第四节　施工期变形观测

铺设无砟轨道的桥梁在运营期间的线路平顺性只能通过扣件进行小量调整，因此设计桥梁时必须使墩台和梁体结构的各项变形指标满足规范要求。然而，理论计算的结果与桥梁的实际变形不一定完全符合，计算的精度也有待通过实测结果进行修正或验证。此外，墩台沉降和梁体徐变与时间密切相关，无砟轨道对桥梁结构变形的限值标准是从铺轨完成开始计算的，因而在高速铁路建设期间，必须对桥梁的墩台沉降和梁体徐变进行系统的动态观测，通过对观测数据的综合分析评估，验证和调整设计措施，并推算出墩台的最终沉降量和工后沉降量，以及梁体的残余徐变变形，确定合理的无砟轨道铺设时间，以期在工程建成运营后的长期使用过程中，能够保持无砟轨道的稳定性。

一、观测与评估技术

1.观测点埋设

1）沉降观测标

京沪高速铁路共埋设桥梁墩台沉降观测标56389个、涵洞沉降观测标3578个。北京至济南黄河南引桥每个墩台均设置桥台观测标、承台观测标、墩身观测标，济南至徐州段桥梁隔墩设置承台、墩身观测标，徐州至上海虹桥段每个桥墩均设置承台观测标、墩身观测标。墩台沉降观测标设置情况如下：

（1）桥台观测标设置在台顶（台帽及背墙顶），测点数量不少于4处，分别设在台帽两侧及背墙两侧（横桥向）。

（2）每个承台的观测标不少于2处，一个设置于底层承台左侧小里程角上，另一个设置于底层承台右侧大里程角上。承台观测标为施工中的临时观测标，当墩身观测标正常使用后，承台观测标随基坑回填不再使用。

（3）每个墩身的观测标不少于2处，位于墩身两侧。墩身观测标一般设置在墩底高出地面或水位1.0m左右，当墩身较矮立尺困难时，桥墩观测标位置可降低或设置在对应墩身埋标位置的顶帽上。

（4）涵洞自身沉降观测标设在涵洞边墙两侧，每涵洞不少于4个。洞顶填土沉降观测标按路基地段沉降观测标布置方式，在洞顶线路中心位置埋设沉降板。

2）徐变观测标

京沪高速铁路对2346榀桥梁进行了徐变观测。梁体徐变观测标的布置情况如下：

（1）对原材料变化不大、预制工艺稳定、批量生产的混凝土预制梁，一般情况下每30孔选择1孔设置观测标。现浇混凝土梁一般情况下逐孔设置观测标，但对采用移动模架施工的现浇桥梁，对前6孔进行重点观测，以验证支架预设拱度的精度。验证达到设计要求后，可每10孔选择1孔设置观测标。

（2）简支梁设置观测标6个，分别位于两侧支点及跨中。连续梁上的观测标，根据不同跨度，分别在支点、中跨跨中及边跨L/4附近设置，3跨以上连续梁中跨布置点相同。钢结构桥梁梁部不存在徐变，为了观测变形，每孔设置6个观测标，分别设置于支点及跨中。

（3）特殊结构桥梁由设计单位单独制定梁体变形观测方案。

2.观测频次

墩台沉降观测和梁体徐变观测按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线。

桥涵基础施工完成后，开始进行沉降首次观测。随着施工的进行，逐步开展对桥台、墩身、梁体变形的观测。桥梁变形观测的时间和频次按表4.1.6和表4.1.7进行。涵洞沉降观测的频次与现浇梁基础沉降观测的频次相同。

3.变形评估

1）沉降评估

墩台沉降变形评估分为初次评估和最终评估两个阶段。初次评估是桥梁主体工程完工后观测期不少于3个月时，对其能否满足无砟轨道底座板铺设条件所进行的评估；最终评估是当桥梁主体工程完工后观测期不少于6个月时，对其能否满足无砟轨道轨道板铺设条件所进行的评估。墩台沉降评估的标准是：

（1）处于岩石地基等良好地质条件的桥梁，观测期大于3个月，墩身沉降值趋于稳定且设计及实测总沉降值不大于5mm时，可判断沉降满足无砟轨道铺设条件。

（2）桥梁墩台同时满足以下三条标准，可判断沉降满足底座（轨道板）铺设条件：①架梁完成后观测期大于3个月（6个月），其沉降增量在±2mm之内；②架梁完成后观测期大于3个月（6个月），无异常波动且沉降波动幅度在3.0mm之内；③最后四期观测数据（且观测时间不少于一个月）未出现连续下沉现象。

（3）采用曲线回归方法预测工后沉降时，回归预测分析结果应满足以下要求：①首次回归分析时，观测期不少于桥梁主体工程完工后3个月；②两次回归结果预测的最终沉降的差值不大于8mm，且两次预测的时间间隔不小于3个月；③工后沉降小于15mm；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S（t）/S（t=∞）≥75％，其中，S（t）为预测时的沉降观测值，S（t=∞）为预测的最终沉降值；⑤静定结构相邻墩台工后沉降量之差小于5mm。

2）徐变评估

梁体徐变变形评估的标准如下：

（1）终张拉完成时，梁体跨中弹性变形不大于设计值的1.05倍。

（2）扣除各项弹性变形、终张拉60天后，L≤50m梁体跨中徐变上拱度实测值不大于7mm，L>50m梁体跨中徐变变形实测值不大于L/7000或14mm。

（3）不能满足上述要求时，应根据梁体变形的实测结果，确定梁体的实际弹性变形及徐变系数，并按[Φ（∞）-Φ（t）]Δ弹性≤Δ允许估算无砟轨道的最早铺设时间。其中，Φ（∞）为根据实测结果确定的混凝土徐变系数终极值，Φ（t）为根据实测结果确定的铺设无砟轨道时的混凝土徐变系数，Δ弹性为实测梁体终张拉后的弹性变形，Δ允许是残余徐变允许值（L≤50m时为10mm，L>50m时为L/5000或20mm）。

二、观测数据分析

1.墩台沉降分析

京沪高速铁路全线共对28087个桥梁墩台进行了沉降观测。墩台实测总沉降的变化范围为-5～16mm，具体分布见表4.1.8。表4.1.9为各标段的最大沉降点及处置情况，图4.1.10为全线典型桥墩的实测沉降曲线。

观测表明，81.16％的墩台实测总沉降值在0～5mm之间，仅有0.47％的墩台总沉降值超过10mm，12.59％的墩台出现负沉降值（即墩台隆起现象）。墩台出现负沉降的主要原因是：

（1）测量误差。由于二等水准测量误差为±1mm，对于沉降变形绝对值很小但波动相对较大的墩台而言，当其累计沉降在-2mm以内时，沉降负值基本可以判断是观测误差引起的。

（2）首期观测高程误差。首期观测（零周期）是桥梁变形观测的基础，如果首期观测高程误差较大，必然影响其后的累积沉降值。

（3）个别地段因工作基点下沉，造成当前墩身观测数据为负。

架梁后不同时间段墩台沉降变形具有如下特点：

（1）架梁前后，桥梁墩台普遍存在沉降突变。

（2）架梁以后，由于运梁车的通过，会造成桥梁墩台沉降小范围波动，波动范围基本在3mm以内。

（3）架梁以后，桥梁墩台沉降基本趋于稳定，各墩台的沉降量虽有所增加，但增量较小，扣除变形反弹等因素影响后，沉降增量大都在2.0mm之内。

（4）架梁后0～3个月为墩台沉降小幅发展阶段，架梁后3～6个月为墩台沉降稳定波动阶段。架梁3个月以后，桥梁墩台沉降基本收敛。

2.梁体徐变分析

京沪高速全线共对2346榀梁体的徐变变形进行了观测，其中梁场预制梁1770榀，现场浇筑梁576榀。预制梁梁体徐变观测情况见表4.1.10，现浇梁梁体徐变观测情况见表4.1.11。图4.1.11为代表性梁体的实测徐变曲线。

观测表明，扣除各项弹性变形，梁体终张拉60天后，跨中累计徐变上拱值小于7mm的梁体占观测梁体总数的80.35％，累计徐变上拱值大于7mm的梁体占观测梁体总数的6.56％，另有13.09％的观测梁体的徐变量为负值，即出现徐变下挠现象。徐变下挠梁体所占比例与前述墩台出现负沉降的比例基本相当（12.59％）。工作基点下沉、首期观测高程误差、测量误差等是造成这一现象的主要原因。

综合分析认为：

（1）终张拉后预制简支箱梁的徐变变形综合变异系数在30％左右，与我国铁路规范考虑值接近。对于累计徐变量大于7mm的梁体，若终张拉后的观测时间大于180天，可不考虑残余徐变的影响。

（2）二期恒载能够有效降低简支箱梁跨中及连续梁箱梁中跨的徐变上拱变形。在梁体终张拉60天后铺设二期恒载时，对于32m简支箱梁和主跨100m的连续箱梁，其终张拉（合龙）后的徐变变形量可分别降低30％和56％。随着二期恒载铺设时间的推迟，梁体的残余徐变上拱变形随之减小，终张拉后300天时，简支箱梁的跨中残余徐变变形仅为0.62mm，大跨度连续箱梁中跨的残余徐变变形由上拱变为下挠，边跨的残余徐变变形则没有明显变化。

（3）预制简支箱梁一般不控制无砟轨道的铺设时间，铺轨控制节点往往是悬臂施工连续梁。观测表明，在刚度、预应力配束合理且正常施工的条件下，当连续梁合龙后的施工工期不能满足《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》规定的观测期要求时，无砟轨道及桥面附属设施的施工时机可按下述原则执行：①连续梁合龙及终张拉完成后，首先进行防护墙、电缆槽等附属设施施工，然后再开展无砟轨道施工；②无砟轨道精调应在二期恒载施工（除钢轨、电缆等少量荷载外）完成以后进行，对于设有非轻质型声屏障的连续梁，应首先完成声屏障安装；③对在施工中采取严格的观测措施，并对观测数据进行评估论证且论证可行后，无砟轨道精调时间可适当提前。

3.涵洞沉降分析

京沪高速铁路全线共对843个涵洞断面进行了沉降观测。涵洞实测总沉降的变化范围为-5～37mm，其具体分布见表4.1.12。图4.1.12为几个代表性观测点的实测沉降曲线。

观测结果显示：

（1）约85％测点的实测总沉降量小于10mm，涵洞的总沉降量普遍较小。

（2）受测量误差或首期观测值误差的影响，约5.4％的测点的沉降量为负值。

（3）沉降量较大的测点，其后期的沉降变形趋于稳定。

三、淮河特大桥变形观测

淮河特大桥由五跨32m预应力混凝土简支梁和1联（48+5×80+48）m预应力混凝土连续梁组成。从北至南的12个桥墩中，引桥2100号～2105号墩在洪水期间会被河水淹没，6个主桥中墩（2106号～2111号）为水中墩。（48+5×80+48）m主桥是京沪高速铁路线上唯一一座七跨连续梁，采用悬臂法施工。梁体合龙前，采用水准观测法，利用临时搭建的施工栈桥，在栈桥上扶尺进行桥墩沉降观测。梁体合龙后，改用全站仪对桥墩进行沉降观测。在制梁完成后墩身沉降观测时间7个月、终张拉后主跨梁体徐变观测时间6个月后，对淮河特大桥进行了最终变形评估。评估结果表明，淮河特大桥墩身沉降变形及梁体徐变变形均满足轨道板铺设要求，遂允许开展轨道板施工。

图4.1.13和图4.1.14为淮河特大桥代表性桥墩实测沉降曲线及梁体实测徐变曲线。