高速鐵路900t箱梁架梁過程中橋墩沉降監(jiān)測

魯科學(xué)

(中鐵十五局集團(tuán)，河南洛陽 471002)

1 工程概況

京滬高速鐵路是我國目前投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的鐵路工程，也是我國第一條具有世界先進(jìn)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(shè)計時速350 km，初期運(yùn)營時速300 km，最高運(yùn)營速度達(dá)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(biāo)內(nèi)的淮河特大橋部分，樁基礎(chǔ)設(shè)計全部為摩擦樁，樁基數(shù)一般為8～12根，樁長為44～59m。

2 架梁過程中對橋墩進(jìn)行沉降監(jiān)測的意義

京滬高速鐵路線下、軌道工程設(shè)計行車速度目標(biāo)值均為350 km/h，采用雙線無碴軌道，正線軌道按一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路設(shè)計。無碴軌道對橋梁等線下工程的工后沉降要求非常嚴(yán)格，工程在設(shè)計中雖然對每個橋墩進(jìn)行了沉降量的估算，但是沉降變形是一個很復(fù)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(shè)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(jìn)行監(jiān)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(guān)系，為驗證和修改設(shè)計估算沉降量，分析、預(yù)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(jiān)測網(wǎng)設(shè)計

本沉降監(jiān)測網(wǎng)只用于架梁過程中橋墩的沉降監(jiān)測，觀測時間較短(一般1～2 d)。此時橋梁的線下沉降監(jiān)測網(wǎng)早已投入使用，本監(jiān)測不需要專門建立監(jiān)測網(wǎng)，可采用線下監(jiān)測網(wǎng)。由于觀測時間短，所以實施時只需要工作基點和監(jiān)測點，高程系統(tǒng)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(jiān)測網(wǎng)的高程系統(tǒng)。

3.1 工作基點的建立(線下工程沉降監(jiān)測網(wǎng)建網(wǎng)時埋設(shè))

本次監(jiān)測采用橋梁線下工程沉降監(jiān)測網(wǎng):工作基點沿線路前進(jìn)方向按每8個墩埋設(shè)一個，間距約250m，布設(shè)在施工便道右側(cè)。為了保證工作基點的相對穩(wěn)定，工作基點應(yīng)在2個墩的中間埋設(shè)，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(shè)在二個橋墩的中間，而且埋設(shè)深度一定要滿足要求，埋設(shè)完成后的標(biāo)志表面不能高于原地面的高度，標(biāo)志一定要采用不銹鋼。埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)同高鐵規(guī)范。

3.2 墩身觀測標(biāo)的布置(線下工程沉降監(jiān)測網(wǎng)建網(wǎng)時埋設(shè))

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

4 架梁過程中橋墩沉降監(jiān)測的精度及控制標(biāo)準(zhǔn)

架梁過程中對橋墩的沉降監(jiān)測，均參照二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行。

5 沉降監(jiān)測的實施

5.1 沉降監(jiān)測的儀器設(shè)備

沉降監(jiān)測統(tǒng)一使用天寶DINI12T型電子水準(zhǔn)儀及配套的銦瓦尺，儀器標(biāo)稱精度為每公里高差中誤差0.3 mm。儀器使用前必須經(jīng)過具備相應(yīng)檢定資質(zhì)部門的檢定，使用時必須在檢定有效期內(nèi)。

5.2 沉降監(jiān)測的頻率

沉降監(jiān)測的頻率按表1要求進(jìn)行觀測。

表1 沉降監(jiān)測頻率

5.3 觀測工作的實施

根據(jù)現(xiàn)場實際架梁進(jìn)度選擇所要觀測的橋墩，按設(shè)定的觀測路線，按規(guī)定的頻率，測量對應(yīng)的橋墩上的沉降監(jiān)測標(biāo)。為了提高觀測精度，觀測時采用固定的儀器，前后視水準(zhǔn)尺號固定(或采用同一把水準(zhǔn)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(yīng)對觀測點采取有效的保護(hù)措施，防止施工機(jī)械的碰撞、人為因素的破壞等，觀測標(biāo)位置應(yīng)做醒目標(biāo)識等措施，以保證觀測標(biāo)的功能及安全要求。

觀測數(shù)據(jù)中應(yīng)將各荷載階段標(biāo)識清楚，避免數(shù)據(jù)分析時造成誤判。

圖1 架梁過程沉降監(jiān)測示意

首次觀測時應(yīng)對觀測標(biāo)的完好性進(jìn)行檢查，如出現(xiàn)觀測標(biāo)松動、丟失等情況，應(yīng)及時采取補(bǔ)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(yán)格遵守以下列規(guī)定:

①采用相同的圖形或觀測路線和觀測方法，在置鏡處設(shè)標(biāo)志樁;

②使用同一儀器和設(shè)備;

③固定觀測人員。

5.4 沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理

采用電子水準(zhǔn)儀，觀測時數(shù)據(jù)不需要人工記錄。每天觀測完成后將儀器中的觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，利用軟將儀器中的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成需要的格式。將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行比較計算，從而得出本次沉降量、累計沉降量等沉降指標(biāo)。

6 實測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況，本次共選擇26處具有代表性的52個橋墩進(jìn)行了架梁過程沉降監(jiān)測的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，各階段沉降情況如表2所示，表中數(shù)據(jù)均為56個橋墩的平均值。

表2 架梁過程沉降監(jiān)測各階段沉降量及荷載情況統(tǒng)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(jī)、運(yùn)梁車自重，其中32m簡支梁自重約840 t，架橋機(jī)自重約500 t，運(yùn)梁車自重約380 t。結(jié)合架梁的施工工藝，各觀測階段的荷載如下。

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

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

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

第三片梁架設(shè):該階段主要荷載為三片梁的自重總量和運(yùn)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(jié)

通過以上分析結(jié)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(yùn)梁車托載第三片梁經(jīng)過的時候荷載達(dá)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(yīng)關(guān)系式為:h=0.001T－0.11。當(dāng)運(yùn)梁車和第三片梁卸載(恒載)后，由于橋墩荷載減少，橋墩會產(chǎn)生0.2mm左右的回彈現(xiàn)象。

從無砟軌道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計來看，雖然橋梁在線路開通運(yùn)營時還會產(chǎn)生其他荷載，如橋面附屬工程自重、無砟軌道自重、列車運(yùn)行產(chǎn)生的荷載等，但是這些荷載總量遠(yuǎn)達(dá)不到架梁沉降監(jiān)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(zhǔn)測量規(guī)范［S］

［2］TB 10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范［S］