橋墩基礎沉降對箱梁徐變觀測的影響分析

■ 吳達開 閆林棟

1 概述

隨著我國高速鐵路的快速發展，軌道精度要求極為嚴格，對線下混凝土結構提出更高的要求。為提升線路平順性和安全性，箱梁徐變觀測也成為了工程建設不可或缺的一部分，而箱梁徐變結果也就成了判斷橋梁可靠性的重要一環。

在鄭萬鐵路施工現場通過對現場箱梁徐變觀測的結果對比發現，徐變觀測結果在架設前后變化較大。結合橋梁架設前后橋墩基礎的同步觀測數據發現，箱梁徐變觀測實際受基礎不均勻沉降影響出現了偏差。由于橋墩基礎兩側實際沉降量并不一致，使每次觀測時梁體并非完全處于同一平面，基礎的細微傾斜會使梁面的徐變觀測結果出現偏差，長此以往必然會使偏差增大，影響徐變觀測結果。通過對梁面徐變和基礎沉降同步觀測進行修正來減小長期的沉降偏差積累，可以提高徐變觀測結果的準確性和可靠性。

2 變形觀測

2.1 地質環境

此箱梁工程位于黃河沖擊平原，地勢基本平坦，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，自古就是一個重要的農耕區。由于黃河多次泛濫、決口和改道，加之長期的雨水、風力作用及人類生產活動的影響，使該區域內形成了許多沙丘、灘地、湖洼地、槽形地和蝶形洼地，相互交替分布，構成較復雜的平原地貌。

2.2 箱梁徐變

橋梁徐變屬于變形的一種，鐵路路基、橋涵、隧道線下結構由于荷載、環境等作用引起的位移。橋梁徐變是指橋梁在長期應力作用下，其應變隨時間而持續增長的特性。在長期荷載作用下，結構或材料承受的應力不變，而應變隨時間增長的現象稱為徐變。徐變具有變化量小、影響時間長等特點。而箱梁徐變時間較長，其主要形變量發生在張拉后的60 d內，受應力影響其形變量會達到形變的50%以上，一般在張拉后徐變量會迅速增長而后逐漸減小并趨于穩定增長。

根據《鐵路工程沉降變形觀測與評估技術規程》和《高速鐵路工程測量規范》中規定的觀測方法和觀測頻率，對梁場內已完工的多片箱梁進行的徐變觀測結果見圖1。

通過觀測發現，徐變初期受應力影響變化明顯，隨后逐漸降低并趨于平穩。以后每周觀測1次，其結果如圖1，后期仍處于較大波動。根據混凝土徐變結果應逐漸減小并趨于0，由于隨后徐變值較小，受外界影響較大，經分析和對比排除其他影響因素發現，因基礎不均勻沉降產生的不規則傾斜，使徐變觀測結果產生較大偏差。

2.3 橋墩基礎沉降

橋墩基礎沉降是指因橋墩基礎在自質量和其他荷載作用下產生的向下的作用力，由此產生的垂直向下的位移，一般來講均勻沉降并不會對橋墩基礎造成較大危害，但持續下沉會使其與周圍橋墩相對高程發生偏差，進而影響線路平順性和橋梁結構的穩定性。而經過觀測發現其實基礎并不會均勻下沉，橋墩基礎由多根樁基礎支撐，每根樁基礎都會產生不同的沉降結果，即使沉降量偏差很小，也會產生細微的傾斜。

圖1 梁場存梁區7片徐變觀測梁的觀測結果

橋墩基礎不均勻沉降而產生的細微傾斜會直接傳遞至已架設的箱梁梁面，梁面進行徐變觀測時會出現細微的偏差，通過觀測徐變觀測梁兩側橋墩基礎沉降量變化情況（見圖2），發現雖然基礎沉降會逐漸減小，但長期累積也會出現較大偏差。因而也會使梁面產生較大的傾斜，影響徐變觀測結果。

3 橋墩基礎沉降與箱梁徐變相應關系分析

3.1 相應關系分析

通過對梁體的徐變觀測結果和橋墩基礎沉降觀測結果整理分析發現，每次徐變觀測結果均會受橋墩基礎沉降影響產生細微偏差，日積月累沉降量累積逐漸變大其影響結果也會越來越明顯，具體影響因素見圖3。當單次觀測梁兩端的4個墊石受墩臺基礎沉降影響較小，偏差產生的傾斜較小忽略不計，但沉降積累會使不同部位產生相對明顯沉降差，其結果雖然不會對行車造成影響，但對于梁體徐變觀測而言就會是一個較大影響因素，會產生一個偏差較大的徐變觀測結果。因此，使用同步觀測以消除每次觀測累計產生的不均勻沉降偏差。假設徐變梁兩端相對于兩中心徐變量均為0．1 mm時，而箱梁墩臺基礎沉降產生了較小的不均勻沉降，而其徐變觀測結果就會產生變化，變成左側相對偏大，而右側會相對偏小。相對偏差值雖然相對于整個梁面很小，但累計沉降結果就會產生一個明顯的影響。

圖2 徐變觀測梁兩側橋墩基礎沉降觀測結果

圖3 偏差分析圖

每次徐變觀測時，基礎沉降不均勻沉降時，變化量不同，而其觀測相對與上次觀測所處平面也會發生變化，那本期徐變觀測值也會產生變化，較上期而言觀測值實際是徐變量和不均勻沉降產生的傾斜面綜合形成的結果。因此每次觀測時對橋墩基礎進行同期沉降觀測。每期觀測值應由徐變觀測值減去不均勻沉降值產生的變量得到徐變量，以確保梁體徐變量的真實有效性。

3.2 實例演算

以2017年11月27日—12月7日，156號梁觀測結果的其中2期為例，155號墩為梁的沉降觀測梁的小里程端，156號墩為大里程端，嚴格按照《鐵路工程沉降變形觀測與評估技術規程》和《高速鐵路工程測量規范》中規定進行觀測，觀測結果見表1。

同期觀測的徐變梁結果及修正計算結果見表2。

綜上計算結果可以發現，其觀測結果受橋墩基礎沉降影響，155號墩臺端觀測結果左線0．08 mm，右線-0．01 mm，對應的徐變上供量結果卻為35．045 mm，經過沉降量修正后結果為-0．045 mm。由于徐變觀測精度要求較高，即使一次觀測只有0．01 mm偏差，但沉降量累計也可能會產生一個較大偏差的徐變量。

因此進行徐變觀測時應同時間段進行兩側的沉降觀測，消除不均勻沉降產生的偏差，如表中使用左側1號點觀測值減去對應小里程的左側沉降相對差值，同理得出另外三點的觀測值進行計算。計算結果為徐變量0．007 mm。

觀測計算嚴格按照規范要求，由于觀測期為箱梁架設后第11期的徐變值，徐變量和沉降量較小，箱梁架設初期由于橋墩基礎荷載作用力突然增加沉降較大，偏差也相對較大，影響更為明顯。因此對箱梁徐變觀測的同時也應綜合考慮沉降影響，及時進行修正。以確保徐變觀測結果更精確。

表1 156號梁兩側橋墩基礎沉降mm

表2 156號梁修正驗算結果

4 結束語

橋墩基礎沉降與箱梁徐變觀測的技術分析結果顯示，由于基礎較小不均勻沉降產生的梁面傾斜致使徐變觀測結果產生了細微偏差，基于上述實例觀測和分析，橋墩基礎較小的沉降偏差長期積累也會產生較大偏差結果，會形成一個較明顯的梁面傾斜，進而影響橋面的徐變觀測結果。因此箱梁徐變觀測會受到其所在橋墩基礎沉降的影響，而同步進行箱梁徐變觀測和橋墩基礎沉降觀測以修正徐變觀測結果才能得到更可靠的徐變量。