■ 吳達(dá)開 閆林棟

1 概述

隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，軌道精度要求極為嚴(yán)格，對(duì)線下混凝土結(jié)構(gòu)提出更高的要求。為提升線路平順性和安全性，箱梁徐變觀測(cè)也成為了工程建設(shè)不可或缺的一部分，而箱梁徐變結(jié)果也就成了判斷橋梁可靠性的重要一環(huán)。

在鄭萬(wàn)鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)箱梁徐變觀測(cè)的結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，徐變觀測(cè)結(jié)果在架設(shè)前后變化較大。結(jié)合橋梁架設(shè)前后橋墩基礎(chǔ)的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，箱梁徐變觀測(cè)實(shí)際受基礎(chǔ)不均勻沉降影響出現(xiàn)了偏差。由于橋墩基礎(chǔ)兩側(cè)實(shí)際沉降量并不一致，使每次觀測(cè)時(shí)梁體并非完全處于同一平面，基礎(chǔ)的細(xì)微傾斜會(huì)使梁面的徐變觀測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差，長(zhǎng)此以往必然會(huì)使偏差增大，影響徐變觀測(cè)結(jié)果。通過(guò)對(duì)梁面徐變和基礎(chǔ)沉降同步觀測(cè)進(jìn)行修正來(lái)減小長(zhǎng)期的沉降偏差積累，可以提高徐變觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2 變形觀測(cè)

2.1 地質(zhì)環(huán)境

此箱梁工程位于黃河沖擊平原，地勢(shì)基本平坦，自西北向東南微有傾斜，地面高程110～40 m，坡降1/7 000～1/5 000，第四系深厚，自古就是一個(gè)重要的農(nóng)耕區(qū)。由于黃河多次泛濫、決口和改道，加之長(zhǎng)期的雨水、風(fēng)力作用及人類生產(chǎn)活動(dòng)的影響，使該區(qū)域內(nèi)形成了許多沙丘、灘地、湖洼地、槽形地和蝶形洼地，相互交替分布，構(gòu)成較復(fù)雜的平原地貌。

2.2 箱梁徐變

橋梁徐變屬于變形的一種，鐵路路基、橋涵、隧道線下結(jié)構(gòu)由于荷載、環(huán)境等作用引起的位移。橋梁徐變是指橋梁在長(zhǎng)期應(yīng)力作用下，其應(yīng)變隨時(shí)間而持續(xù)增長(zhǎng)的特性。在長(zhǎng)期荷載作用下，結(jié)構(gòu)或材料承受的應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變。徐變具有變化量小、影響時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。而箱梁徐變時(shí)間較長(zhǎng)，其主要形變量發(fā)生在張拉后的60 d內(nèi)，受應(yīng)力影響其形變量會(huì)達(dá)到形變的50%以上，一般在張拉后徐變量會(huì)迅速增長(zhǎng)而后逐漸減小并趨于穩(wěn)定增長(zhǎng)。

根據(jù)《鐵路工程沉降變形觀測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》和《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》中規(guī)定的觀測(cè)方法和觀測(cè)頻率，對(duì)梁場(chǎng)內(nèi)已完工的多片箱梁進(jìn)行的徐變觀測(cè)結(jié)果見圖1。

通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，徐變初期受應(yīng)力影響變化明顯，隨后逐漸降低并趨于平穩(wěn)。以后每周觀測(cè)1次，其結(jié)果如圖1，后期仍處于較大波動(dòng)。根據(jù)混凝土徐變結(jié)果應(yīng)逐漸減小并趨于0，由于隨后徐變值較小，受外界影響較大，經(jīng)分析和對(duì)比排除其他影響因素發(fā)現(xiàn)，因基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的不規(guī)則傾斜，使徐變觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。

2.3 橋墩基礎(chǔ)沉降

橋墩基礎(chǔ)沉降是指因橋墩基礎(chǔ)在自質(zhì)量和其他荷載作用下產(chǎn)生的向下的作用力，由此產(chǎn)生的垂直向下的位移，一般來(lái)講均勻沉降并不會(huì)對(duì)橋墩基礎(chǔ)造成較大危害，但持續(xù)下沉?xí)蛊渑c周圍橋墩相對(duì)高程發(fā)生偏差，進(jìn)而影響線路平順性和橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而經(jīng)過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)其實(shí)基礎(chǔ)并不會(huì)均勻下沉，橋墩基礎(chǔ)由多根樁基礎(chǔ)支撐，每根樁基礎(chǔ)都會(huì)產(chǎn)生不同的沉降結(jié)果，即使沉降量偏差很小，也會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的傾斜。

圖1 梁場(chǎng)存梁區(qū)7片徐變觀測(cè)梁的觀測(cè)結(jié)果

橋墩基礎(chǔ)不均勻沉降而產(chǎn)生的細(xì)微傾斜會(huì)直接傳遞至已架設(shè)的箱梁梁面，梁面進(jìn)行徐變觀測(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的偏差，通過(guò)觀測(cè)徐變觀測(cè)梁兩側(cè)橋墩基礎(chǔ)沉降量變化情況（見圖2），發(fā)現(xiàn)雖然基礎(chǔ)沉降會(huì)逐漸減小，但長(zhǎng)期累積也會(huì)出現(xiàn)較大偏差。因而也會(huì)使梁面產(chǎn)生較大的傾斜，影響徐變觀測(cè)結(jié)果。

3 橋墩基礎(chǔ)沉降與箱梁徐變相應(yīng)關(guān)系分析

3.1 相應(yīng)關(guān)系分析

通過(guò)對(duì)梁體的徐變觀測(cè)結(jié)果和橋墩基礎(chǔ)沉降觀測(cè)結(jié)果整理分析發(fā)現(xiàn)，每次徐變觀測(cè)結(jié)果均會(huì)受橋墩基礎(chǔ)沉降影響產(chǎn)生細(xì)微偏差，日積月累沉降量累積逐漸變大其影響結(jié)果也會(huì)越來(lái)越明顯，具體影響因素見圖3。當(dāng)單次觀測(cè)梁兩端的4個(gè)墊石受墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降影響較小，偏差產(chǎn)生的傾斜較小忽略不計(jì)，但沉降積累會(huì)使不同部位產(chǎn)生相對(duì)明顯沉降差，其結(jié)果雖然不會(huì)對(duì)行車造成影響，但對(duì)于梁體徐變觀測(cè)而言就會(huì)是一個(gè)較大影響因素，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏差較大的徐變觀測(cè)結(jié)果。因此，使用同步觀測(cè)以消除每次觀測(cè)累計(jì)產(chǎn)生的不均勻沉降偏差。假設(shè)徐變梁兩端相對(duì)于兩中心徐變量均為0．1 mm時(shí)，而箱梁墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生了較小的不均勻沉降，而其徐變觀測(cè)結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生變化，變成左側(cè)相對(duì)偏大，而右側(cè)會(huì)相對(duì)偏小。相對(duì)偏差值雖然相對(duì)于整個(gè)梁面很小，但累計(jì)沉降結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)明顯的影響。

圖2 徐變觀測(cè)梁兩側(cè)橋墩基礎(chǔ)沉降觀測(cè)結(jié)果

圖3 偏差分析圖

每次徐變觀測(cè)時(shí)，基礎(chǔ)沉降不均勻沉降時(shí)，變化量不同，而其觀測(cè)相對(duì)與上次觀測(cè)所處平面也會(huì)發(fā)生變化，那本期徐變觀測(cè)值也會(huì)產(chǎn)生變化，較上期而言觀測(cè)值實(shí)際是徐變量和不均勻沉降產(chǎn)生的傾斜面綜合形成的結(jié)果。因此每次觀測(cè)時(shí)對(duì)橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行同期沉降觀測(cè)。每期觀測(cè)值應(yīng)由徐變觀測(cè)值減去不均勻沉降值產(chǎn)生的變量得到徐變量，以確保梁體徐變量的真實(shí)有效性。

3.2 實(shí)例演算

以2017年11月27日—12月7日，156號(hào)梁觀測(cè)結(jié)果的其中2期為例，155號(hào)墩為梁的沉降觀測(cè)梁的小里程端，156號(hào)墩為大里程端，嚴(yán)格按照《鐵路工程沉降變形觀測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》和《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》中規(guī)定進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果見表1。

同期觀測(cè)的徐變梁結(jié)果及修正計(jì)算結(jié)果見表2。

綜上計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，其觀測(cè)結(jié)果受橋墩基礎(chǔ)沉降影響，155號(hào)墩臺(tái)端觀測(cè)結(jié)果左線0．08 mm，右線-0．01 mm，對(duì)應(yīng)的徐變上供量結(jié)果卻為35．045 mm，經(jīng)過(guò)沉降量修正后結(jié)果為-0．045 mm。由于徐變觀測(cè)精度要求較高，即使一次觀測(cè)只有0．01 mm偏差，但沉降量累計(jì)也可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大偏差的徐變量。

因此進(jìn)行徐變觀測(cè)時(shí)應(yīng)同時(shí)間段進(jìn)行兩側(cè)的沉降觀測(cè)，消除不均勻沉降產(chǎn)生的偏差，如表中使用左側(cè)1號(hào)點(diǎn)觀測(cè)值減去對(duì)應(yīng)小里程的左側(cè)沉降相對(duì)差值，同理得出另外三點(diǎn)的觀測(cè)值進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果為徐變量0．007 mm。

觀測(cè)計(jì)算嚴(yán)格按照規(guī)范要求，由于觀測(cè)期為箱梁架設(shè)后第11期的徐變值，徐變量和沉降量較小，箱梁架設(shè)初期由于橋墩基礎(chǔ)荷載作用力突然增加沉降較大，偏差也相對(duì)較大，影響更為明顯。因此對(duì)箱梁徐變觀測(cè)的同時(shí)也應(yīng)綜合考慮沉降影響，及時(shí)進(jìn)行修正。以確保徐變觀測(cè)結(jié)果更精確。

表1 156號(hào)梁兩側(cè)橋墩基礎(chǔ)沉降mm

表2 156號(hào)梁修正驗(yàn)算結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

橋墩基礎(chǔ)沉降與箱梁徐變觀測(cè)的技術(shù)分析結(jié)果顯示，由于基礎(chǔ)較小不均勻沉降產(chǎn)生的梁面傾斜致使徐變觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生了細(xì)微偏差，基于上述實(shí)例觀測(cè)和分析，橋墩基礎(chǔ)較小的沉降偏差長(zhǎng)期積累也會(huì)產(chǎn)生較大偏差結(jié)果，會(huì)形成一個(gè)較明顯的梁面傾斜，進(jìn)而影響橋面的徐變觀測(cè)結(jié)果。因此箱梁徐變觀測(cè)會(huì)受到其所在橋墩基礎(chǔ)沉降的影響，而同步進(jìn)行箱梁徐變觀測(cè)和橋墩基礎(chǔ)沉降觀測(cè)以修正徐變觀測(cè)結(jié)果才能得到更可靠的徐變量。