高速鐵路900t箱梁架梁過程中橋墩沉降監測

魯科學

(中鐵十五局集團，河南洛陽 471002)

1 工程概況

京滬高速鐵路是我國目前投資規模最大、技術含量最高的鐵路工程，也是我國第一條具有世界先進水平的高速鐵路，正線全長約1 318 km，與既有京滬鐵路的走向大體并行，全線為新建雙線，設計時速350 km，初期運營時速300 km，最高運營速度達380 km。橋梁長度約1 140 km，占正線長度86.5%。其中DK781+833.00～DK832+348.00段為京滬高速鐵路土建四標內的淮河特大橋部分，樁基礎設計全部為摩擦樁，樁基數一般為8～12根，樁長為44～59m。

2 架梁過程中對橋墩進行沉降監測的意義

京滬高速鐵路線下、軌道工程設計行車速度目標值均為350 km/h，采用雙線無碴軌道，正線軌道按一次鋪設跨區間無縫線路設計。無碴軌道對橋梁等線下工程的工后沉降要求非常嚴格，工程在設計中雖然對每個橋墩進行了沉降量的估算，但是沉降變形是一個很復雜的過程，單靠理論計算很難滿足無碴軌道對工后沉降的要求。而900t箱梁架設時，橋墩所承受的荷載最大，通過對架梁過程中橋墩的沉降情況進行監測和研究，可以更直接地掌握橋墩在不同荷載工況下的實際沉降情況，找到荷載與沉降的直接關系，為驗證和修改設計估算沉降量，分析、預測橋墩最終沉降量，都能提供有價值的參考。

3 架梁過程中橋墩沉降監測網設計

本沉降監測網只用于架梁過程中橋墩的沉降監測，觀測時間較短(一般1～2 d)。此時橋梁的線下沉降監測網早已投入使用，本監測不需要專門建立監測網，可采用線下監測網。由于觀測時間短，所以實施時只需要工作基點和監測點，高程系統可以每個工作基點分別采用獨立高程(例如，假定所有工作基點高程都為10.000 0m)，也可以采用線下沉降監測網的高程系統。

3.1 工作基點的建立(線下工程沉降監測網建網時埋設)

本次監測采用橋梁線下工程沉降監測網:工作基點沿線路前進方向按每8個墩埋設一個，間距約250m，布設在施工便道右側。為了保證工作基點的相對穩定，工作基點應在2個墩的中間埋設，編號為工作基點+小里程橋墩編號。這里要注意，工作基點要盡量埋設在二個橋墩的中間，而且埋設深度一定要滿足要求，埋設完成后的標志表面不能高于原地面的高度，標志一定要采用不銹鋼。埋設標準同高鐵規范。

3.2 墩身觀測標的布置(線下工程沉降監測網建網時埋設)

墩身觀測標一般設置在墩底高出地面或水位1.0m左右，每個橋墩埋設2個觀測標，編號為XXXX號墩墩身標－3、XXXX號墩墩身標－4(XXXX表示橋墩編號，－3、－4接承臺觀測標編號)，其中XXXX號墩墩身標－3觀測標設置在墩身的左側，XXXX號墩墩身標－4觀測標設置在墩身的右側面。

4 架梁過程中橋墩沉降監測的精度及控制標準

架梁過程中對橋墩的沉降監測，均參照二等水準要求進行。

5 沉降監測的實施

5.1 沉降監測的儀器設備

沉降監測統一使用天寶DINI12T型電子水準儀及配套的銦瓦尺，儀器標稱精度為每公里高差中誤差0.3 mm。儀器使用前必須經過具備相應檢定資質部門的檢定，使用時必須在檢定有效期內。

5.2 沉降監測的頻率

沉降監測的頻率按表1要求進行觀測。

表1 沉降監測頻率

5.3 觀測工作的實施

根據現場實際架梁進度選擇所要觀測的橋墩，按設定的觀測路線，按規定的頻率，測量對應的橋墩上的沉降監測標。為了提高觀測精度，觀測時采用固定的儀器，前后視水準尺號固定(或采用同一把水準尺)，每次觀測均按照固定的觀測線路和觀測方法。一般情況下每個工作基點只用于觀測前后相鄰的2個橋墩，如圖1。

觀測期間應對觀測點采取有效的保護措施，防止施工機械的碰撞、人為因素的破壞等，觀測標位置應做醒目標識等措施，以保證觀測標的功能及安全要求。

觀測數據中應將各荷載階段標識清楚，避免數據分析時造成誤判。

圖1 架梁過程沉降監測示意

首次觀測時應對觀測標的完好性進行檢查，如出現觀測標松動、丟失等情況，應及時采取補救措施。

隨時觀測，隨時檢核計算，觀測時要一次完成，不得中途停止。

每次變形觀測時，嚴格遵守以下列規定:

①采用相同的圖形或觀測路線和觀測方法，在置鏡處設標志樁;

②使用同一儀器和設備;

③固定觀測人員。

5.4 沉降監測數據的處理

采用電子水準儀，觀測時數據不需要人工記錄。每天觀測完成后將儀器中的觀測數據傳輸到電腦中，利用軟將儀器中的原始數據轉換成需要的格式。將轉換好的數據進行處理，求算出各觀測點的高程。將本次觀測高程與前次觀測高程進行比較計算，從而得出本次沉降量、累計沉降量等沉降指標。

6 實測數據分析

根據工程現場實際情況，本次共選擇26處具有代表性的52個橋墩進行了架梁過程沉降監測的數據分析。

6.1 各荷載階段沉降量分析

通過對56個橋墩的觀測數據進行統計分析，各階段沉降情況如表2所示，表中數據均為56個橋墩的平均值。

表2 架梁過程沉降監測各階段沉降量及荷載情況統計

6.2 荷載情況分析

各階段荷載主要包括三個方面:梁體、架橋機、運梁車自重，其中32m簡支梁自重約840 t，架橋機自重約500 t，運梁車自重約380 t。結合架梁的施工工藝，各觀測階段的荷載如下。

架橋機上墩:該階段主要荷載為架橋機的自重，分配到觀測墩上的荷載約為250 t;

第一片梁架設:該階段主要荷載為第一片梁的自重和架橋機的自重，分配到觀測墩上約為670 t;

第二片梁架設:該階段主要荷載為第一、二片梁自重以及架橋機、運梁車的自重，分配到觀測墩上約為1 280 t;

第三片梁架設:該階段主要荷載為三片梁的自重總量和運梁車的自重，分配到觀測墩上約為1 450 t;

架梁完成(恒載):兩片梁的自重，分配到觀測墩上約為840 t。

7 總結

通過以上分析結果可以看出，橋墩在架梁過程中，隨著荷載的不斷增加，其沉降量也在不斷地增加，直到運梁車托載第三片梁經過的時候荷載達到最大值，橋墩沉降量約為1.5 mm。通過回歸分析，在架梁過程中，橋墩沉降量與荷載的對應關系式為:h=0.001T－0.11。當運梁車和第三片梁卸載(恒載)后，由于橋墩荷載減少，橋墩會產生0.2mm左右的回彈現象。

從無砟軌道系統的結構設計來看，雖然橋梁在線路開通運營時還會產生其他荷載，如橋面附屬工程自重、無砟軌道自重、列車運行產生的荷載等，但是這些荷載總量遠達不到架梁沉降監測過程中的荷載。通過長期觀測，由后期荷載以及樁基殘余沉降所引起的橋墩沉降量約為0.5 mm。

［1］GB/T 12897—2006 國家一、二等水準測量規范［S］

［2］TB 10601—2009 高速鐵路工程測量規范［S］