[工作精品论文]高速铁路桥梁墩台沉降变形观测与评估

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集高速铁路桥梁墩台沉降变形观测与评估韩波，邹忠明（中交四航局第二工程有限公司，广东广州510300）摘要介绍了高速铁路沉降评估数据准备、采集、分析及评估方法，运用对数曲线和固结度公式预测桥梁沉降与时间关系。关键词沉降观测沉降评估沉降预测OBSERVATIONANDEVALUATIONFORSETTLEMENTDEFORMATIONOFBRIDGEPIERANDABUTMENTOFHIGHSPEEDRAILWAYTHESECONDCONSTRUCTIONCOLTDOFCCCCFOURTHHARBORENGINEERINGCOLTD,GUANGZHOU510300，CHINAABSTRACTTHEARTICLEINTRODUCETHEPREPARATION,ACQUISITION,ANALYSISOFSETTLEMENTEVALUATIONDATAANDTHEMETHODOFEVALUATION,SETTLEMENTOFBRIDGEBYTIMEISPREDICTEDBYUSINGLOGARITHMICCURVEANDDEGREEOFCONSOLIDATIONFORMULAKEYWORDSSETTLEMENTOBSERVATIONSETTLEMENTEVALUATIONSETTLEMENTPREDICTION1引言高速铁路列车运行时要求构筑物应具有足够的强度、刚度、稳定性，并强调与相邻构筑的变形协调、统一，满足高速铁路列车平稳、安全运营，以及旅客乘坐的舒适度要求。京沪高速铁路工程在建设中，对路基、桥涵、隧道等线下工程的工后沉降情况要求十分严格。为确保线下工程质量满足高速铁路列车的运行要求，施工期必须按设计要求进行系统的沉降变形观测。通过对沉降位移观测数据进行系统、综合分析评估，使设计要求得到验证或对设计要求进行调整，从而使线下工程达到规定的变形控制要求。在对路基、桥涵、隧道等线下工程的工后沉降情况进行沉降观测、沉降评估的基础上，可以分析沉降速率、估算最终沉降量，合理确定无砟轨道开始铺设时间，确保京沪高速铁路无砟轨道结构铺设质量。2沉降观测21基准点、工作基点、变形观测点埋设实施沉降观测前，按要求埋设基准点、工作基点，待沉降稳定后按国家二等水准附合路线或闭合环往返测至CPII点，计算出各工作基点高程。承台或墩身浇筑完成后，按要求在承台左右对角离边线各50CM处埋设承台观测标，承台观测标高出承台面5MM左右，墩身左右侧高出地面10M左右埋设墩身观测标。22评估数据采集水准网的观测按照国家二等水准施测，对线下工程变形点采用附和水准线路形成闭合环，并且每条水准线路经过的工作基点不少于两个。使用符合精度要求的电子水准仪及配套水准尺，奇数站按BFFB测量模式，偶数站FBBF测量模式，每周一次进行施测。墩台沉降观测水准路线如图1所示。在进行沉降变形观测时严格执行“五固定”原则“固定水准基点”、“固定人”、“固定测量仪器”、“固定监测环境条件”、“固定测量路线和方法”。作者简介韩波（1984），男，助理工程师，从事工程测量技术及管理工作。299中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集墩台观测路线图1墩台沉降观测水准路线示意图3沉降评估31评估判定标准京沪高速铁路沉降观测初次评估申请要求主体工程完工后观测时间不得少于3个月（柱桩不少于1个月），二次评估申请要求主体工程完工后观测时间不得少于6个月（柱桩不少于2个月）。通过实测资料预测的总沉降量与设计预测的总沉降量之差不宜大于10MM利用两次回归结果预测的最终沉降的差值不应大于8MM，两次预测的时间间隔一般不少于3个月。桥梁主体结构完工至无砟轨道铺设前，沉降预测的时间应满足以下条件ST/ST75式中ST预测时的沉降观测值；ST预测的最终沉降值；根据桥梁实际荷载情况及观测数据，做多个阶段的回归分析及预测，综合确定沉降变形趋势。32评估预测方法沉降预测常用的方法有曲线拟合法、灰色系统法、BP神经网络法和遗传算法等几种方法。不同的计算方法有不同的优缺点，不同的适应范围。在实际工程的沉降计算中，并不单纯地依赖于某一种方法，只有对每一种计算方法的原理、优缺点和计算结果的质量都有了了解之后才能在实际运用的过程中灵活选择适合的计算方法。本工区管段内全为摩擦桩基桥梁工程，是一种桩网复合地基，由梁体、加筋体网墩台、下部桩土加固区、最下部天然软弱层或持力层组成。如图2所示图2桩网复合地基的基本组成图工作基点变形观测点观测方向桩土加固区加筋体网（墩台）桩梁体间土天然软弱层持力层300中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集复合地基处理工后沉降可定义为天然软土地基上部竣工验收后整个构筑物系所产生的沉降量。根据桩网复合地基组成，工后总沉降由2部分组成桩土加固区的工后沉降量；桩土加固区以下天然软弱层（持力层）的工后沉降量。1S2S按照时间，桩网复合地基的总沉降量发展经历了瞬时沉降、主固结沉降、和次固结沉降。其中，体系的瞬时沉降在工期DSCSSSDS0TT1SSS1本文选用固结度对数配合法（三点法），根据实测荷载沉降时间曲线对数据进行预测分析。曾国熙（1959）建议地基固结度采用下式计算（固结度理论普遍表达式）TEU1（1）在时间T时，地基固结度的沉降应减去瞬时沉降，则DSDDSSSTSU（2）式中桩网复合地基T时总沉降量；瞬时沉降量；桩网复地基最终沉降TSDSS结合式（1）、（2）可得1TTDESESTS（3）在实测沉降时间曲线（ST）上，最大恒载时段内选取三点T1,S1、T2,S2、T3,S3且使T2T1和T3T2大致相等且尽量大些。将三点分别代入（3）解得231221SSSSETT（4）231212LN1SSSSTT（5）2312232123SSSSSSSSSSS（6）TTDEESTSS1（7）28理论值将所求得的DSS、代入上式即得出任意T时刻沉降表达式301中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集如果沉降评估时轨道荷载系统没有加载，则工后沉降计算中轨道荷载系统引起的附加沉降量按以下原则确定SPPPPS附属梁体墩身轨道1（8）式中1S轨道荷载产生的附加工后沉降；S架梁后墩沉降增量；、附属梁体墩身轨道PPPP分别为轨道系统荷载、墩身荷载、梁体荷载、桥上附属设施荷载。根据上式推算，本管段内轨道荷载系统施工引起的附加沉降量为0208MM。根据任意时刻沉降表达式计算绘制沉降曲线图，与实测沉降曲线图拟合评估。对于一座桥不仅要进行单个墩台的沉降分析，同时也要对全桥做综合评估，控制相邻墩的不均匀沉降，通过两次评估分析确定铺设轨道板及轨道时间。4评估数据分析京沪高速铁路六标七工区全部为桥梁工程，基底处理类型为摩擦桩，抽取有代表性5个墩变形观测点沉降累积量如表1表1墩台沉降量与时间关系表累积沉降量MM时间天1墩观测点简支梁墩2墩观测点简支梁墩3墩观测点简支梁墩4墩观测点连续梁墩5墩观测点提篮拱桥墩工况0000003003072118093034240233257283391394270246267311385407300639685621609611架梁后33064571760778067136067976969612626390677716658643639420661738711636639450664758708622664480705736687669657底座板浇490726778718742708500697762767696693根据表1数据结合上海地质情况分析（1）桥梁墩台在自身荷载下沉降累积量在13MM占多数，并在3个月后出现稳定趋势。连续梁及提篮拱桥处墩台因梁体施工自身荷载影响，在架桥机未通过前沉降累积量比普通墩台多12MM，在运梁车通过后还会有1MM左右的沉降，尔后出现稳定趋势。部分墩台受沪宁城际铁路并行段施工影响，沉降量稍偏大2MM，但也都在设计要求以内。（2架梁后墩身沉降增量在054MM之间占多数，此现象为正常情况，由于架桥机、梁体及运梁车的荷载使墩台下沉。个别墩台出现“负沉降”现象，主要是这部分墩台在架梁完成后才开展沉降变形观测工作，此时沉降变形已趋于稳定，沉降量很小，同时受外业观测精度影响，曲线存在一定的波动，从而出现“负沉降”情况。302中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集（3）通过随后的观测数据可以看出，前期运梁车通过梁体时产生的二次荷载使得小部分墩台出现1MM左右的反弹，此现象的出现是由于桩基为摩擦桩及上海地段广泛分布淤泥质土，软土强度低、压缩性高，尔后在此值呈稳定趋势。部分墩台反弹现象更为明显些。5沉降预测根据表1中各墩观测点实测的沉降观测值，分别选取停止施加荷载以后的三个时间点300D、390D、480D时的数据，代入567式，得出结果见下表2。表2沉降预测参数计算SSD1墩00033931783429042墩00048695772430793墩00027069792131664墩00029807753531765墩0004909368942676将表2各参数代入式3得各墩任意时刻沉降表达式，根据表达式计算500天时各墩沉降，并与实测值比较，结果见下表3表3计算值与实测值比较计算值实测值比较值1墩7106970132墩7397620233墩6937670744墩6746960225墩660693033由表3数据可以看出根据实测数据利用三点法预测500天后墩台沉降与实测值相差不大。由此分析可知，虽然该方法中三个时间点选取随机性较大，选择适当与否与计算结果密切相关。但该公式简便实用，实测数据与理论值结合，其计算精度可满足工程要求。6结语（1）按要求埋设基准点、工作基点、变形观测点，是沉降观测所得数据准确的重要保证。（2）京沪高速铁路墩台沉降实测数值与沉降预测值拟合性较好，可以验证工程质量的合格性。沉降变形观测与评估是一项艰巨又非常重要的工作，通过对实际沉降量分析总结得到了一些