初凝阶段和早晨混凝土的终凝阶段，且试块放置在振动区域。以距离高铁线0、2、4、6、810m、桥墩台处和未受干扰区域作为试验位置。试验II阶段分为初凝前阶段、初凝至终凝阶段和终凝后的阶段。试件的放置地点同试验I，根据整体性混凝土强度试验的需要对混凝土凝结时间段进行选择，使试验结果更能反映实际情况。试验共2次有270个试块，能尽可能的消除各因素导致的误差，得到可信的规律。3.2高速列车振动对夜间桩基施工混凝土强度影响(1)把制作好的试块移送至施工现场。浇筑为150mmx150mmx150mm的试块，采用混凝土制作而成。按照夜晚初凝阶段的混凝土、早晨初凝阶段的[7]混凝土和早晨终凝阶段的混凝土分别在距离高速铁路线路下中心线的0、2、4、6、810m、桥墩处和未受振动影响的区域(在远离高速铁路的地方使用6cm厚的海绵垫)放置。试件按阶段的不同进行分组：夜间的初凝阶段、早晨的初凝阶段和早晨混凝土的终凝阶段，则有为D、E、F组，包括D组在高速列车行驶所产生振动影响的试件为36个，未受振动影响的比对组有5个；E组在高速列车行驶所产生振动影响的试件有53个，未受振动影响的比对组13个；F组在高速列车行驶所产生振动影响的试件有14个，未受振动影响的比对组有5个，总数有126个试块，试验的场地及试块的布置见8图。

苏7元画4m苏7元画4m中线6imRlhI叫尊广州方向7 -*R4r北京方向对鮒眛P桥驰图8试验场地及试块现场布置图(2)将混凝土养护7d达到规定龄期后，通过单轴抗压试验对其强度进行测定。根据GBT20107-2010《混凝土强度检验评定标准》的有关评定方法及[8]试样容量小于10组时的处理方法。且它们都属于非统计方法。运用此方法进行混凝土强度评定时，其强度应符合以下的规定：参照TB10426-2004铁路工呈结构混凝土强度检测规程中相关资料所述间，关于标准差的检验借助相对标准差系数e。r相对标准差系数愈小，则有其离散性越好，强度平均值的取值越合理。按照GBT50107-2010混凝土强度检验评定标准内的章5.1到5.2的有关评定方法及式(1)~式(4)的有关检验，得出混凝土试块抗压强度平均的实际检验值，进而得到每个阶段混凝土试验块的抗压强度结果，详见表2。

表2各阶段试块抗压强度结果时间分组试验纽的比对组强度改变强度改节点均值/MPe/MPa值/MPa变率/%Oin59.1+3.7+6.72m57.7+2.3+4.2初4in574+2.0■+3.6夜间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终[,14m5S.L-0”26i[i57.657.9-03-0.5平8m57.8-0.1-0.2KHi59.7-l.fi+31锻底582+0.3-H1.5将试验数据表2汇总在图9中。其不同位置的组1~7组表示0、2、4、6、810m和桥墩处。不同时间点的1~3组混凝土初凝时间为夜间、早晨，终凝时间为早晨。图9试验各阶段混凝土强度结果图

通过图9可以看出，试验夜间时段混凝土抗压强度呈现随间距的变大而降低的规律，初凝-早晨阶段同样遵循这一趋势，并相较于第1组更加显著。但终凝-早晨阶段的这种规律并不显著。高速列车振动对白天桩基施工混凝土强度影响（1）按照初凝前的混凝土、初凝-终凝和终凝后的混凝土阶段试块及放置位置同上。根据时间阶段的差异进行划分混凝土：初凝前、初凝-终凝和终凝后，定义为J、KL组。试验的场地及试块的布置见图10。桥氓组LKJ桥氓组LKJ图10试验场地及试块现场布置图2）试块抗压强度比对见表3。表3各阶段试块抗压强度结果

时间試验组的比对组强i度改变强度改节点Jijffi/MPa/MPlifil.-Wa变率/%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