桥梁桩基施工与邻近高铁运营相互影响研究

'工程硕士学位论文桥梁桩基施工与邻近高铁运营相互影响研究作者姓名郑华堂工程领域建筑与土木工程校内指导教师单成林教授校外指导教师张作鹏高级工程师所在学院土木与交通学院论文提交日期2018年4月 StudyontheInteractionbetweenBridgePileFoundationConstructionandAdjacentHigh-speedRailOperationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhengHuatangSupervisor：Prof.ShanChenglinZhangZuopengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China 分类号：U448学校代号：10561学号：201520106858华南理工大学硕士学位论文桥梁桩基施工与邻近高铁运营相互影响研究作者姓名：郑华堂指导教师姓名、职称：单成林教授张作鹏高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：建筑与土木工程论文形式：产品研发工程设计应用研究工程/项目管理调研报告研究方向：桥梁工程论文提交日期：年月日论文答辩日期：年月日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：好委员： 摘要近年来，随着我国经济发展不停升温、提速，高速铁路网与高速公路网也相继不断地开发、扩大。其中必然存在着许多相互交叉的线路，而这些跨越既有铁路的桥梁施工与被跨越的铁路运营之间也会出现相互影响的情况。本文从桥梁施工中桩基施工入手，重点研究了桩基施工中钻孔灌注桩的施工与高铁运营之间的相互影响关系。本文依托中铁四局龙怀高速TJ25标段跨武广高铁英红特大桥转体施工项目，通过现场试验与有限元数值模拟以及数据分析的方式展开了有关桥梁桩基施工与高铁运营之间相互影响的研究，具体研究工作与成果如下：1.将现场的场地分为了三个合理的区域，在每个区域均布设了一些测点对振动加速度时程曲线进行测试，分析了随着距离高铁线路的增加加速度峰值的变化规律、不同测试位置的频率分布以及旋喷桩对振动波的阻挡作用。研究表明，在桩基附近测得的振动加速度时程曲线峰值只有重力加速度g的万分之一，可以认为高铁运营引起的振动波传播在桩基处的影响十分有限。2.通过现场的混凝土试验，探讨高铁经过时产生的振动是否对桩基施工处现浇混凝土强度构成影响以及对距离震源不同位置、受振动时间阶段不同的混凝土成型影响规律。研究表明，高铁振动对早期混凝土凝结强度是有提高的，特别是对处于初凝时间段的混凝土，但是对终凝成型后的混凝土影响不大。3.采用MidasGTS有限元软件将桩基施工振动对高铁运营的影响进行了研究，利用控制变量法，研究了不同深度、不同锤重、不同冲程、不同位置处的钻孔冲击荷载对高铁桥梁的内力影响。将得到的位移值和振动峰值速度与标准规范中的限值进行了比对，对比发现高铁桥梁位移与最大振动速度峰值均未超过允许的保守限值，因此不会对高铁桥梁及运营安全产生不利影响；通过模拟分析位移的影响看出打桩距线路5m甚至更近产生的冲击作用不足以对高铁主梁位移产生影响，分析振动速度的影响看出取保守振动速度限值为1cm/s，对应的安全施工距离为10m。关键词：高速铁路；桩基施工；钻孔灌注桩；有限元；控制变量法；运营安全I AbstractInrecentyears,withthecontinuousdevelopmentofChina"seconomic,high-speedrailnetworkandexpresswaynetworkhavebeencontinuouslydevelopedandexpanded.Theremustbemanyintersectinglines,andtherewillbemutualinfluencebetweenthebridgeconstructionandthecrossingrailwayoperation.Startingfrompilefoundationconstructioninbridgeconstruction,thispaperfocusesontheinteractionbetweenboredpileconstructionofpilefoundationconstructionandhigh-speedrailoperation.ThisarticlereliesontheTJ25sectionprojectofYinghongsuperbridgewhichcrossestheWuhan-GuangzhouHigh-speedRailwayandisbuiltbyfifthconstructionCo,LTDofCTCEgroup.Throughthefieldtest,finiteelementnumericalsimulationanddataanalysis,therelevantconstructionofthebridgepilefoundationandthehigh-speedrailoperationaremutuallycarriedout.Theconcreteresearchworkandachievementsareasfollows:Firstly,dividethesiteintothreereasonableareas,andplacetestpointsineachareatotestthevibrationaccelerationtime-historycurve.Analyzethechangeruleoftheaccelerationpeakalongwiththehigh-speedraillines,thefrequencydistributionofdifferenttestpositionsandtheblockingeffectoftherotaryjetpileonthevibrationwave.Thestudyshowsthatthepeakvalueofthevibrationaccelerationtimehistorycurvemeasurednearthepilefoundationisonly1/10000ofthegravityacceleration.Inonepart,itcanbeconsideredthattheimpactofthevibrationwavepropagationcausedbyhigh-speedrailoperationonthepilefoundationisverylimited.Secondly,throughon-the-spotconcretetest,itisinvestigatedwhetherthevibrationgeneratedduringpassingofthehigh-speedrailhasaneffectonthestrengthofcast-in-placeconcreteattheconstructionsiteofthepilefoundation,theinfluenceofconcreteformingatdifferentlocationsfromthesourceandaffectedbythevibrationtime.Thestudyshowsthatthevibrationofhigh-speedrailcanimprovethestrengthofearlyconcrete,especiallyforconcreteintheinitialsettingperiod,butithaslittleeffectontheconcreteafterfinalmolding.Finally,MidasGTSfiniteelementsoftwareisusedtostudytheinfluenceofpileII foundationconstructionvibrationontheoperationofhigh-speedrailways.Byusingthecontrolvariablemethod,theimpactoftheimpactloadsontheinternalforceofthehigh-speedrailbridgeisstudiedatdifferentdepth,differentweight,differentstrokeanddifferentposition.Thedisplacementandthemaximumpeakvelocityofthevibrationarecomparedwiththelimitvaluesinthestandard.Itisfoundthattheresultsobtaineddonotexceedtheallowableconservativelimit,soitwillnothaveanadverseimpactonthesafetyofhigh-speedrailwaybridgeandoperation;throughsimulationanalysisoftheinfluenceofdisplacement,itcanbeseenthattheimpactgeneratedbythepilingdistanceof5morlessisnotenoughtoaffectthedisplacementofthehigh-speedrailgirder.Theanalysisoftheeffectofvibrationvelocityshowsthattheconservativevibrationspeedlimitis1cm/s,theconstructiondistanceis10mforthesafety.Keyword:high-speedrailway,pilefoundationconstruction,boredpile,finiteelement,controlvariablemethod,operationsafetyIII 目录摘要.......................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................II目录....................................................................................................................................IV第一章绪论...............................................................................................................................11.1研究的背景与意义.......................................................................................................11.2国内外研究现状...........................................................................................................21.2.1振动对混凝土强度的影响研究........................................................................21.2.2桩基施工振动对高铁运营影响........................................................................41.3研究的技术难点...........................................................................................................61.4研究的主要内容...........................................................................................................71.5研究的技术路线...........................................................................................................8第二章钻孔灌注桩冲击特性..................................................................................................92.1引言...............................................................................................................................92.2冲击荷载.......................................................................................................................92.3冲击模型.......................................................................................................................92.4振动波在土体的传播.................................................................................................122.5三维波动方程.............................................................................................................132.5.1体波的传播......................................................................................................132.5.2面波的传播......................................................................................................142.6振动波的衰减.............................................................................................................152.7钻孔桩施工方案.........................................................................................................172.7.1施工准备..........................................................................................................172.7.2钻孔、成孔、清孔..........................................................................................182.7.3钢筋骨架制作和安装......................................................................................192.7.4水下混凝土灌注..............................................................................................192.8本章小结.....................................................................................................................20IV 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究....................................................213.1引言.............................................................................................................................213.2英红特大桥工程概况.................................................................................................213.3英红特大桥地面及桩基附近加速度时程曲线测试方案.........................................223.4各区域地面加速度试验与分析.................................................................................243.4.1高铁桥下部区域地面加速度试验与分析......................................................243.4.2英红特大桥桩基区域加速度试验与分析......................................................303.5本章小结.....................................................................................................................34第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究....................................................354.1引言.............................................................................................................................354.2水泥与混凝土凝结过程.............................................................................................354.2.1水泥凝结的物理化学过程..............................................................................354.2.2混凝土的凝结过程..........................................................................................364.2.3桩基施工现场振动分析..................................................................................384.2.4机理分析..........................................................................................................394.3研究思路与分析方法.................................................................................................414.4夜间桩基施工混凝土强度受高铁振动影响试验.....................................................414.4.1试验准备..........................................................................................................414.4.2试验方法..........................................................................................................424.4.3试验结论..........................................................................................................504.5白天桩基施工混凝土强度受高铁振动影响试验.....................................................514.5.1试验准备..........................................................................................................514.5.2试验方法..........................................................................................................524.5.3试验结论..........................................................................................................584.6本章小结.....................................................................................................................59第五章桩基施工振动对高铁运营影响的数值分析............................................................615.1引言.............................................................................................................................615.2MidasGTS有限元介绍.............................................................................................61V 5.3有限元模型本构关系.................................................................................................625.3.1线弹性本构......................................................................................................625.3.2摩尔-库伦本构................................................................................................635.3.3修正剑桥模型..................................................................................................655.4工程地质概况.............................................................................................................665.5钻孔灌注桩钻孔冲击荷载确定.................................................................................705.6英红特大桥桩基施工振动对高铁桥梁影响研究数值模拟.....................................715.7有限元模型的测点布置.............................................................................................735.8有限元结果与分析.....................................................................................................755.8.1不同深度下高铁桥响应研究..........................................................................755.8.2不同锤重下高铁桥响应研究..........................................................................785.8.3不同冲程下高铁桥响应研究..........................................................................805.8.4不同位置处高铁桥响应研究..........................................................................825.9英红特大桥桩基施工振动对高铁桥梁影响安全评判.............................................845.9.1位移影响..........................................................................................................845.9.2振动速度影响..................................................................................................865.10本章小结...................................................................................................................87结论及展望...............................................................................................................................89结论...................................................................................................................................89展望...................................................................................................................................91参考文献...................................................................................................................................92攻读硕士学位期间取得的研究成果......................................................................................97致谢.....................................................................................................................................98VI 第一章绪论第一章绪论1.1研究的背景与意义2018年全国交通运输工作会议的成功召开预示着改革和创新相结合的交通发展初成雏形。发改委发布的《国家高速公路网规划》与《铁路“十三五”发展规划》中提到预计在2020年我国高速公路通车里程将达到16.9万公里，铁路营业里程将超过15万公里，其中高速铁路占3万公里，复线率和电气化率分别达到60%和70%左右，基本形成布局合理、覆盖广泛、层次分明、安全高效的公路与铁路网络，如图1-1所示，可以说党的十八大以来的5年，是交通运输发展极为不平凡的5年。图1-1“十三五”铁路网规划图随着我国经济局势的利好发展以及人们的生活方式与水平的显著提高，交通线路的建设为社会的发展起了越来越大的推动作用，而桥梁作为公路铁路的咽喉，重要程度可想而知。目前，大量的公路铁路线四通八达、交织成网，必然存在着具有跨越交叉功能的桥梁，这些桥梁的施工面临着邻近的既有线路的影响，尤其是高速铁路上疾驰且密集的高铁列车振动产生的振动波有可能对周围桥梁施工造成不利影响；同时周围桥梁的施工扰动也可能对邻近的既有线路产生不利的影响，尤其是桥梁的桩基施工中打桩碰撞产生的冲击力也是有可能对线路造成不可小觑的破坏的。桥梁建设中的诸多不确定因素会影响整个工程目标的实施，造成进度延迟、人员伤1 华南理工大学工程硕士学位论文亡、投资风险、生产与运营安全问题等等严重后果，这些后果带来国家和个人财产损失的同时，还会带来不必要的负面影响，引起社会对于桥梁工程建设安全问题的大面积持续关注[1-3]。因此，为了保证新桥现场施工的质量与邻近既有线路的运营两类安全，两者之间的相互影响是需要重视的。本文的研究是取桥梁施工中产生扰动最大，风险最高，最具破坏力的桩基施工作为考虑对象，依托的项目是中国首座高速公路跨高铁的平面转体T构桥，紧贴实际工程，所采集的数据与进行的模拟分析对以后类似的工程具有一定的预测功能与参考价值，且具有实际的研究意义。1.2国内外研究现状1.2.1振动对混凝土强度的影响研究混凝土以其丰富的材料、较低的成本、良好的可塑性、高强度、强耐久性等优点在工程中有着非常广泛的应用。《钢筋混凝土工程施工验收规范》(GBJ204-83)与《建筑施工手册》两类施工规范对混凝土的浇筑有着严格的施工要求：混凝土初凝之前需要完成其浇筑与运输任务；为了防止没有达到凝结强度的混凝土构件发生破坏，对已成型的混凝土构件而言，抗压强度没有达到1.2MPa时应杜绝受到外界任何扰动[4][5]。但是很多时候在一些大体积混凝土桥梁结构、悬臂施工、桥梁跨线建设等实际工程中，混凝土的浇筑并不能满足规范中的条件，初凝时期的混凝土并不能完全避免外界振动的影响。关于振动是否会影响混凝土内部结构导致强度发生变化的课题，国内外学者研究了很多内容，大多异途同归，结论略微有出入。混凝土振动试验中的条件限制不同，比如振动的时间长短、浇筑的时间先后、环境的温度变化、养护的条件不同等外因加上混凝土流变性质与内部结构缺陷等内因使得试验结果中混凝土强度与实际强度之间有着些许差别，也使得振动对混凝土影响成为一大需要反复推敲的难题。对于混凝土凝结过程中受振动影响问题，国内外学者进行了大量合理的研究，并得出了一些具有实际意义的结论。20世纪50年代，YEto[6]、TOkihashi[7]等人研究了混凝土在凝结过程中短时间振动对其强度的影响，发现了振动波对新浇筑砼的强度影响不明显，重复振动反而有所提高。1970年，Bastian[8]进行了振动对新浇筑混凝土影响的探究，发现二次振动有利于混2 第一章绪论凝土强度提升的原因是振动使得混凝土孔隙中的水得以释放，水泥水化反应加剧。1984年，ShraddhakarHarsh[9]对混凝土的抗压、粘结力等性能进行研究表示，混凝土的坍落度若大于12cm，振动对砼性能将具有破坏作用，表现在其强度将降低10%，粘结力降低5.9%。1996年，Hulshizer[10]根据频率和振幅的不同进行了多次振动试验。通过大量的试验结果分析得出新浇筑混凝土所能承受的最大振动加速度远大于行业规范中规定的限值，并且大部分混凝土试块受振动的影响抗压强度确实有所提高的结论。2007年Dunham[11]研究了早期混凝土受到振动影响，发现连续振动4h对新浇筑混凝土强度提高较大，达到终凝混凝土受到振动影响会使其结构遭到破坏，反而强度降低。我国学者也在过去30多年里做出了一些开拓性研究，具有一定的科研意义，得出的结论大多与国外研究相同，表明我国在解决这一重大难题上的飞速发展与进步。1991年，同济大学陆金平[12]研究了振动对处于养护过程中的混凝土强度的影响，分析了振动时带模与脱模、振动延续时间等状态下试块强度发展，得出当振动具有重复密实作用时，混凝土的强度提高，而当振动使混凝土发生再松散时，就会导致强度下降的结论。1992年，铁道部科学研究院的张大英[13]研究了重复振动对混凝土强度影响，把重复振动对混凝土强度影响分为三个阶段，即初凝至终凝间，强度增长速度剧增，到终凝时刻达到最大极值；终凝至灌注后15h，强度增长曲线急剧下降；浇灌完15h以后，强度稳定阶段，振动对强度影响小，混凝土的坚固程度足以抵抗外力的影响。2000年，铁道部科学研究院的安湘英[14]研究列车通过桥梁时对邻线桥墩台混凝土材料的影响，用振动试验与模型结合的方法得出了振动干扰在混凝土由塑性到凝固到硬化过程中是能促进混凝土的凝固速度，对混凝土早期强度有一定程度上的提高的结论。2004年，华中科技大学的郑仁健等[15]对二次振动提高混凝土强度的原因进行了分析研究，采用超声检测仪确定了二次振动混凝土试块密度差异，得出二次振动最佳时间跟水泥初凝时间有关，二次振动混凝土强度高于只进行一次振动的混凝土的结论。2011年，东南大学魏建军[16]研究早期的振动对混凝土抗拉强度影响，通过劈裂拉伸试验数据对比分析得出抗拉强度几乎不受振动影响的结论。2014年，张淑琴[17]等在旧桥改造项目中使用振动台作为外部激励，模拟了新旧T3 华南理工大学工程硕士学位论文梁板现浇连接处浇筑的混凝土在振动作用下的混凝土力学性能的变化，比对试验结果发现，在振动频率2Hz、振幅分别为3mm、5mm和7mm的振动条件下，振动对混凝土抗拉压强度均影响较小，但能较大地影响钢筋与混凝土间的粘结作用。2016年，魏建军[18]研究有关振动引起混凝土离析变化规律的课题，通过设置不同的振动参数、振动时间、坍落度来分析离析系数的差异，并根据试验数据与结果得出振动能量小，对早期的混凝土强度有增强效果；振动能量较大而且坍落度较大，混凝土抗压强度会出现下降的情况，整个过程中强度变化幅度为±8%的结论。1.2.2桩基施工振动对高铁运营影响桥梁桩基施工打桩过程中冲击荷载产生的能量在土体介质中以振动波的形式传播开来。关于振动波传播规律的研究最早是1886年Lamb[19]在论文中表达了自己对振动波在土体介质中的传播以及衰减规律的看法，1946年G.Bornitz[20]在考虑了两种阻尼效应与实际试验中测量出的土吸收能量参数的基础上提出了瑞丽波幅值位移衰减的实用计算方法，1978年HP.Verhas[21]对列车引起的地面振动做出了实地测试与详尽分析，获得了火车经过引起的振动波在土介质中的传播规律。之后XiaHe[22]，MCJia[23]，SDong[24]对轻轨系统振动对周围环境影响、地基处理过程中的振动对周围环境影响、振动对居民的影响进行了研究。高铁桥与市政公路用桥相比有所区别，高铁作为当代交通速度的标志，对整个线路的平整连贯性质有着高要求，党的十八大以来，随着高铁运营里程的不断增加，常常会出现与高铁桥梁并行或跨高铁的桥梁施工，临近桥梁的施工对高铁桥梁的变形影响关乎着高铁运行的安全，尤其以桩基的施工影响最大，钻孔灌注桩打桩时产生的冲击力钻孔灌注桩打桩时产生的冲击力将或多或少影响到邻近的高铁桥梁。近年来有人做了一些该方面的研究，西南交通大学的谢宏云[25]就扩建九江大桥产生的施工振动对周围的两座旧桥的影响进行了研究，利用Midas建立了有限元模型并模拟计算和对比分析，该文章中指出用加速度峰值作为评判标准。李明波[26]采用Plaxis3D软件建立了临近桥梁桩基施工对高铁桥梁变形影响的模型，并且分析了在不同施工阶段下高铁桥墩的变位情况，并将计算值与高铁设计规范进行了对比，该文章结合规范以位移值作为评判标准。李雪、周顺华[27]等人测试并分析了隔离桩及盾构近接施工振动对高铁桩基的影响分析，研究表4 第一章绪论明不同桩法施工对桥墩影响不同，钻孔灌注桩施工导致桥墩的竖向沉降，而高压旋喷桩施工则导致桥墩竖向的隆起。刘龙[28]研究了开挖基坑对高铁桥梁基础沉降影响，并且结合该工程采用岩土有限元软件MidasGTS进行了有限元分析，多人测试和研究了隔离桩对既有高铁桥梁的位移影响[27、29、30]。但是，这些研究和测试极少地将桩基振动引起高铁桥梁位移与高铁通过引起的高铁桥梁位移联合来考虑，并且未对桩基振动引起的高铁桥梁振动进行测试与分析[25-30]。关于打桩等施工振动对周围线路影响的安全评估，国内外研究中并没有统一的衡量标准。在国外的相关标准中瑞士标准SN640312-1992[31]将结构类型分为了四种并把振源分为了机械、交通、施工设备M与冲击荷载S两类，振动允许限值按照质点振动峰值速度三个方向的最大值来取的，具体的要求如下表1-1所示。表1-1SN640312-1992对不同类型建筑物所规定的振动速度限值振源M振源S结构类型频率（Hz）Vmax（cm/s）频率（Hz）Vmax（cm/s）钢筋混凝土结构和钢结构（无抹灰），如10~301.210~603.0工业建筑、桥等；地下结构等。30~601.2~1.8*60~903.0~4.0**有混凝土楼板、混凝土地下室墙和地10~300.810~601.8上墙及有砖的建筑；埋设管道等。30~600.8~1.2*60~901.8~2.5**有混凝土地下室楼板和墙的建筑，地面上10~300.810~601.2为砌体墙、木搁栅楼板30~600.5~0.860~901.2~1.8**10~300.310~600.8特别敏感或要求保护的古建筑30~600.3~0.560~900.8~1.2**注：对于振源M，带*的较低值用于频率30Hz，较高值用于60Hz，中间用插值对于振源S，带**的较低值用于频率60Hz，较高值用于90Hz，中间用插值国内也有很多标准如《机械工业环境保护设计规定》(JBJ16—2000)[32]、《建筑工程容许振动标准》(GB50868—2013)[33]、《爆破安全规程》(GB6722—2014)[34]等将振动对周围建筑物安全进行评估并给出了振动限值，但针对的结构类型侧重于房屋建筑、古建筑等，大多没涉及到桥梁。国内很多学者将打桩等施工引起的振动也根据此类爆破安全规程中的安全允许标准进行测试与评估[35-37]，表1-2为《爆破安全规程》(GB6722—2014)中涉及到的安全许可标准。5 华南理工大学工程硕士学位论文表1-2爆破振动安全允许标准安全允许质点振动速度V(cm/s)序号保护对象类别f≦10Hz10Hz50Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋0.15~0.450.45~0.90.9~1.52一般民用建筑物1.5~2.02.0~2.52.5~3.03工业和商业建筑物2.5~3.53.5~4.54.2~5.04一般古建筑与古迹0.1~0.20.2~0.30.3~0.55水电站及发电厂中心控制室设备0.5~0.60.6~0.70.7~0.96水工隧洞7~88~1010~157交通隧道10~1212~1515~208矿山巷道15~1818~2520~309永久性岩石高边坡5~98~1210~15龄期：初凝~3d1.5~2.02.0~2.52.5~3.0新浇大体积混凝土10龄期：3d~7d3.0~4.04.0~5.05.0~7.0（C20）龄期：7d~28d7.0~8.08.0~10.010.0~12.01.3研究的技术难点桥梁桩基施工与高铁运营之间相互影响研究的技术难点体现在以下几个方面：（1）现场振动测试中数据的处理。高铁相对于普通列车具有更快的速度，更频繁的车次，产生的振动扰动大，频率相对偏高。加上现场施工环境情况复杂，测试数据具有一定的波动性与发散性。为了减少干扰，对现场试验区域分类分区，采集到的加速度时程曲线比较多，数据分析处理量大。（2）现场混凝土试块抗压试验。现场大规模的混凝土试验很少有人去完成，施工现场进行砼试块的浇筑与试验在之前的论文中也很少有人提到，涉及到高铁振动环境下的混凝土试验更是少之又少。难点在于对混凝土的浇筑成型与养护条件的把握，抗压强度试验的效率问题、试验数据的分析与处理以及巨大的工作量，还有在整个试验过程中心思的缜密程度，很多细节需要注意。（3）打桩过程中的有限元模拟。建模过程中网格划分、单元材料特性、土介质本构关系、桩土关系、无限边界的处理以及模拟钻孔过程中的冲击荷载等等都是建立精确模型的重要条件。（4）有限元结果的选取与对结果的合理性分析。模型结果中可以提取的相关数据较多，对关键内力以及关键测点的合理选择在探究打桩对高铁运营影响的过程中显得尤为重要，必须根据具体工程选取关键内力、具有代表性的测点进行分析。关于结果则通6 第一章绪论过对数据本身规律以及与设计规范的比较进行综合分析，总结出邻近高铁条件下安全合理的打桩范围，关于这方面的内容之前很少有国内学者提及与验证。1.4研究的主要内容本文关于桥梁桩基施工与邻近高铁运营之间的相互影响研究分为两个大的方面，即高铁振动对桥梁桩基施工的影响分析以及桩基施工振动对高铁运营的影响分析。高铁振动对桩基施工的影响分析主要采用的是现场试验的方式，而桩基施工振动对高铁运营的影响分析主要采用的是数值模拟的方式，两者相互关联为邻近高铁线路的桥梁施工安全提供保障。具体的研究内容如下：（1）搜集国内外文献以及相关理论资料，归纳出受环境振动影响的混凝土强度变化与桩基施工中的打桩过程对周围线路影响的相关研究现状。（2）通过现场的振动测试试验研究了高铁通过时产生的振动诱发的周围土体以及桩基施工处的响应，并对布设的测点加速度进行测试，分析并总结振动产生的传播规律。（3）高铁振动对桥梁桩基施工混凝土强度的影响。①研究长期振动对不同时间段混凝土强度影响规律；②研究长期振动对不同振动位置混凝土强度影响规律；③研究高铁振动下混凝土抗压强度变化规律及其影响机制。通过现场混凝土试验与结果分析高铁列车振动对施工混凝土凝结成型影响规律，为桩基混凝土施工的质量安全性提供试验支持与保障。（4）桩基施工振动对高铁运营的影响。①研究不同深度、不同锤重、不同冲程的钻孔冲击荷载对高铁桥梁的内力影响规律；②研究不同位置处打桩对高铁桥梁的位移与振动速度影响规律；③将分析结果与标准规范中的限值进行了比对，评判了英红特大桥桩基施工对高铁桥梁及高铁运行产生的影响，并提出了合理的打桩范围。采用数值模拟的方法，评估高铁通过时进行桩基施工的安全性。（5）根据现场测试与数值模拟得出的规律与结论，提出合理的具有实际工程意义的建议，为以后的相似的桥梁施工项目提供理论与试验依据。7 华南理工大学工程硕士学位论文1.5研究的技术路线图1-2本文的技术路线图8 第二章钻孔灌注桩冲击特性第二章钻孔灌注桩冲击特性2.1引言既有线路基础受到的外界荷载包括地震波荷载、线上与周围车辆经过引起的动荷载、风引起的动荷载以及周围施工引起的动荷载，本章着重介绍由桥梁桩基工程中钻孔灌注桩钻孔引起的动荷载特性以及钻孔灌注桩的施工方案。2.2冲击荷载桩基施工中打桩过程产生的振动荷载不同于地震波荷载与风荷载，也不同于列车经过引起的动荷载，它是在短时间内快速作用在结构上的荷载，称之为冲击荷载。土受到冲击荷载产生的应力称之为冲击应力，冲击应力以波动形式向土介质周围的传播称之为应力波。Thandavamoorthy[38]在打桩的振动实验中模拟了不同的冲击荷载下桩锤对土体的作用，通过周围地面加速度时程曲线表明了打桩引起的地面振动是一种短时间内的脉冲振动，其振动频率高，固有频率也高，并且垂直振动的程度要大于同一时间的水平振动，与地震中产生的波不一样，如图2-1所示。a）竖向加速度时程曲线b）横向加速度时程曲线图2-1打桩引起地面振动波形图2.3冲击模型桩基施工过程中，当冲锤冲击钻成孔时，考虑到冲击钻钻头重量较大，若将稀泥浆对钻头产生的阻力忽略，则可将打桩过程看作是冲击钻自由落体锤击土体。当一个自由9 华南理工大学工程硕士学位论文落锤打桩时，锤击过程可以分为四个阶段[39][40]：撞击前阶段即锤由静止位置下落到桩顶表面的阶段、锤与桩撞击后的压缩阶段、锤与桩未脱离接触前的弹性恢复阶段与锤与桩脱离接触后的回弹阶段。将其看作成一个简单明了的碰撞过程，建立物理模型如下图2-2所示。图2-2冲击钻下落的物理模型为了使模型更精确做出如下假设：（1）假设冲击钻为刚性体，与土体接触不会发生变形；（2）假设冲击钻与土体接触时不产生摩擦阻力，接触后与土体不分离；（3）假设只考虑土体的线弹性；（4）假设只考虑冲击钻与土体的第一次碰撞过程；（5）假设不考虑重力作用。假设一定，由牛顿第二定律可以得到钻头的运动方程如下：2dM-F（2-1）2dt其中：F——冲击钻刚接触地面产生的冲击力；M——冲击钻的质量；η——冲击钻刚接触地面开始的位移；t——冲击钻刚接触地面开始的时间。将此类碰撞问题当作弹性理论中的接触问题讨论，利用抛物面代替原有的接触面得到如下关系：1EM63F1.052（2-2）21-0其中：E——土体的弹性模量；10 第二章钻孔灌注桩冲击特性ν——土体的泊松比；Ρ0——冲击钻的密度；由公式（2-1）、公式（2-2）可得微分方程：213dE5-2-1.05M6（2-3）220dt1-假设冲击钻下落高度为s，则微分方程式（2-3）的初始条件为：d0，2gs（2-4）t0t0dt根据微分方程与初始条件可以求出冲击钻进入土体的最大位移η0与接触持续时间t0为：21-21551.41M6gs（2-5）00E2.940t（2-6）02gs则冲击荷载的峰值F0可以表示为：22E5-133F1.76M015gs5（2-7）021-此时，冲击力可以表示为一个类似于半正弦曲线函数，存在冲击力峰值和持续时间，若对半正弦函数进行进一步的近似，则可将冲击荷载随时间的变化表达为三角形函数，冲击荷载可以写成：t0tt1t0Ft2F0（2-8）t1-ttt10t0t0一般取t，则冲击荷载亦可以表示成：12t0tt1t1FtF0（2-9）t-t0ttt10t-t01式中：F为冲击荷载峰值，t为力的加载时间，t为力的持续时间。01011 华南理工大学工程硕士学位论文图2-3钻孔冲击力加载曲线因此，钻孔灌注产生的冲击荷载可以近似看作三角形荷载作用于土体。2.4振动波在土体的传播振动波根据性质、作用的不同分为体波与面波两种形式。体波是土体中传播的波，通常分为P波（即纵波）与S波（即横波），面波是沿土体周围传播的由体波之间相互干涉叠加形成的衍生波，一般分为R波（即瑞利波）与L波（即乐夫波）。P波作为压缩波，它是一种由振源向外传播，质点振动方向与波传播方向相同的波。S波作为剪切波，它的质点振动方向与波传播方向垂直。R波传播时，土体颗粒振动平面与地面是垂直的，沿着地表以逆椭圆的形式向前传播，而在地表另一个垂直方向上是没有振动的。L波传播时，土体颗粒振动平面与地面是平行的，沿着地表水平运动[37][41]。打桩过程中冲击钻进入土体产生的振动通过顶部与侧壁的接触面传播到周围的，以弹性波的形式向四周扩散与衰减。其中体波中的P波传播速度最大且频率较高，但是振幅较小，S波传播速度较慢，周期较长但是振幅大，易于辨识；面波中R波传播速度稍逊色于S波，约为其0.92倍，频率较低，但是能量是最大的。L波的波速相当于S波，但是在记录仪中很难发现，一般工程研究中不考虑L波的存在。根据Miller[42]（1955年）的研究以及后来的一些工程勘测资料显示，在土体振动中，三种波对应的能量占比分别为R波占比最大为67%，S波次之为26%，剩下的是P波占7%。由此可见，面波在土体振动中能量传递是处于主导地位，但是在振动过程中若震源较近，是很难分开这三种波的，即三者几乎同时到达，无法分辨。介质中的波速是介质的动力学特性表现，假设P波、S波、R波的波速为VP、VS、12 第二章钻孔灌注桩冲击特性VR，则它们与土介质的弹性参数即为如下关系：E1-2GV（2-10）P11-2EGV（2-11）S210.871.12VV（2-12）RS1其中E、G——土介质的弹性模量与剪切模量；ρ、ν——土介质的密度与泊松比；λ——Lame常量。2.5三维波动方程2.5.1体波的传播打桩产生的能量通过冲击钻传播出去，引起周围土体的振动。建立一个xyz三轴直角坐标系，假设土体单元为各向均匀、同性且满足线弹性的弹性体，根据达朗贝尔原理，将振动波对土体介质的影响用弹性体的运动方程表示为[43]：2uxxyxzPx-20xyztyyxyz2vPy-20（2-13）yxztzzxzy2wP-0z2zxyt其中σ、τ——正应力、剪应力；u、v、w——x、y、z方向的位移增量。根据广义胡克定律，可知土的弹性单元体中的三维波动方程如下：13 华南理工大学工程硕士学位论文22uGGu2xt22vGGv（2-14）2yt2w2GGw2zt分别对式（2-14）中x、y、z进行微分相加，可得纵波P的运动方程：222G（2-15）2t联立式（2-10）、式（2-15）可得：221-0（2-16）22VtP2uvw其中为拉普拉斯算子，体积应变。xyzP波在土介质中传播只产生拉压，不产生旋转，质点振动方向与波的传播方向一致，则由上式可知，P波的波动方程只与其传播速度有关。S波在土介质中传播只引起土介质剪切变形，不会改变介质的体积即0，质点振动方向与波的传播方向垂直，不妨设为土单元体绕坐标轴的旋转矢量，则可知S波的运动方程如下所示。221-0（2-17）22VtS2.5.2面波的传播面波是一种存在于弹性面附近的波，它是沿着土表面传播的，通常分为Rayleigh波与Love波。Rayleigh波又称R波，是由自由界面半空间内传播的P波与S波相互干涉形成的一种特殊振动，振动的方向是以逆时针方向转动并呈椭圆轨迹传播。R波的频率低，衰减慢，传播速度是S波的约0.92倍，是P波的约0.5倍，且与频率无关。当P波垂直于自由表面向下传播时，最多只能传播到一个波长的深度，其中的大部分能量都集中在1/2波长的深度范围之内。同时P波在向下传播到两种物质的分界面如土层与岩石时，会分解成P波和S波，这种波的散射现象又叫做频散，工程勘测中经常14 第二章钻孔灌注桩冲击特性通过频散现象来区别与划分土层。R波的波速VR可以表示为：0.8621.140.8621.14GVV（2-18）RS11可以看出R波波速与土介质的泊松比、剪切模量、密度有关。Love波简称L波，它是在弹性半空间上覆盖一个有限厚度的介质层的情况下存在的SH型面波，是由剪切波SH相互干涉产生的。与R波滚动式传播不同，L波是质点在水平面上的扭动而向前传播的，两种形式的面波传播方式如下图2-4所示。图2-4面波的两种形式L波是一种制导波，具有频散性，传播速度小于无限大半空间介质的横波速度，大于上层的横波速度。L波也是非均匀波，振幅随着上覆盖层的深度变化呈周期性变化，而在上覆盖层的下方无限大半空间介质中随着深度的增加呈指数衰减[44-46]。2.6振动波的衰减钻进入土体后，打桩的能量分为三部分沿着钻向下传递，其中的一部分能量会因为钻与土之间的摩擦而损失，另一部分能量因为钻对土体的压缩而损失，剩下的能量则产生振动波向周围土体中传播，德国科学家Woods[47]绘制了一张图来表示振动波在土体中的传播如下图2-5所示，在竖向动荷载振动的圆形基础作用下，振动范围内的某单元土体传递的振动能量（能量密度或者位移振幅）与距离振源的位置呈反比例关系，即靠近振源的单元土体具有的振动能量大，远离振源的土体具有的能量小。振动波在进行能量传递的过程中，导致波能量密度减小或者说振幅减小的原因称之为“阻尼”，经过的土介质会因为摩擦和粘聚力消耗一些振动能量即为“粘性阻尼”，振动波传播介质面积的增大使能量逐步散开，随着振动土体的质量不断增加，振源的这种影响也越来越小，使得传播过来的波振幅减小即为“几何阻尼”。在弹性半空间内，P波与S波呈r-2规律衰15 华南理工大学工程硕士学位论文减较快，R波呈r-0.5规律衰减较慢，由此我们知道了距离震源足够远处R波的能量占主导地位的原因。图2-5匀质同性弹性半空间在竖向振动圆形基础作用下的位移波场（Woods，1968年）钻孔灌注桩施工中冲击钻锤击土体产生的冲击荷载向土体周围扩散振动波，若土体是匀质单一介质，振动波的振幅是随着距离的增加而不断减小的，且振幅与距离满足反比例关系。实际的土体并非均匀单一的弹性介质，弹性体中的波的传播理论很难在实际中给出合理的结果，国内外有很多学者做过此类研究，研究成果已经应用于大量实际工程之中，包括Bornitz公式、萨道夫斯基公式以及我国学者杨先健于1979年在《动力机器基础设计规范》(GB50040-96)中的推荐公式。三种公式均结合了大量的理论与实践，对具体的工程实践有着重要的指导意义。（1）Bornitz公式[20]关于Bornitz公式，使用简单方便，需要的未知量不多，工程中常用于预测地震波中的面波衰减，以及离振源较远（一般大于2.5倍波长距离）的体波地面振动衰减，但是并未充分考虑振动频率与衰减的关系而使得公式并不太适用于近场波。r0AAexp-r-r（2-19）r00r式中，Ar为距离振源r处R波的竖向分量振幅；A0为距离振源r0处R波的竖向分量振幅；α为衰减系数，与土层深度有关。（2）萨道夫斯基公式16 第二章钻孔灌注桩冲击特性关于萨道夫斯基公式，适用于大部分的地面振动衰减，归纳如下。nmQVK（2-20）R式中，V为质点振动的峰值；K为与介质有关的系数；Q为振源的能量；R为离振源的距离；n为振动的衰减系数；m一般为常量，我国国家行业标准《爆破安全规程》(GB6722-2003)中也应用了萨氏公式，m取值为1/3。（3）《动力机器基础设计规范》(GB50040-96)中的推荐公式[48][49]关于杨先健学者给出的推荐公式，他综合考虑了体波与面波在波源附近的能量传递效应，以及波源的频率和面积对振动衰减的影响，给出的推荐公式如下。r0r0ArA01-01-exp-0f0r-r0（2-21）rr式中，Ar为距离面源r处的地面振幅；f0为波源扰动频率；A0为波源振幅；为与0波源面积有关的无量纲系数；r0为波源的半径；为土介质的衰减系数。02.7钻孔桩施工方案关于英红特大桥桩基施工中使用的钻孔灌注桩成孔技术，本节介绍施工方案如下。2.7.1施工准备（1）场地准备：清除表层土后进行场地平整，如原地面承载力不能满足钻机施工要求则应对施工场地进行换填处理。（2）测量准备：根据设计资料，用全站仪将各桥桩基中心位置测设于施工平台上，引好护桩，并将高程控制桩测设在基坑边上或者钻机平台上。（3）泥浆制作：根据地质情况，采用水化快、造浆能力强的优质黏土，采用机械拌制泥浆，结合自身造浆，泥浆指标按下表2-1数值采用。表2-1泥浆性能指标规定用表泥浆性能指标泥浆比重黏度含沙率PH值一般规定1.1~1.316~22S不大于4%8~1017 华南理工大学工程硕士学位论文（4）钢护筒安装：护筒采用钢板制作，钢板厚度为8mm，英红转体桥L38#、L40#、R40#、R42#号墩护筒高3m，内径为2.2m；L39#、R41#号墩护筒高3m，内径为2m，埋置深度为2.7m，外露30cm，采用明挖法埋设，分层夯实护筒周围与下面填补的黏质土。护筒埋设要求及检验方法见下表2-2。表2-2护筒埋设及检验方法评价表项目允许偏差检验方法顶面位置50mm测量检查倾斜度1%测量检查（5）钻机就位：钻机安装前对钻架和各种钻具进行检查和维修，利用自身的动力位移就位。钻机顶端与底座部分必须平稳放置，不允许有位移和偏沉。钻机就位后，再检查场地布置、主要机具电气设备、水电供应及易损件配备情况，一切正常后，才开始钻孔。2.7.2钻孔、成孔、清孔（1）根据英红特大桥的地质情况，孔桩采用的是冲击钻成孔法，同个墩位的桩基应采用跳桩法钻进，以避免冲击振动对邻孔已灌注混凝土的强度产生影响。（2）在孔内注入已拌制好的泥浆，采用小冲程、高频率、浓泥浆反复冲砸，适当的投入黏土，使泥浆挤入孔壁，保证孔壁竖实，不坍不漏。钻孔作业连续进行，中途不中断。如因故停机时，为防止埋钻，将钻头提出孔口，并对孔口加盖防护。（3）成孔后需要进行多项指标的检查如孔位中心、成孔直径、成孔深度和倾斜度等等。自检合格后需要及时报监理检查，经监理确认合格后才能进入下一道工序施工。（4）成孔被认定合格后，立刻进行清孔处理，根据英红特大桥的设计地质情况，拟采用换浆法清孔。钻孔桩清孔应符合的标准如下表2-3所示。表2-3钻孔桩清孔项目表检查项目允许偏差泥浆手摸无2-3mm颗粒泥浆比重不大于1.1泥浆含砂率小于2%黏度17-20S沉渣厚度不大于50mm18 第二章钻孔灌注桩冲击特性2.7.3钢筋骨架制作和安装（1）钢筋骨架的制作需要严格遵循设计图纸与规范要求，钢筋经标准加工与卡板成型后，点焊主筋和箍筋。钢筋原材料、加工、焊接、安装应符合基本的设计要求和交通部现行公路混凝土施工质量验收标准中有关钢筋项目的规定，钢筋材料进场后，应按照规定进行检验和实验，同时做好产品标识实验状态标识，未经检验合格的产品严禁使用。（2）钢筋骨架根据桩长分节、分段加工。加工完成的钢筋骨架要悬挂标志牌，注明标号并运输至指定位置，相同截面内钢筋接头数目不能超过钢筋总数的50%。钢筋保护层采用强度高于桩身混凝土的轮型垫块，垫块之间的纵向距离不应大于2m，环向数量不应少于4个。加工后的钢筋笼存放时，宜每隔2m设置衬垫，使钢筋笼高于地面不小于5cm，并加盖彩条布，防止钢筋笼淋雨生锈。（3）钢筋骨架采用16t以上汽车吊吊放，安装前先及时清理钢筋笼污渍，然后进行起吊工作，使用能控制骨架安全变形的两点起吊法施工。具体过程如下：将骨架吊入孔口处，从上至下解绑扎杉木杆的扣点，待杉木杆浮出水面后取出。骨架吊落至第二吊点位置周围的加劲箍靠近孔口的时候，此时用木棍穿过加劲箍的下方，骨架临时支撑在孔口处，把吊钩放到骨架上方，接着落到骨架最后一个加劲箍位置处，继续临时支撑。第二节骨架下降至与前一节正上方并焊接成整体，去除支撑后骨架继续下降进行下一轮循环作业直到每一个骨架都降到设计标高位置处。2.7.4水下混凝土灌注英红特大桥钻孔桩水下混凝土设计为C35，搅拌站集中拌制好混凝土，经过搅拌运输车送至项目现场，采用导管法灌注施工，导管直径选用φ250mm。导管预先试拼、编号，并自上而下标示尺度，按规定做密封试验，保证导管不漏水。底节导管长4m，底部不设法兰盘，以防挂钢筋笼。导管底部距孔底30～40cm。灌注架高3m，用型钢拼装。当导管就位后，用吊机将灌注架吊放就位，然后安装漏斗，进行灌注。混凝土在混凝土搅拌站集中生产，混凝土运输车运输到位后，将混凝土卸入灌注漏斗中。首批混凝土计2.5m3灌注采用砍球法，预先将隔水木球放置在混凝土孔口并用19 华南理工大学工程硕士学位论文8号钢丝绑牢，待混凝土量达到规定数量后剪断铁丝，使混凝土冲动隔水球一起下落，达到隔水目的。水下混凝土连续灌注中途不中断。混凝土拌和物运至灌注地点时，检查其均匀性和坍落度。如不符合要求，进行二次拌和。同时指定专人负责协调工序，保证混凝土灌注的连续性，防止混凝土堵管。混凝土灌注过程中，专人随时量测孔内混凝土面高度，计算导管埋深，导管埋深控制在2～5m范围，同时专人指导导管的提升和拆除。拆除选用熟练操作工人，减少中途停顿时间。为保证桩顶质量，桩顶混凝土超灌至设计标高以上1.0m，超灌部分在施工承台前凿除。2.8本章小结本章就钻孔灌注桩施工过程中产生振动冲击特性与振动波的传播衰减规律进行了研究，并介绍了钻孔灌注桩的施工方案，小结如下：（1）通过对桩锤的振动特性分析，建立了打桩过程中桩锤与土体之间相互碰撞的冲击模型，根据弹性理论中的接触问题的解决方法，推导求解出冲击力的数学表达，并将冲击函数由一个类似于半正弦曲线函数简化为三角形函数，为之后章节的数值模拟部分提供了一定的理论基础。（2）根据国内外的一些经典的波动理论以及试验研究，分析了体波面波在介质中的传播特性以及波动方程，总结了打桩产生的振动波在土体中的传播和衰减规律。（3）整理介绍了英红特大桥桩基施工钻孔灌注桩的基本情况以及施工方案，对建模分析而言具有实际的指导意义。20 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究3.1引言本节介绍了英红特大桥地面及桩基附近加速度时程曲线测试方案，将现场分为了三个有效区域，在每个区域均布设了一些测点对振动加速度时程曲线进行测试，分析了随着距离高铁线路的增加加速度峰值的变化规律、不同测试位置的频率分布以及旋喷桩对振动波的阻挡作用。3.2英红特大桥工程概况广东省龙川至怀集高速公路是《国家高速公路网规划》中第17条横向路线“汕头至昆明公路”的重要组成部分，龙怀线路英德段英红特大桥跨越武广高速铁路。该桥是一座2×90m的预应力混凝土T型刚构桥，通过平面转体方法施工，转体施工平面图如下3-1所示，施工现场左幅立面图如图3-2所示，其中左幅39#墩距高铁线路垂直距离25.56m，右幅41#墩距高铁线路垂直距离26.45m。图3-1英红特大桥转体施工平面图21 华南理工大学工程硕士学位论文图3-2英红特大桥转体施工现场左幅立面图3.3英红特大桥地面及桩基附近加速度时程曲线测试方案根据现场施工场地布置情况，将现场分为三个测试区域，分别为高铁桥下部区域、英红特大桥左幅桥区域及英红特大桥右幅区域。为表述便捷，以下将高铁桥下部区域简称为A区，英红特大桥左幅桥区域简称为B区，英红特大桥右幅桥区域简称为C区。A区布设测点8个，B区布设测点3个，C区布设测点2个，每个测点的位置示意图如图3-3所示。各个测点分为竖向、纵向及切向三个方向，其中A区测点的纵向代表同高铁桥垂直的方向，B区及C区测点的纵向代表高铁桥墩中心与英红特大桥左右幅桩基中心的连线方向，切向代表与纵向垂直方向，竖向代表竖直方向。其中A1~A6测点布设在垂直于高铁桥方向，A1~A6测点距离116#桥墩中线分别为2m、4m、6m、8m、10m、12m，通过对A1~A6测点的测试结果进行分析，可总结出高铁所致振动随着距离的增加而表现出来的规律。其中A7、A8布设于高铁桥方向的旋喷桩的内外两侧，通过现场数据采集，可总结旋喷桩对高铁所致振动的阻拦规律。B1~B3及C1~C2测点布设于左右两幅桩基群中心分别与高铁桥墩中心连线上，测试结果可以比较确定测点位置处加速度大小，并与第四章中的桩基施工现浇混凝土受高铁振动影响研究相结合，判断桩基施工受高铁振动影响程度。加速度测试试验测点示意图如下图3-3所示。22 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究图3-3测点布置示意图本次测试采用的是武汉优泰公司的UT34系列动态信号采集器、中国地震局工程力学研究所研制的振动测试传感器及中国地震局工程力学研究所研制的信号放大器组成的成套测试系统。测试系统示意图如下图3-4所示，现场测试系统如图3-5所示，各区的现场测试图如图3-6~3-7所示。图3-4测试系统结构图图3-5现场测试系统23 华南理工大学工程硕士学位论文图3-6A区现场测试图3-7B区桩基处现场测试3.4各区域地面加速度试验与分析3.4.1高铁桥下部区域地面加速度试验与分析高铁桥下部区域的地面加速度试验即A区加速度采集测试，以离高铁最近的A1测点为例，记录其竖向、纵向、切向加速度时程曲线如下图示。图3-8A1竖向加速度时程曲线图3-9A1纵向加速度时程曲线24 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究图3-10A1切向加速度时程曲线如图3-8~3-10所示，A1测点共采集了两趟高速列车通过时土体的振动时程曲线，可以发现加速度时程曲线于短暂的时间内便达到了峰值，但在达到峰值前加速度时程曲线有一个逐渐增大的过程，当高铁接近测点位置处，测点加速度时程曲线较迅速地达到了加速度峰值，当高铁逐渐远离测点位置，加速度时程曲线则快速衰减。除了两趟高速列车通过所致的加速度时程曲线，从图中还可见有个别段幅值较小的时程曲线，这是现场施工车辆通过及其他现场扰动所致，可见施工现场扰动所致加速度峰值约为高速列车通过所致振动加速度峰值的1/20~1/50或者更低。A区共布设测点8个，共采集数据29组，由于采集的加速度曲线量大，从中选出A2~A6各测点有代表性时程曲线如下图3-11~3-15所示。图3-11A2竖向加速度时程曲线图3-12A3竖向加速度时程曲线25 华南理工大学工程硕士学位论文图3-13A4竖向加速度时程曲线图3-14A5竖向加速度时程曲线图3-15A6竖向加速度时程曲线将A区各测点的测试数据的竖向加速度峰值、纵向加速度峰值及切向加速度峰值进行汇总如下表3-1所示。V向代表竖向，H向代表纵向及切向，V向均值计算方法为去掉最大值及最小值，将剩余数据取平均值。H向数值均值分为纵向及切向，考虑到数据量比较少，故直接对其取平均值。26 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究表3-1A区测点加速度峰值表（m/s2）区域测点序号方向V向数值均值H向数值均值竖向/横向0.013260.003813.47723纵向0.003930.013200.004053.26042A10.013250.013270.006082.18282切向0.005290.013240.004502.940100.009070.004152.18650纵向0.004220.013730.004293.19980A20.012210.011720.006261.87131切向0.005460.012690.004652.729730.005550.003531.57287纵向0.003990.007700.004441.73582A30.006470.005980.002082.87975切向0.002290.006960.002502.788350.008500.002273.74812纵向0.002480.007090.002692.63334A40.00812A0.008840.002243.95230切向0.002340.007740.002443.168880.010610.002554.16650纵向0.002580.009580.002603.679730.008910.002054.33952A50.009210.009560.002184.38124切向0.002090.008090.002103.859860.008790.002014.36769纵向0.007550.002440.002443.09030A60.006280.007280.003591.75200切向0.003650.007280.003711.96150纵向0.006930.007560.007560.91646A70.00686切向0.006790.002620.002622.59019纵向0.009950.004010.004012.47861A80.01101切向0.012060.001870.001876.45303于是我们得出A区垂直高铁线路布置的A1~A6测点（其中A5、A6之间存在围护旋喷桩，A1~A6各测点间间隔距离为2m）各自的三向振动加速度峰值对照如下图3-16所示，沿高铁线路布置的A7~A8（其中A7、A8之间存在围护旋喷桩，A7较A8更靠近高铁桥墩）两点的三向振动加速度峰值对照如图3-17所示。27 华南理工大学工程硕士学位论文图3-16A区A1~A6振动加速度峰值趋势图图3-17A区A7~A8振动加速度峰值趋势图对于竖向振动加速度，由图3-16可知，A1-A6测点竖向振动加速度峰值随着距离的增加，整体呈现峰值下降的趋势，其中最大点出现在距离高铁桥墩最近的A1测点，为0.01325m/s2。由图3-17可知，A8测点的竖向振动加速度峰值大于A7测点，隔离桩并未对高铁引起的土体竖向振动起到好的隔离作用。对于纵向与切向振动加速度，由图3-16可知，A1-A6测点纵向与切向振动加速度峰值随着距离的增加，整体也都呈现峰值下降的趋势，最高点都出现在A2测点，分别为0.00422m/s2与0.00546m/s2，均与对应的A1测点加速度峰值相近。由图3-17可知，A7测点的纵向、切向振动加速度峰值大于A8测点，可见隔离桩对高铁引起的土体这两个方向上的振动波传播起到了较好的隔离作用。图3-16对比明显发现A1-A6测点的竖向振动加速度峰值均大于纵向振动加速度峰28 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究值及切向振动加速度峰值，纵向振动加速度峰值与切向振动加速度峰值相近，可以理解为竖向加速度占主导地位。图3-17中A7测点的竖向加速度峰值与该点的纵向振动加速度峰值相近，且均大于该点的切向振动加速度峰值。A8测点的竖向加速度峰值大于该测点的纵向振动加速度峰值及切向振动加速度峰值，且纵向加速度峰值大于切向加速度峰值。综上所述，随着测点与高铁桥墩的距离逐渐增大，各向加速度值峰值存在不同程度的降低趋势，竖向加速度峰值普遍大于纵向及切向加速度峰值，竖向振动相比水平向振动更为明显。为了分析A区各测点振动的频率分布及初步规律，将A区各测点三个方向的较典型的频谱图的频率汇总如图3-18~3-20所示。图3-18A区测点竖向加速度频谱图图3-19A区测点纵向加速度频谱图29 华南理工大学工程硕士学位论文图3-20A区测点切向加速度频谱图结合图3-18~20的数据可知，各测点的前十阶频率均小于150HZ，绝大部分小于100HZ，少部分大于100HZ，可见本场地内A区的振动加速度的频率主要分布在150HZ以内。综上所述，本小节可得以下结论：①随着测点与高铁桥墩的距离逐渐增大，各向加速度值峰值存在不同程度的降低趋势；②各测点的竖向加速度峰值普遍大于纵向及切向加速度峰值，说明竖向振动相比水平向振动更为明显；③隔离桩对纵向及切向振动传播有较好的隔离作用，对竖向振动传播隔离作用不佳；④在施工场地内A区所测得的振动频率主要分布于150HZ以内。3.4.2英红特大桥桩基区域加速度试验与分析桩基区域分为左右两幅的B、C试验区，取B区、C区较典型的一段数据进行初步分析与介绍，数据如图3-21~3-22所示。图3-21B1竖向加速度时程曲线30 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究图3-22C1竖向加速度时程曲线将B、C区加速度时程曲线图3-21~3-22与A区图3-8~3-10进行比较可发现，A区的振动传播至桩基附近时振动已经大幅度衰减，B1与C1测点的加速度峰值不及A区测点的加速度峰值的1/10。图3-21中共采集了四趟高速列车通过时B区桩基（左幅）附近位置的振动时程曲线，在没有列车通过时，桩基位置附近所测得的信号基本可忽略不计。图3-22中在没有列车通过时C区（右幅）传感器也可以采集到较明显的加速度时程曲线，这是因为C区紧邻施工通道，当施工通道中有载重的泥头车通过时，其引起的振动可以同高铁诱发的振动相当。将B、C区各测点高速列车所致加速度峰值汇总如表3-2所示。表3-2B、C区各点高速列车所致加速度峰值（单位：m/s2）测点序号方向V向数值H向数值竖向/横向纵向0.000230.000560.40382B1切向0.000300.000520.57185纵向0.000790.002110.37610B2切向0.000970.000482.02490纵向0.000940.000491.90994B3切向0.000740.000098.11205纵向0.000260.000161.58556C1切向0.000160.000510.31393纵向0.001580.001590.99827C2切向0.000840.000691.20939根据表3-2的数据，可以得知位于B1测点的竖向加速度峰值为0.0003m/s2，纵向加速度峰值为0.00056m/s2，切向加速度峰值为0.00052m/s2，纵向及切向加速度峰值相近，竖向加速度峰值约为纵向及切向加速度峰值的一半。将B2测点的测试数据同B1测点的测试数据进行比对，可发现竖向加速度最大值31 华南理工大学工程硕士学位论文为0.00097m/s2，相比B1测点的0.0003m/s2有较大的增幅，且纵向加速度峰值也有较大的增长，其中纵向加速度峰值从0.00056m/s2增加至0.00211m/s2，切向加速度峰值却同B1测点所测值相近。对产生这种现象的原因进行分析，可以发现在B1测点同116#高铁桥墩连线方向上有反力座及其基础的阻挡作用，因此B1测点相比B2测点的竖向加速度及纵向加速度均存在不同程度的衰减。将B3测点的测试数据同B1测点的测试数据进行比对，可发现B3测点的竖向加速度峰值为0.00094m/s2大于B1测点的竖向加速度峰值0.0003m/s2，可见桥墩及基础使得竖向加速度大幅衰减；同时，可发现B3测点的纵向加速度峰值为0.00049m/s2，同B1测点的纵向加速度峰值0.00056m/s2相近，可见反力座及其基础对纵向加速度的阻挡作用并不明显；同时，可发现B3测点的切向加速度峰值为0.00009m/s2，相比B1测点的0.00052m/s2降低较多，这是由于测点布置贴近反力座所致，B3测点布置示意图如图3-23所示。图3-23B3测点布置示意图而C区加速度峰值最大值为0.00159m/s2稍大于B区测得的加速度峰值最大值0.001m/s2，这是C区临近施工通道导致的。同样，为了分析B、C区各测点振动的频率分布及初步规律，将B、C区各测点三个方向的较典型的频谱图的频率汇总如图3-24~26所示。32 第三章高铁振动诱发周围地面与转体桥桩基响应研究图3-24B、C区测点竖向加速度频谱图图3-25B、C区测点纵向加速度频谱图图3-26B、C区测点切向加速度频谱图结合图3-24~26以及线性谱图可知，点B1的竖向、纵向及切向的能量分布，主要33 华南理工大学工程硕士学位论文分布于50HZ以下。考虑到A区各测点同测点B1位于高铁桥墩116#桥墩一侧，故将两者进行比较，同时结合A区各测点的频谱图能量分布，可发现振动加速的频率分布从主要小于150HZ转变为主要小于50HZ，50~150HZ的振动基本衰减，但结合B2测点的各线性谱可发现，大于100HZ的振动依然占据振动的较大比重，分析B1及B2两测点的不同之处，可发现B1测点一侧临近反力座墩，故可推断是反力座墩对振动传播起到了较大的阻挡作用。综上所述，本小节可得以下结论：①B、C两区所测得的时程曲线加速度峰值最大值约为0.001m/s2，约为重力加速度的万分之一，即桩基附近所测得的最大加速度振动时程曲线峰值为重力加速度的万分之一；②反力座对竖向振动的传播有较强的阻挡作用，由于这种作用，B1测点测得的竖向振动约为B2测点的一半，且B1测点前十阶频率范围小于B2测点的前十阶频率范围；③施工通道中载重的泥头车通过时引起的振动与高铁诱发振动效果相当。3.5本章小结本章使用uTekl数据采集仪通过施工现场对土体与桩基周围振动加速度数据的采集，导入软件并分析加速度时程曲线、频谱图，得到如下规律。（1）靠近高铁桥墩（A区）周围土体振动特性是随着距离逐渐增大，各向加速度值峰值存在不同程度的降低趋势；各测点的竖向加速度峰值普遍大于纵向及切向加速度峰值，竖向振动更为明显；隔离桩对纵向及切向振动传播有较好的隔离作用，但对竖向振动传播隔离作用不佳；在施工场地内A区所测得的振动频率主要分布于150HZ以内。（2）在桩基附近（B、C区）测得的振动加速度时程曲线峰值只有重力加速度g的万分之一，施工通道中载重的泥头车通过时引起的振动与高铁诱发振动效果相当，可以认为高铁运营引起的振动波传播在桩基处的影响十分有限。34 第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究4.1引言转体T构梁桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验依托的是龙怀高速跨武广高铁英红特大桥转体梁施工项目，本试验意在探讨高铁经过时产生的振动是否对桩基施工处现浇混凝土强度构成影响以及对距离震源不同位置、受振动时间阶段不同的混凝土成型影响规律。现浇混凝土由塑性变失去流动性的凝结阶段是一个十分复杂的过程，其中涉及到许多水泥、混凝土与水之间的相互物理化学反应，这种反应决定着混凝土的早期成型强度，分析它的凝结过程对我们探究振动如何影响混凝土强度是十分必要的。4.2水泥与混凝土凝结过程4.2.1水泥凝结的物理化学过程水泥的凝结硬化十分复杂，熟料矿物与水反应生成大量的水化产物与水泥颗粒之间形成某种网格状的连接。硅酸盐水泥里含有多种熟料矿物与石膏，遇到水以后反应生成了较多的水化产物，且产物的增多使其相互连接在一起，成为硬化的浆体结构。凝结状态表明水泥浆将要失去流动性且具备可塑性强度，硬化状态则表明水泥浆将逐渐固化且具备机械强度，其完整的凝结硬化过程图如下图4-1所示。图4-1水泥凝结硬化图水泥的硬化过程[50][51]大致可分为三个阶段。第一阶段，水泥遇水后到其初凝时期，铝酸三钙和硅酸三钙以及水迅速反应生成Ca(OH)2溶液，溶液饱和之后逐渐析出晶体。与此同时，石膏也与两者反应生成微弱的35 华南理工大学工程硕士学位论文钙矾石晶体。此时水泥的水化产物量微且形细，处于塑性状态，还未形成良好的网状结构。第二阶段，从水泥初凝起至24h，水化反应的加速使更多的晶体得以生成。并且水泥颗粒上析出了呈纤维状的水化产物即硅酸钙凝胶C-S-H。这种凝胶的不断产出使得颗粒间产生强弱不等的接触点，进而连接成网使水泥浆凝结。随着这些接触点的增多，网状结构获得了不断加强，使得水泥的强度逐步增大。而残留在颗粒间形状不一的非结合水则被挤压填充在孔隙中。第三阶段，从24h至整个水化过程完全完成。这时候石膏已基本耗尽，钙矾石朝着单硫型水化硫铝酸钙的方向转化，也可能会转化成铁铝酸四钙C4(A,F)H13。水化的进一步反应，得到了更多的水化产物，使结构更加紧密，水泥强度更加高。23CaOSiO6HO3CaO2SiO3HO3CaOH2222222CaOSiO4HO3CaO2SiO3HOCaOH222223CaOAlO6HO3CaOAlO6HO2322324CaOAlOFeO7HO3CaOAlO6HOCaOFeOHO232322322323CaOAlO6HO3CaSO2HO19HO3CaOAlO3CaSO31HO2324222342影响水泥的凝结硬化的因素较多，除了水泥熟料固有结构、相对含量、水泥粗细程度等内因外，还与外部条件如用水量、外加剂、温度湿度条件、养护时间等外因紧密相关。水泥颗粒越细，意味着接触面积会越多，水化作用越充分使得凝结硬化速度加快，早期水泥强度就会越高；用水越多，随着毛细孔聚集得越来越多，凝结逐渐变慢，强度就会变低；养护温度达到一定高度能加速水化反应，潮湿的环境更有利于混凝土强度的提高。水泥的硬化在14d内强度增长比较迅速，28d后增长逐渐缓慢。4.2.2混凝土的凝结过程混凝土的凝结硬化过程[52-54]亦是水泥和水之间物理化学反应作用的结果，可以将混凝土的凝结过程分为四个不同阶段。第一阶段为初始期，这一时期水化物并不多，水化物附着在水泥颗粒形成水化膜，颗粒间彼此还是分离状态，相互之间的引力小。到了第36 第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究二阶段潜伏期，凝胶体膜层包裹着水泥颗粒不断扩大，相互接触形成疏松的网状结构，水泥浆体开始失去流动性，这时的混凝土为初凝时期。进入第三阶段凝结期时，凝胶体膜层破裂，水分渗入胶体内部快于水化物向外扩散，内外渗透压的存在使得水化反应加剧，重新修复好破裂的膜层，这时的混凝土为终凝时期。到了最后一个阶段硬化期，不断形成的凝胶体填充密实，毛细孔减少，水泥浆体逐渐产生强度而硬化。下图4-2所示为混凝土凝结硬化过程的曲线分析图。图4-2混凝土凝结硬化过程曲线图混凝土在凝结过程中存在外分层现象与内分层现象。外分层是指笨重的粗大颗粒容易积累于底部，将水泥砂浆挤到了上部，导致混凝土出现不均匀的现象，这样会使得混凝土下部强度大于上部强度，表层混凝土成为薄弱部分，图4-3所示为混凝土凝结过程中外分层现象的过程图。a）不同颗粒沉降不同b）分层运动c）分层完成图4-3混凝土外分层现象37 华南理工大学工程硕士学位论文内分层则是混凝土在凝结过程中内部结构随着浆体的流动以及气泡的不断排出而逐渐密实。然而继续振捣与密实时，部分水分和气泡在上升过程中，受粗集料的阻挡积聚在了粗集料周围尤其是下方的空隙中，形成内分层结构，离析即是一种严重的内分层现象。内外分层使得混凝土在微观和宏观上变得不均匀，使得混凝土强度降低[51]。4.2.3桩基施工现场振动分析混凝土凝结硬化过程中环境的振动荷载对混凝土抗压强度是有一定影响的，不少专家学者已指出此方面的理论研究。同济大学的陆金平[12]研究了振动对处于养护过程中的混凝土强度的影响，试验采用的是皮带输送机产生的振动干扰，主频率为5.65Hz，加速度幅值0.02g，分析了振动时带模与脱模、振动延续时间等状态下试块强度发展，得出当振动具有重复密实作用时，混凝土的强度提高，而当振动使混凝土发生再松散时，就会导致强度下降的结论。铁道部科学研究院的张大英[13]研究了重复振动对混凝土强度影响，把重复振动对混凝土强度影响分为三个阶段，即初凝至终凝间，强度增长速度剧增，到终凝时刻达到最大极值；终凝至灌注后15h，强度增长曲线急剧下降；浇灌完15h以后，强度稳定阶段，振动对强度影响小，混凝土的坚固程度足以抵抗外力的影响，试验中采用的振动台主频率为47.5Hz，振幅为0.35~0.57mm。华中科技大学的郑仁健[15]对二次振动提高混凝土强度的原因进行了分析研究，采用超声检测仪确定了二次振动混凝土试块密度差异，得出二次振动最佳时间跟水泥初凝时间有关，二次振动混凝土强度高于只进行一次振动的混凝土的结论，他采用的振动台主频率为47.6Hz，振幅为0.5~0.8mm。由此可见振动对混凝土强度的有利影响是基于在科学合理的选择振动参数上。合理的振动可以消除混凝土内部的孔隙与气泡，提高混凝土密实度从而加强其强度，一旦振动超过合理值，容易使混凝土密实度降低，产生离析分层现象，导致混凝土表面质量下降从而影响整个构件的强度，振动过于强烈还会使处于粘合状态的凝胶撕裂分离，不利于混凝土强度的发展。实际施工现场测量出的振动最大位置处位于铁路中心线下，即0m处，采用动态信号采集器采集到的加速度时程曲线如下图4-4~4-6所示。图中可以看出0m处竖向加速度峰值达到了0.01325m/s2，纵向加速度与切向加速度则相对较小，竖向加速度曲线为主要时程曲线。0m处振动频率介于0~150Hz浮动，相对于普通列车经过产生的频率更大，38 第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究振动加速度由于通过桥墩传递到周围土体已经衰减了很多，在第三章中已经给出了详细的试验方案与结论。根据现场振动测试，高铁列车产生的振动通过高铁桥墩传递至土体的振动特性属于试验的合理范围。图4-40m处竖向加速度时程曲线图4-50m处纵向加速度时程曲线图4-60m处切向加速度时程曲线4.2.4机理分析1896年Feret[55]研究了混凝土中水、气孔体积与其强度关系，得出水与气孔占比较39 华南理工大学工程硕士学位论文大时，混凝土强度较低的结论，给出了具体公式（4-1）如下：VcfK（4-1）c1VVVcwa其中，fc——混凝土的抗压强度；K1——常数；Vc、Vw、Va——混凝土实际体积、水和空气的绝对体积。图4-7为混凝土内部结构，可以看出混凝土经充分振捣成型后，其内部的孔隙、气孔依然很多，附着在粗颗粒间，再加上凝结过程中内外分层现象的危害，严重影响着混凝土自身的强度。混凝土由塑性逐渐凝结硬化的阶段中，长期施加合理的振动荷载，能够使局部的气泡和孔隙消除殆尽，使胶凝体更加均匀结合，从而提高整体的密实度。图4-7混凝土内部结构从初凝起至终凝过程，水泥的水化作用开始加速生成了较多晶体，同时水泥颗粒上长出纤维状的凝胶，凝胶体膜层包裹着水泥颗粒不断变大，此时的膜层阻碍了水分的渗入，一定程度上延缓了这种水化作用，而长期重复的振动会打破凝胶体的膜层，使得水与水泥进一步充分接触，加速了混凝土水化反应的进行；另一方面膜层的破坏使得水泥颗粒之间的接触点增多，空间缩小使得孔隙被挤压，逐渐被再次形成的胶凝体所填满，从而使得混凝土更早凝结硬化，强度进一步提升[56]。40 第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究4.3研究思路与分析方法为了研究高铁振动对桩基混凝土凝结过程中的强度影响，我们采用现场浇筑并养护的方式，试验以不受振动影响区域混凝土强度为对照组，测定三个不同时间阶段混凝土的强度，比较分析振动对不同时间段混凝土强度影响，以及测定不同位置处混凝土的强度，比较分析振动对不同距离处混凝土强度影响，从而反映高铁列车振动对施工混凝土凝结成型影响规律。本次研究以两次试验作为实践基础，第一次试验分为混凝土晚上初凝时期、早上初凝时期、早上终凝时期三个时间段将试块放置于振动区域，试验位置分为距高铁线0m、2m、4m、6m、8m、10m、桥墩台处与不受干扰的区域，选择晚上跟第二天早上浇筑试块是出于本工程中晚上施工工况的需要，能更好地模拟夜晚施工环境，研究夜间桩基施工混凝土强度受振动影响规律；第二次试验时间段分为混凝土初凝前、初凝-终凝、终凝后三个阶段，试验位置与第一次试验的组别一样，选择混凝土的初凝、初凝过渡终凝、终凝时间段则是整体性混凝土强度试验的需要，能更好地分析混凝土强度是从什么阶段开始强度不再发生规律性变化的，使整个试验更加严谨与科学。两次试验共267个试块，能够很好的排除人为与环境误差，得到更加合理的数据，总结出可信的规律，从而探究高铁振动对混凝土强度影响的安全性。现就两次试验的方案以及试验的整个过程与数据的处理等基本资料整理如下所示，得出高铁列车振动对桩基施工现浇混凝土凝结成型影响规律。4.4夜间桩基施工混凝土强度受高铁振动影响试验混凝土强度受高铁振动影响研究的第一次试验是在2017年9月13日晚上8点开始进行的。4.4.1试验准备（1）试验材料试验用混凝土强度等级、配合比、坍落度等详尽资料如下图4-8所示。41 华南理工大学工程硕士学位论文图4-8施工混凝土配料说明（2）时间段晚上初凝（A）、早上初凝（B）、早上终凝（C）。（3）试验位置距高铁线路中心线0m、2m、4m、6m、8m、10m、桥墩下、不受振动干扰区域（对照组）。（4）试验仪器YAW-2000型微机控制压力试验机。4.4.2试验方法（1）混凝土试块的浇筑首先测定混凝土达到初凝与终凝状态的时间[57]，将试模内壁经均匀刷油处理后搬到施工场地，试块浇筑的尺寸设置为150mm×150mm×150mm，C55混凝土来自搅拌站由拌车运输至现场，试块经充分振捣抹平成型，分别于混凝土晚上初凝、早上初凝、早上终凝三个时间段放置在距离高速铁路线路下的中心线0m、2m、4m、6m、8m、10m、桥墩处以及不受振动干扰的区域（由于京广线穿过场地中间，不受振动干扰区域我们将试块放置于6cm厚度海绵垫上尽可能远离高铁线路处）。试件按时间段不同分为晚上初凝混凝土、早上初凝混凝土、早上终凝混凝土分别记为A、B、C三组，其中A组高铁42 第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究振动影响下35个，不受干扰的对照组为5个；B组高铁振动影响下51个，不受干扰的对照组为13个；C组高铁振动影响下14个，不受干扰的对照组为5个，试块共计123个，现场试验场地如图4-9所示，试块布置如图4-10所示。图4-9试验场地图图4-10试块现场布置图图4-11砼搅拌及放置图4-12振捣抹平43 华南理工大学工程硕士学位论文图4-13试块放置图4-14对照组垫海绵为了降低试块养护不利条件对强度造成影响，我们在对试块基本养护的同时覆盖薄布，定时浇水浸透薄布，使试块在试验期内保持更加持久的湿润状态。（2）混凝土试块试验阶段混凝土养护至设定的试验龄期7d后进行混凝土立方体单轴抗压试验，抗压试验前，将混凝土标准立方体试件放置于试压机和承压板之间，缓慢加压至试块出现破损，测定试块抗压强度。图4-15试块运输图4-16试块试验图4-170m处试块B2受压破坏截面图4-1810m处试块C2受压破坏截面（3）试验数据记录实际试块抗压表面积与混凝土试块抗压强度测量值如下表所示。44 第四章桩基现浇混凝土强度受高铁振动影响试验研究表4-1试块实际受压尺寸记录表（晚上初凝）（单位：mm*mm）编号A1...B1...C1...0m149*150...150*150...150*150...2m150*150...150*150...150*150...4m149*150...151*150...149*150...6m151*150...150*150...150*150...8m150*150...150*150...150*150...10m150*150...151*150...151*150...墩底150*150...150*150...150*150...对照150*150...150*150...149*150...表4-2试块抗压强度测量值记录表（单位：MPa）编号A1...B1...C1...0m55.5...63.1...58.2...2m56.5...61.2...54.3...4m57...60.0...59.7...6m57.3...63.0...55.6...8m46.6...51.5...56.9...10m59.7...53.9...59.5...墩底57.2...60.5...57.2...对照59...57.2...56.3...（4）数据处理我们在给试块进行单轴抗压试验得出的试验数据是建立在标准立方体的基础之上，实际过程中试块的受压面积并不全是标准的，我们需要引进修正系数K来将试验测量值转换为实际值，得到混凝土试块抗压强度实际值如下表4-4~4-6所示。SPPKP标（4-2）实测测S实式中，P实、P测——试块压强实际值、测量值；S实、S标——试块受压面积实际值、标准值。根据混凝土强度检验评定标准(GBT50107-2010)[58]中5.1~5.2章节的相关评定方法，连续的三组试块强度必须满足下列条件：mf0.7（4-3）fcucu,k0ff-0.7（4-4）cu,mincu,k045 华南理工大学工程硕士学位论文f0.9f（4-5）cu,mincu,k其中标准差的表达式如下：0n22fcu,i-nmfcui1（4-6）0n-1对于本容量少于10组时的处理方法是采用非统计方法。按照非统计方法评定混凝土强度时，其强度应符合以下的规定：mf（4-7）fcu3cu,kff（4-8）cu,min4cu,kn22fcu,i-nmfcui1S（4-9）icun-1式中，m表示同一组混凝土抗压强度平均值；f表示混凝土立方体抗压强度标fcucu,k准值；f表示同一组混凝土抗压强度最小值；f表示同一组混凝土抗压强度第i个cu,mincu,i代表值；S均表示该组混凝土抗压强度标准差；、表示合格评定系数，取值如下icu34表4-3所示。表4-3混凝土强度非统计法合格评定系数混凝土强度等级