客運專線橋梁線下工程沉降變形研究

鞠興華 邱志軍

（陜西鐵路工程職業技術學院1） 陜西渭南 714000 中交隧道局第二工程公司2） 陜西西安 710064）

客運專線橋梁線下工程沉降變形研究

鞠興華1）邱志軍2）

（陜西鐵路工程職業技術學院1）陜西渭南 714000 中交隧道局第二工程公司2）陜西西安 710064）

客運專線無砟軌道的鋪設對線下工程的沉降有著極高的要求，本文依托大西客運專線的渭洛河特大橋，針對工程的實際情況制定了具體的現場觀測方案，就標段內的225個墩臺進行了從承臺施工結束至無砟軌道鋪設前的全過程觀測，其中最長的觀測持續了87期（共計609天）。通過對大量觀測數據的統計分析，渭洛河特大橋線下工程的墩臺均勻沉降量、相鄰墩臺沉降差、預測沉降總量與實測值的差別等參數均符合大西客專線下工程沉降變形評判標準。

客運專線 沉降變形觀測 線下工程 無砟軌道

1 工程概況

近年來，客運專線以其運量大、效能高、安全可靠等特點成為人們出行的重要選擇，而支撐客運專線高速運行、快速運行的根本是其自身的穩定性。同時，無砟軌道的鋪設對路基、橋梁、涵洞、隧道等線下工程的最終沉降量和工后沉降量有著極高的要求[1-4]。本文依托大西客運專線渭洛河特大橋線下工程的現場沉降變形觀測結果，對沉降觀測方案、沉降數據分析等內容進行了研究。

大西客運專線DXZQ-14標段，西起陜西省渭南市臨渭區交斜鎮，起點里程為DK782+750.84，途經渭南市臨渭區、渭南市高新區，并行于鄭西客專，終點位于陜西省西安市臨潼區，終點里程為DK829+190.92，標段全長46.44km。標段內包含的渭洛河特大橋是大西客運專線最長的橋梁，全長71.339km。橋梁樁基礎地層自上而下主要為雜填土、黏質黃土、粉質粘土、細沙、中粗砂、砂礫等，地下水主要為第四系孔隙水，水量較充沛。

渭洛河特大橋采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑包括φ125cm、φ150cm、φ180cm三種尺寸；橋墩為流線型圓端實體墩，橋臺為矩形空心橋臺，共有225個墩臺，墩臺身高度在3m～20.5m范圍內；上部結構采用連續梁與簡支箱梁兩種形式，在跨越既有道路、河流溝渠及鐵路時采用（32+48+32）m、（40+56+40）m、（60+100+60）m、 64m、80m系列連續梁，在新渭南站采用變寬度及特殊跨度連續梁，其它地段采用24m或32m簡支梁結構。軌道為CRTS I雙塊式無砟軌道，正線鋪道床92.365km，站線鋪道床 1.455km，鋪道岔16組。

標段內施工現場完成所有梁體的架設工作后，按照建設單位關于線下工程沉降變形觀測評估要求，組織實施本工程的現場沉降觀測工作，以分析上部梁體架設前后的沉降變形曲線趨勢，合理確定無砟軌道的鋪設時間。

2 現場沉降觀測方案

2.1 觀測標及工作基點的構造

觀測標與工作基點標志均由鋼筋桿及不銹鋼標志構成，工作基點標石采用現澆混泥土，埋深≥1.4m，滿足規范要求[5]。工作基點標石如圖1所示：

圖1 工作基點標石示意圖

承臺沉降觀測標立面、平面，如圖2、3所示：

圖2 承臺沉降觀測標立面圖

圖3 承臺沉降觀測標平面圖

墩身處觀測標的埋設數量跟其高度相關，橋墩從承臺頂部至支座墊石頂部的高度值為H，當H＞14m時，橋梁墩身處需埋設兩個觀測標；當H≤14m時，墩身處埋設一個觀測標即可。觀測標的位置設置在墩底部，一般在地面以上或者高于常水位0.5m左右的位置。當橋墩高度小，不能滿足現場觀測尺對高度的要求時，可將觀測標設置在對應墩柱的頂帽上。上部梁體位置的觀測標位埋設位置要根據跨度的大小來確定，分別在梁兩端的支點、中跨的跨中處、邊跨的1/4跨中處進行設置，3跨以上連續梁中跨布置點相同。

2.2 觀測標及工作基點的布設

現場沉降觀測試驗中，觀測標在各墩臺的布置情況如下：渭洛河特大橋957#墩（DK788+739.25）～1141#墩（DK794+809.64）橋梁共有185個墩臺，墩身觀測標共有246個。其中，1030#～1099#由于墩身高超過14m，墩身標埋設為雙標。1133#～1141#墩身低于4m，只觀測承臺標沉降情況，沒有觀測墩身標；全標段承臺觀測標共有370個。

工作基點的布置情況如下：一共有28個工作基點，其中22個加密點,2個CPI點,4個CPII點。加密點175-2號點在復核水準點時更新高程。

現場布置的所有觀測標及工作基點由專人負責保護。

2.3 現場觀測標準及實施情況

沉降變形測量采用二級沉降觀測按精密水準執行，觀測順序采用奇偶站交替，（奇數站：后—前—前—后；偶數站：前—后—后—前）[5]?，F場沉降精度指標、觀測頻次如表1、表2所示。

表1 測量等級及精度要求

表2 墩臺基礎沉降觀測頻次表

3 沉降變形觀測數據分析

3.1 線下工程沉降評判標準

為保證無砟軌道的鋪設質量，大西客運專線的設計單位結合工程實際情況制定了軌道鋪設前橋梁線下工程的沉降評估標準如下[6]：

（1）嚴格按照沉降觀測頻率現場采集數據，并結合工程實際情況及數據變化規律做出各階段的回歸分析及沉降量預測，綜合確定線下結構的沉降變化趨勢，兩次回歸分析預測的最終沉降量差別≤8mm。第一個回歸分析對于觀測周期的時間的要求，非巖石類地基不少于主體工程施工結束后3個月；巖石地基不應少于主體工程施工結束后后1個月。

（2）針對客運專線無砟軌道施工對線下工程沉降的嚴格要求，工后沉降量單個墩臺的最終值≤20mm；相鄰墩臺之間的不均勻沉降差≤5mm。

（3）設計過程對于總沉降量的計算，墩臺基礎及梁體按照恒載假定，要求沉降計算預測值與實測資料預測的總沉降量之差不宜大于10mm。

（4）橋梁主體結構完工至無砟軌道鋪設前，沉降預測的時間應滿足以下條件[7]：

式中：

S(t)： 預測時的沉降觀測值；

S(t=∞)： 預測的最終沉降值。

通過對大西客運專線現場沉降觀測采集的大量數據進行統計發現，從承臺施工結束到梁體架設后沉降趨于穩定這個時間段內95%以上的墩柱沉降量小于10mm，結合沉降觀測數據及線下工程的沉降評判標準做詳細的比較分析，以確定依托工程無砟軌道的鋪設時間。

3.2 橋梁墩身沉降量數據分析

施工現場，鑒于橋梁墩臺、主體工程的施工進度的區別，針對每個墩臺的沉降觀測時間有較大差異，最長觀測87期（共計609天），最短觀測22期（共計154天）。通過長期觀測，標段內所有橋梁墩臺的沉降趨于穩定，統計分析各墩臺總沉降量的觀測數據如圖4所示。

圖4 墩臺總沉降量統計分布圖

由圖4可知，標段內橋梁墩臺總沉降量在0mm～7mm范圍內。主要集中在0～3mm段之間，占墩臺總量的81%； 3～5mm段之間占17%；5～7mm段之間僅占2%。結合觀測數據知，沉降量較大的墩臺為樁號是DK790+712.58 、DK790+745.28、 DK790+777.98、DK790+810.68 、DK790+843.38 、DK790+876.08 的六個橋墩 ，以上六個觀測的沉降數據如下表3所示。

分析這六個橋墩所在位置的地質資料，位置在渭河主河道附近，軟弱土地層厚度較大，樁基礎類型為摩擦樁，在橋墩自身重力以及上部梁體荷載的作用下基礎沉降量較大，并且在觀測過程中出現了沉降變形波動的情況，但最終沉降趨于穩定，滿足了大西客運專線對墩臺均勻沉降量≤20mm的沉降要求。由表3可知相鄰墩臺之間的沉降差實測值最大為3.04mm，預測值為3.45mm，滿足相鄰墩臺沉降量差≤10mm的要求。

表3 部分墩臺沉降值、沉降差統計表

3.3 梁體架設前后墩身沉降波動數據分析

上部梁體架設過程中，由架橋機安裝、拆卸、施工等原因導致的動荷載以及箱梁本身巨大的靜荷載作用，會對增加橋梁基礎承受的壓力，出現線下結構沉降量變化的情況。標段內主體結構施工結束后的沉降觀測時間均在6個月以上，復合大西客運專線關于觀測時間的要求。統計分析所有墩臺在梁體架設前后的沉降變化情況如圖5所示。

由圖5可知，梁體架設完成后墩臺沉降的波動值均在0～2mm之間。主要集中在0～1mm段，占95%；1～2mm之間占5%，所有測點滿足沉降要求。

圖5 梁體架設后沉降量變化統計分布圖

圖6 沉降觀測值與預測最終值比值分布圖

由圖6可見，共計185個橋梁墩臺沉降觀測值與預測最終沉降值比值小于75%的僅有1個，其余墩臺沉降量均滿足大西客專線下工程沉降評價標準。這一比值主要集中在85%～94%之間，表示沉降觀測期內橋梁的最終沉降已經基本完成，線下工程沉降趨勢穩定，在恒定荷載作用下無砟軌道鋪設后橋梁的工后沉降量很小，滿足橋梁差異沉降以及平順性的要求[8]。

4 觀測的注意事項

（1）現場沉降觀測從承臺施工結束后開始，但承臺上的觀測標只是作為臨時觀測標存在，當墩臺施工完成墩臺身觀測標正常使用后，不再繼續測量承臺觀測標的沉降量，按照現場施工進度逐步完成墩身、臺身、梁體等所有線下工程的沉降變形量測。

（2）沉降觀測所需的工作基點、觀測標等設備均需在施工過程中預埋，埋設過程中要根據施工組織安排做好協調工作，在不影響施工進度的前提下，保證觀測設備的埋設質量和精度要求。

（3）客運專線線下工程沉降觀測頻次及精度嚴格按照作業要求中所列時間間隔、觀測頻次表已經精度進行。

（4）現場沉降觀測數據統計分析過程中，一旦發現沉降數據不符合大西客運專線線下工程沉降評判標準的，立刻上報，查找相關問題并進行處理，以免影響無砟軌道的鋪設質量。

[1]楊吉新,李佳明. 哈大客運專線橋涵基礎沉降觀測分析與建議[J].鐵道工程學報, 2010, 136(01)∶ 38－41.

[2]王登浩. 武廣鐵路客運專線沉降觀測與預測技術[J].鐵道科學與工程學報, 2008, 5(03)∶ 60－64.

[3]王順. 津秦客運專線橋涵沉降觀測技術[J].鐵道建筑技術, 2010, 05∶ 74－78.

[4]王小軍,屈耀輝,魏永梁等. 鄭西客運專線濕陷性黃土區試驗路堤的沉降觀測與預測研究[J].巖土力學, 2010,31(01)∶ 220－231.

[5]胡志廣. 時速350km客運專線橋梁工程沉降變形觀測技術[J].鐵道建筑技術, 2010,03∶ 100－105.

[6]線下工程沉降變形觀測評估實施細則JTG FA0-2007. 大西鐵路客運專線有限公司.太原2010.

[7]郭瀟. 客運專線線下工程橋墩沉降變形分析與預測[J].科技風, 2014,16∶ 111－119.

[8]陳善雄,王星運,許錫昌. 鐵路客運專線路基沉降預測的新方法[J]巖土力學, 2010, 31(02)∶478－488

Study on the Settlement Deformation of the Bridge Line under the Passenger Dedicated Line

JU Xing-hua1)QIU Zhi-jun2)
(Shaanxi Railway Institute1)Weinan Shaanxi 714000 CCCC Tunnel Engineering Company Ltd.2)Xian Shaanxi 710064 China)

The laying of the ballastless track of passenger dedicated line has a high requirement on the settlement of the underline work. On the basis of Luohe bridge in Datong-Xi’an PDL and the actual situation of the project, a specific site observation program formulation was made and the whole process of the 225 piers from the end of the platform construction to the time before the ballastless track laying was observed,with the longest observation period lasted 87 periods (609 days). According to the statistical analysis of the data from a large number of observations, the uniform pier settlement, the differential settlement of adjacent piers, the difference between the total settlement prediction and the measured value and other parameters of the underline engineering work of Luohe bridge all meet the settlement deformation criteria of the Datong-Xi’an PDL.

Passenger Dedicated Line settlement deformation observation underline engineering work ballastless track

A

1673-1816(2017)03-0037-06

2016-06-18

鞠興華（1982-），女，漢，山東濰坊人，碩士研究生，講師，研究方向特殊土地基處理方面的研究工作。

陜西省教育廳專項科研項目（15JK1169）