馬宗豪，韓小銳

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266001）

1 工程概況

沉管隧道最終接頭安裝后對(duì)基床施加較大的荷載，碎石基床會(huì)產(chǎn)生一定的沉降，對(duì)隧道線形以及最終接頭安裝協(xié)調(diào)性和止水等都有直接的影響。為獲得最終接頭著床后碎石基床沉降及變形情況，進(jìn)行了碎石基床穩(wěn)定性驗(yàn)證試驗(yàn)。

港珠澳大橋沉管隧道最終接頭碎石基床共包括3條碎石壟，基床寬42.95 m，采用橫向壟結(jié)構(gòu)，壟頂寬1.7 m，壟溝寬0.55 m，壟中心距2.25 m，基床厚度為1.3 m。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)材料

碎石級(jí)配與實(shí)際施工相同，采用能夠自由散落且未受污染、干凈、耐久性良好、級(jí)配良好的碎石，碎石含泥量嚴(yán)格控制，不大于2%，石料飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度不低于50 MPa，碎石材料粒徑及級(jí)配滿足表1的要求[1-2]。

表1 碎石粒徑及級(jí)配指標(biāo)Table1 Particle sizeand gradation index for gravel

2.2 試驗(yàn)裝置和方法

2.2.1 場(chǎng)地選擇和設(shè)備

選擇條件合適的試驗(yàn)場(chǎng)地，場(chǎng)地長(zhǎng)40 m，寬30 m，開(kāi)山體基礎(chǔ)，上部硬化混凝土路面。采用50 t吊機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)吊裝。

2.2.2 基床整平

碎石基床按照1.3 m、1.5 m、1.7 m三種厚度進(jìn)行鋪設(shè)，各為兩條碎石壟，壟長(zhǎng)9 m，壟頂寬1.7 m，壟溝寬0.55 m，四周側(cè)限碎石厚度為基床厚度的2/3，分別為0.86 m、1 m、1.13 m，側(cè)限碎石肩寬為1.5 m，坡比為1頤1.5。

試驗(yàn)碎石基床采用人工整平工藝鋪設(shè)。先鋪設(shè)1.0 m、1.2 m、1.4 m厚碎石，然后安置導(dǎo)軌，導(dǎo)軌設(shè)置在第1條和第2條碎石壟中心處，導(dǎo)軌間距2.2 m。導(dǎo)軌按設(shè)計(jì)高程安置好后采用刮道鋪設(shè)0.3 m碎石壟，整平完成后導(dǎo)軌拆除。碎石基床鋪設(shè)效果如圖1所示。

圖1 碎石基床鋪設(shè)效果圖Fig.1 Laying effect diagram of rubble bedding

2.2.3 加載底板制作及測(cè)量裝置布設(shè)

加載底板采用鋼柱焊接而成，加載底板平面尺寸采用4.95 m伊5 m，底板總重量為8 t。加載底板的4個(gè)角點(diǎn)安裝4個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)用角鋼與鋼片組合焊接。試驗(yàn)期間選擇測(cè)點(diǎn)安裝百分表，對(duì)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。每一層壓載物放置完成后，均用水準(zhǔn)儀測(cè)量4個(gè)點(diǎn)的沉降值。

碎石基床墊層壓力監(jiān)測(cè)采用振弦式土壓力計(jì)，碎石墊層中布置4支土壓力計(jì)，1號(hào)、2號(hào)測(cè)點(diǎn)布置于壟頂壓載區(qū)域中間位置，3號(hào)布置于壓載區(qū)域邊緣，4號(hào)布置于壓載區(qū)域外部。測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示。每次荷載變化時(shí)記錄工況，并采集一次土壓力計(jì)讀數(shù)。

2.2.4 壓載塊加載

底板上部的壓載塊分為3層，第1層載荷約60 t，第2層載荷約70 t，第3層載荷約60 t。每一層載荷加完后逐點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，直至沉降穩(wěn)定后進(jìn)入下一層加載[3-4]。

3 碎石基床穩(wěn)定性分析

碎石基床按照1.3 m、1.5 m、1.7 m三種厚度進(jìn)行鋪設(shè)為1個(gè)組，為使試驗(yàn)更準(zhǔn)確，排除偶然因素影響，共鋪設(shè)3組。在每層荷載進(jìn)行壓載后，每隔10 min進(jìn)行一次沉降觀測(cè)，共觀測(cè)4次（40 min）并記錄其沉降量。

根據(jù)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)對(duì)碎石基床的沉降速度、沉降值和基床壓力傳遞等進(jìn)行分析。

圖2 土壓力盒布置圖Fig.2 Layout of soil pressure cell

3.1 基床沉降速度與沉降量分析

通過(guò)試驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)，分別以每組壓載試驗(yàn)時(shí)間和沉降量大小為軸做折線圖如圖3所示。

由圖3可看出，每層荷載施加完成后30耀40 min沉降基本達(dá)到穩(wěn)定，沉降速度較快，主要集中在10耀20 min內(nèi)，沉降量在10耀20 mm范圍內(nèi)。在每組沉降試驗(yàn)中可以看出，在厚度1.3耀1.7 m范圍內(nèi)，基床厚度與沉降量無(wú)顯著對(duì)應(yīng)關(guān)系，基床累計(jì)沉降量范圍為25耀40 mm。

3.2 基床荷載分析

在每層荷載加載后，監(jiān)測(cè)每個(gè)壓力計(jì)數(shù)值并記錄。各點(diǎn)所測(cè)得壓力值，在每組壓力監(jiān)測(cè)中各點(diǎn)的受力變化相似，取第2組壓力監(jiān)測(cè)值并分析，如圖4所示[5]。

圖3 壓載試驗(yàn)沉降監(jiān)測(cè)Fig.3 Settlement monitoring of loading experience

圖4 土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.4 Monitoring results of soil pressure cell

可以看出，試驗(yàn)期間土壓力盒監(jiān)測(cè)到最大壓力值為厚度1.5 m的第2組試驗(yàn)中3號(hào)測(cè)點(diǎn)118.4 kPa。設(shè)定碎石應(yīng)力擴(kuò)散角為38毅，碎石墊層重度為16 000 N/m3，計(jì)算最終加載至199 t時(shí)，厚度1.3 m基床底面應(yīng)力為68.6 kPa，厚度1.5 m基床底面應(yīng)力為66.4 kPa，厚度1.7 m基床底面應(yīng)力為66.5 kPa。在厚度1.3 m基床試驗(yàn)中，底面應(yīng)力擴(kuò)散范圍約為1 m，因此4號(hào)測(cè)點(diǎn)沒(méi)有監(jiān)測(cè)到壓力隨加載變化的影響[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)最終接頭碎石基床穩(wěn)定性試驗(yàn)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

1）在每層加載后，10耀20 min出現(xiàn)瞬時(shí)沉降，在30耀40 min范圍內(nèi)基床沉降基本結(jié)束，且較大沉降過(guò)程均集中在前20 min內(nèi)。

2）根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基床厚度為1.3 m、1.5 m、1.7 m的加載試驗(yàn)中，3種基床的最終沉降量與基床厚度無(wú)顯著的關(guān)聯(lián)性及規(guī)律。

3）最終加載完成后，監(jiān)測(cè)到最大壓力值達(dá)到118.4 kPa，與理論計(jì)算值116.47 kPa相近，監(jiān)測(cè)精度達(dá)到預(yù)期效果。對(duì)比不同厚度基床加載試驗(yàn)中4號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力值，可知碎石應(yīng)力擴(kuò)散范圍約為38毅，厚度為1.3 m的基床地面應(yīng)力擴(kuò)散范圍約為1 m。

通過(guò)最終接頭碎石基床穩(wěn)定性試驗(yàn)，得到了基床加載與碎石基床的沉降量、沉降速度等參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系及規(guī)律，對(duì)后續(xù)類(lèi)似工程具有重要的借鑒意義。