客运专线桥梁线下工程沉降变形研究

鞠兴华 邱志军

（陕西铁路工程职业技术学院1） 陕西渭南 714000 中交隧道局第二工程公司2） 陕西西安 710064）

客运专线桥梁线下工程沉降变形研究

鞠兴华1）邱志军2）

（陕西铁路工程职业技术学院1）陕西渭南 714000 中交隧道局第二工程公司2）陕西西安 710064）

客运专线无砟轨道的铺设对线下工程的沉降有着极高的要求，本文依托大西客运专线的渭洛河特大桥，针对工程的实际情况制定了具体的现场观测方案，就标段内的225个墩台进行了从承台施工结束至无砟轨道铺设前的全过程观测，其中最长的观测持续了87期（共计609天）。通过对大量观测数据的统计分析，渭洛河特大桥线下工程的墩台均匀沉降量、相邻墩台沉降差、预测沉降总量与实测值的差别等参数均符合大西客专线下工程沉降变形评判标准。

客运专线 沉降变形观测 线下工程 无砟轨道

1 工程概况

近年来，客运专线以其运量大、效能高、安全可靠等特点成为人们出行的重要选择，而支撑客运专线高速运行、快速运行的根本是其自身的稳定性。同时，无砟轨道的铺设对路基、桥梁、涵洞、隧道等线下工程的最终沉降量和工后沉降量有着极高的要求[1-4]。本文依托大西客运专线渭洛河特大桥线下工程的现场沉降变形观测结果，对沉降观测方案、沉降数据分析等内容进行了研究。

大西客运专线DXZQ-14标段，西起陕西省渭南市临渭区交斜镇，起点里程为DK782+750.84，途经渭南市临渭区、渭南市高新区，并行于郑西客专，终点位于陕西省西安市临潼区，终点里程为DK829+190.92，标段全长46.44km。标段内包含的渭洛河特大桥是大西客运专线最长的桥梁，全长71.339km。桥梁桩基础地层自上而下主要为杂填土、黏质黄土、粉质粘土、细沙、中粗砂、砂砾等，地下水主要为第四系孔隙水，水量较充沛。

渭洛河特大桥采用钻孔灌注桩基础，桩径包括φ125cm、φ150cm、φ180cm三种尺寸；桥墩为流线型圆端实体墩，桥台为矩形空心桥台，共有225个墩台，墩台身高度在3m～20.5m范围内；上部结构采用连续梁与简支箱梁两种形式，在跨越既有道路、河流沟渠及铁路时采用（32+48+32）m、（40+56+40）m、（60+100+60）m、 64m、80m系列连续梁，在新渭南站采用变宽度及特殊跨度连续梁，其它地段采用24m或32m简支梁结构。轨道为CRTS I双块式无砟轨道，正线铺道床92.365km，站线铺道床 1.455km，铺道岔16组。

标段内施工现场完成所有梁体的架设工作后，按照建设单位关于线下工程沉降变形观测评估要求，组织实施本工程的现场沉降观测工作，以分析上部梁体架设前后的沉降变形曲线趋势，合理确定无砟轨道的铺设时间。

2 现场沉降观测方案

2.1 观测标及工作基点的构造

观测标与工作基点标志均由钢筋杆及不锈钢标志构成，工作基点标石采用现浇混泥土，埋深≥1.4m，满足规范要求[5]。工作基点标石如图1所示：

图1 工作基点标石示意图

承台沉降观测标立面、平面，如图2、3所示：

图2 承台沉降观测标立面图

图3 承台沉降观测标平面图

墩身处观测标的埋设数量跟其高度相关，桥墩从承台顶部至支座垫石顶部的高度值为H，当H＞14m时，桥梁墩身处需埋设两个观测标；当H≤14m时，墩身处埋设一个观测标即可。观测标的位置设置在墩底部，一般在地面以上或者高于常水位0.5m左右的位置。当桥墩高度小，不能满足现场观测尺对高度的要求时，可将观测标设置在对应墩柱的顶帽上。上部梁体位置的观测标位埋设位置要根据跨度的大小来确定，分别在梁两端的支点、中跨的跨中处、边跨的1/4跨中处进行设置，3跨以上连续梁中跨布置点相同。

2.2 观测标及工作基点的布设

现场沉降观测试验中，观测标在各墩台的布置情况如下：渭洛河特大桥957#墩（DK788+739.25）～1141#墩（DK794+809.64）桥梁共有185个墩台，墩身观测标共有246个。其中，1030#～1099#由于墩身高超过14m，墩身标埋设为双标。1133#～1141#墩身低于4m，只观测承台标沉降情况，没有观测墩身标；全标段承台观测标共有370个。

工作基点的布置情况如下：一共有28个工作基点，其中22个加密点,2个CPI点,4个CPII点。加密点175-2号点在复核水准点时更新高程。

现场布置的所有观测标及工作基点由专人负责保护。

2.3 现场观测标准及实施情况

沉降变形测量采用二级沉降观测按精密水准执行，观测顺序采用奇偶站交替，（奇数站：后—前—前—后；偶数站：前—后—后—前）[5]。现场沉降精度指标、观测频次如表1、表2所示。

表1 测量等级及精度要求

表2 墩台基础沉降观测频次表

3 沉降变形观测数据分析

3.1 线下工程沉降评判标准

为保证无砟轨道的铺设质量，大西客运专线的设计单位结合工程实际情况制定了轨道铺设前桥梁线下工程的沉降评估标准如下[6]：

（1）严格按照沉降观测频率现场采集数据，并结合工程实际情况及数据变化规律做出各阶段的回归分析及沉降量预测，综合确定线下结构的沉降变化趋势，两次回归分析预测的最终沉降量差别≤8mm。第一个回归分析对于观测周期的时间的要求，非岩石类地基不少于主体工程施工结束后3个月；岩石地基不应少于主体工程施工结束后后1个月。

（2）针对客运专线无砟轨道施工对线下工程沉降的严格要求，工后沉降量单个墩台的最终值≤20mm；相邻墩台之间的不均匀沉降差≤5mm。

（3）设计过程对于总沉降量的计算，墩台基础及梁体按照恒载假定，要求沉降计算预测值与实测资料预测的总沉降量之差不宜大于10mm。

（4）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[7]：

式中：

S(t)： 预测时的沉降观测值；

S(t=∞)： 预测的最终沉降值。

通过对大西客运专线现场沉降观测采集的大量数据进行统计发现，从承台施工结束到梁体架设后沉降趋于稳定这个时间段内95%以上的墩柱沉降量小于10mm，结合沉降观测数据及线下工程的沉降评判标准做详细的比较分析，以确定依托工程无砟轨道的铺设时间。

3.2 桥梁墩身沉降量数据分析

施工现场，鉴于桥梁墩台、主体工程的施工进度的区别，针对每个墩台的沉降观测时间有较大差异，最长观测87期（共计609天），最短观测22期（共计154天）。通过长期观测，标段内所有桥梁墩台的沉降趋于稳定，统计分析各墩台总沉降量的观测数据如图4所示。

图4 墩台总沉降量统计分布图

由图4可知，标段内桥梁墩台总沉降量在0mm～7mm范围内。主要集中在0～3mm段之间，占墩台总量的81%； 3～5mm段之间占17%；5～7mm段之间仅占2%。结合观测数据知，沉降量较大的墩台为桩号是DK790+712.58 、DK790+745.28、 DK790+777.98、DK790+810.68 、DK790+843.38 、DK790+876.08 的六个桥墩 ，以上六个观测的沉降数据如下表3所示。

分析这六个桥墩所在位置的地质资料，位置在渭河主河道附近，软弱土地层厚度较大，桩基础类型为摩擦桩，在桥墩自身重力以及上部梁体荷载的作用下基础沉降量较大，并且在观测过程中出现了沉降变形波动的情况，但最终沉降趋于稳定，满足了大西客运专线对墩台均匀沉降量≤20mm的沉降要求。由表3可知相邻墩台之间的沉降差实测值最大为3.04mm，预测值为3.45mm，满足相邻墩台沉降量差≤10mm的要求。

表3 部分墩台沉降值、沉降差统计表

3.3 梁体架设前后墩身沉降波动数据分析

上部梁体架设过程中，由架桥机安装、拆卸、施工等原因导致的动荷载以及箱梁本身巨大的静荷载作用，会对增加桥梁基础承受的压力，出现线下结构沉降量变化的情况。标段内主体结构施工结束后的沉降观测时间均在6个月以上，复合大西客运专线关于观测时间的要求。统计分析所有墩台在梁体架设前后的沉降变化情况如图5所示。

由图5可知，梁体架设完成后墩台沉降的波动值均在0～2mm之间。主要集中在0～1mm段，占95%；1～2mm之间占5%，所有测点满足沉降要求。

图5 梁体架设后沉降量变化统计分布图

图6 沉降观测值与预测最终值比值分布图

由图6可见，共计185个桥梁墩台沉降观测值与预测最终沉降值比值小于75%的仅有1个，其余墩台沉降量均满足大西客专线下工程沉降评价标准。这一比值主要集中在85%～94%之间，表示沉降观测期内桥梁的最终沉降已经基本完成，线下工程沉降趋势稳定，在恒定荷载作用下无砟轨道铺设后桥梁的工后沉降量很小，满足桥梁差异沉降以及平顺性的要求[8]。

4 观测的注意事项

（1）现场沉降观测从承台施工结束后开始，但承台上的观测标只是作为临时观测标存在，当墩台施工完成墩台身观测标正常使用后，不再继续测量承台观测标的沉降量，按照现场施工进度逐步完成墩身、台身、梁体等所有线下工程的沉降变形量测。

（2）沉降观测所需的工作基点、观测标等设备均需在施工过程中预埋，埋设过程中要根据施工组织安排做好协调工作，在不影响施工进度的前提下，保证观测设备的埋设质量和精度要求。

（3）客运专线线下工程沉降观测频次及精度严格按照作业要求中所列时间间隔、观测频次表已经精度进行。

（4）现场沉降观测数据统计分析过程中，一旦发现沉降数据不符合大西客运专线线下工程沉降评判标准的，立刻上报，查找相关问题并进行处理，以免影响无砟轨道的铺设质量。

[1]杨吉新,李佳明. 哈大客运专线桥涵基础沉降观测分析与建议[J].铁道工程学报, 2010, 136(01)∶ 38－41.

[2]王登浩. 武广铁路客运专线沉降观测与预测技术[J].铁道科学与工程学报, 2008, 5(03)∶ 60－64.

[3]王顺. 津秦客运专线桥涵沉降观测技术[J].铁道建筑技术, 2010, 05∶ 74－78.

[4]王小军,屈耀辉,魏永梁等. 郑西客运专线湿陷性黄土区试验路堤的沉降观测与预测研究[J].岩土力学, 2010,31(01)∶ 220－231.

[5]胡志广. 时速350km客运专线桥梁工程沉降变形观测技术[J].铁道建筑技术, 2010,03∶ 100－105.

[6]线下工程沉降变形观测评估实施细则JTG FA0-2007. 大西铁路客运专线有限公司.太原2010.

[7]郭潇. 客运专线线下工程桥墩沉降变形分析与预测[J].科技风, 2014,16∶ 111－119.

[8]陈善雄,王星运,许锡昌. 铁路客运专线路基沉降预测的新方法[J]岩土力学, 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

鞠兴华（1982-），女，汉，山东潍坊人，硕士研究生，讲师，研究方向特殊土地基处理方面的研究工作。

陕西省教育厅专项科研项目（15JK1169）