桥墩基础沉降对箱梁徐变观测的影响分析

■ 吴达开 闫林栋

1 概述

随着我国高速铁路的快速发展，轨道精度要求极为严格，对线下混凝土结构提出更高的要求。为提升线路平顺性和安全性，箱梁徐变观测也成为了工程建设不可或缺的一部分，而箱梁徐变结果也就成了判断桥梁可靠性的重要一环。

在郑万铁路施工现场通过对现场箱梁徐变观测的结果对比发现，徐变观测结果在架设前后变化较大。结合桥梁架设前后桥墩基础的同步观测数据发现，箱梁徐变观测实际受基础不均匀沉降影响出现了偏差。由于桥墩基础两侧实际沉降量并不一致，使每次观测时梁体并非完全处于同一平面，基础的细微倾斜会使梁面的徐变观测结果出现偏差，长此以往必然会使偏差增大，影响徐变观测结果。通过对梁面徐变和基础沉降同步观测进行修正来减小长期的沉降偏差积累，可以提高徐变观测结果的准确性和可靠性。

2 变形观测

2.1 地质环境

此箱梁工程位于黄河冲击平原，地势基本平坦，自西北向东南微有倾斜，地面高程110～40 m，坡降1/7 000～1/5 000，第四系深厚，自古就是一个重要的农耕区。由于黄河多次泛滥、决口和改道，加之长期的雨水、风力作用及人类生产活动的影响，使该区域内形成了许多沙丘、滩地、湖洼地、槽形地和蝶形洼地，相互交替分布，构成较复杂的平原地貌。

2.2 箱梁徐变

桥梁徐变属于变形的一种，铁路路基、桥涵、隧道线下结构由于荷载、环境等作用引起的位移。桥梁徐变是指桥梁在长期应力作用下，其应变随时间而持续增长的特性。在长期荷载作用下，结构或材料承受的应力不变，而应变随时间增长的现象称为徐变。徐变具有变化量小、影响时间长等特点。而箱梁徐变时间较长，其主要形变量发生在张拉后的60 d内，受应力影响其形变量会达到形变的50%以上，一般在张拉后徐变量会迅速增长而后逐渐减小并趋于稳定增长。

根据《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》和《高速铁路工程测量规范》中规定的观测方法和观测频率，对梁场内已完工的多片箱梁进行的徐变观测结果见图1。

通过观测发现，徐变初期受应力影响变化明显，随后逐渐降低并趋于平稳。以后每周观测1次，其结果如图1，后期仍处于较大波动。根据混凝土徐变结果应逐渐减小并趋于0，由于随后徐变值较小，受外界影响较大，经分析和对比排除其他影响因素发现，因基础不均匀沉降产生的不规则倾斜，使徐变观测结果产生较大偏差。

2.3 桥墩基础沉降

桥墩基础沉降是指因桥墩基础在自质量和其他荷载作用下产生的向下的作用力，由此产生的垂直向下的位移，一般来讲均匀沉降并不会对桥墩基础造成较大危害，但持续下沉会使其与周围桥墩相对高程发生偏差，进而影响线路平顺性和桥梁结构的稳定性。而经过观测发现其实基础并不会均匀下沉，桥墩基础由多根桩基础支撑，每根桩基础都会产生不同的沉降结果，即使沉降量偏差很小，也会产生细微的倾斜。

图1 梁场存梁区7片徐变观测梁的观测结果

桥墩基础不均匀沉降而产生的细微倾斜会直接传递至已架设的箱梁梁面，梁面进行徐变观测时会出现细微的偏差，通过观测徐变观测梁两侧桥墩基础沉降量变化情况（见图2），发现虽然基础沉降会逐渐减小，但长期累积也会出现较大偏差。因而也会使梁面产生较大的倾斜，影响徐变观测结果。

3 桥墩基础沉降与箱梁徐变相应关系分析

3.1 相应关系分析

通过对梁体的徐变观测结果和桥墩基础沉降观测结果整理分析发现，每次徐变观测结果均会受桥墩基础沉降影响产生细微偏差，日积月累沉降量累积逐渐变大其影响结果也会越来越明显，具体影响因素见图3。当单次观测梁两端的4个垫石受墩台基础沉降影响较小，偏差产生的倾斜较小忽略不计，但沉降积累会使不同部位产生相对明显沉降差，其结果虽然不会对行车造成影响，但对于梁体徐变观测而言就会是一个较大影响因素，会产生一个偏差较大的徐变观测结果。因此，使用同步观测以消除每次观测累计产生的不均匀沉降偏差。假设徐变梁两端相对于两中心徐变量均为0．1 mm时，而箱梁墩台基础沉降产生了较小的不均匀沉降，而其徐变观测结果就会产生变化，变成左侧相对偏大，而右侧会相对偏小。相对偏差值虽然相对于整个梁面很小，但累计沉降结果就会产生一个明显的影响。

图2 徐变观测梁两侧桥墩基础沉降观测结果

图3 偏差分析图

每次徐变观测时，基础沉降不均匀沉降时，变化量不同，而其观测相对与上次观测所处平面也会发生变化，那本期徐变观测值也会产生变化，较上期而言观测值实际是徐变量和不均匀沉降产生的倾斜面综合形成的结果。因此每次观测时对桥墩基础进行同期沉降观测。每期观测值应由徐变观测值减去不均匀沉降值产生的变量得到徐变量，以确保梁体徐变量的真实有效性。

3.2 实例演算

以2017年11月27日—12月7日，156号梁观测结果的其中2期为例，155号墩为梁的沉降观测梁的小里程端，156号墩为大里程端，严格按照《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》和《高速铁路工程测量规范》中规定进行观测，观测结果见表1。

同期观测的徐变梁结果及修正计算结果见表2。

综上计算结果可以发现，其观测结果受桥墩基础沉降影响，155号墩台端观测结果左线0．08 mm，右线-0．01 mm，对应的徐变上供量结果却为35．045 mm，经过沉降量修正后结果为-0．045 mm。由于徐变观测精度要求较高，即使一次观测只有0．01 mm偏差，但沉降量累计也可能会产生一个较大偏差的徐变量。

因此进行徐变观测时应同时间段进行两侧的沉降观测，消除不均匀沉降产生的偏差，如表中使用左侧1号点观测值减去对应小里程的左侧沉降相对差值，同理得出另外三点的观测值进行计算。计算结果为徐变量0．007 mm。

观测计算严格按照规范要求，由于观测期为箱梁架设后第11期的徐变值，徐变量和沉降量较小，箱梁架设初期由于桥墩基础荷载作用力突然增加沉降较大，偏差也相对较大，影响更为明显。因此对箱梁徐变观测的同时也应综合考虑沉降影响，及时进行修正。以确保徐变观测结果更精确。

表1 156号梁两侧桥墩基础沉降mm

表2 156号梁修正验算结果

4 结束语

桥墩基础沉降与箱梁徐变观测的技术分析结果显示，由于基础较小不均匀沉降产生的梁面倾斜致使徐变观测结果产生了细微偏差，基于上述实例观测和分析，桥墩基础较小的沉降偏差长期积累也会产生较大偏差结果，会形成一个较明显的梁面倾斜，进而影响桥面的徐变观测结果。因此箱梁徐变观测会受到其所在桥墩基础沉降的影响，而同步进行箱梁徐变观测和桥墩基础沉降观测以修正徐变观测结果才能得到更可靠的徐变量。