路基沉降观测及工后沉降评估

浅谈路基沉降观测及工后沉降评估【摘要】本文介绍了客运专线路基沉降变形观测的内容、观测断面和观测点的布设、变形观测元件的选取及埋设、变形观测的具体实施过程以及测量精度和测量频率的要求，对路基沉降评估的方法进行了详细阐述。

【关键词】客运专线；路基；沉降变形；观测；评估

1.1 沉降观测的必要性和目的

1.1.1 在勘察设计阶段，设计人员根据地质条件、土层物理力学参数、填土高度、地基加固措施、工期等计算总沉降量及工后沉降量，选择地基加固措施。但由于黄土地基本身的复杂性、参数选取的精度、计算方法的局限性，以及施工过程的影响等因素，设计中沉降计算只能是一种估算，其精度难以满足客运专线的高标准要求。因此客运专线沉降控制必须根据施工期间的实测沉降数据，采用数学方法对最终沉降量、沉降速率、工后沉降量进行推算。借此确定铺轨时机。实测沉降数据及分析还可作为预测运营期间可能的维修工作量和周期依据之一。

1.1.2 客运专线路基施工过程的沉降观测以及利用观测资料进行沉降沉降推算，是确保客运专线路基，尤其是软弱地基上的路基工后沉降得到有效控制的必须措施。此外，路基沉降观测也是路基施工过程控制的必须手段。如：控制填土速率以确保路基的稳定，预测还需预压的时间以指导下步施工计划的安排，以及，及时评价地基加固措施的有效性等。

1.2 沉降观测设置原则及观测内容

1.2.1 路基变形观测的范围：

1 接近或超过临界高度的路堤；

2 采用砂垫层、排水砂井加固的路堤；

3 必须进行预压的桥头路堤及采用加固措施的较高路堤；

4 超过设计允许填土速度施工的路堤；

5 对路基工后沉降要求较高的路基；

6 对全面施工具有指导意义的代表性路堤。

所有土质地基均需进行工后沉降分析，对不满足工后沉降控制标准的地基需进行处理，且要求路基填筑完成或施加预压荷载后,保证6～18个月的沉降观测和调整期，经工后沉降评估分析满足要求时方可铺设无碴轨道。

1.2.2 软土路基观测桩设置原则

路基两侧设置边桩用来观测土的侧向位移值及其发展趋势，从而判断地基的稳定性。边桩设置原则：视加固地段的地形地貌情况，顺线路方向在路堤两侧或一侧坡脚外2m、10m布置二排，线路纵向桩间距以10～20m为宜。边桩多用100mm×100mm× 1000mm的硬木制成。硬底横坡大的软土路堤，视加固地段的地形地貌，坡脚两侧或一侧反压护道顶及坡脚外2m、20m（根据填土高度或滑弧影响范围确定）设永久性观测桩。应设置在最危险断面上，且每个工点应不少于2个监测断面，路堤填筑及通车运营过程中必须进行观测。

1.2.3 沉降观测设置原则：采用地基沉降观测与路基面沉降观测相结合的观测系统。

①路堤基底沉降观测：应根据地基工程地质条件并结合工程情况确定，在桥、涵路过渡段两端、地层地质条件变化较大处，必须在路基中心地基面设置沉降观测板，其它地段一般按100～200m左右在路基中心地基面设置沉降观测板。

②路基填筑完成后，在路基面中心以及两侧路肩每隔20～50m 左右，与路基中心地基面设置沉降观测板对应，设置沉降观测桩。

③选择代表性工点进行地基深层沉降观测，以研究地基深层沉降变化。

1.2.4 地面沉降板的设置：

1 在60mm×800mm×800mm的木低板上联40mm×40mm的方木的观测杆。观测杆每杆长1.5m，上端包有铁皮接头，以便随填土高度的增大而接长。观测杆外面套一竹保护管，管端作成楔口形以便接长。安装沉降板前需将地面整平，以便保持目纸板的水平及表杆的垂直。在填土高达1m以后，根据填土部分的压缩量，将竹套管上拔一定距离，以免由于填土部分的压缩而影响地面沉降数值。

2 沉降板由一根直杆(直径=20～30mm的钢管或自来水管)和600×600×9mm的沉降钢板组成。直杆用三根斜钢筋焊接在沉降板上，沉降板埋设在路基的底面或砂垫层下。为了使沉降杆不受破坏，杆长应随填土升高而逐段接高。每段接管的长度为20～30mm，两端有螺纹接头与空心管紧绞连接。

1.2.5 软土路基位移观测：

位移运用精度较高的经纬仪、水平仪进行观测。观测精度应准确到1mm。一般填土低于临界高度时，每两天观测一次即可；接近或超过临界高度时应每天观测并绘制“填土高――时间――位移量”关系曲线图，随时分析填筑期间的稳定情况，以利指导施工。通常每上、下班时各观测一次，两次观测值之差除以观测时间（h）在乘以24（h）即可作为日平均沉降量、位移量。一般认为，日平均水平位移量小于10～15mm，日平均垂直位移量小于10mm是安全的。若连续数日平均位移量超过以上数值，应停止填筑，加强观测。特别要注意路堤中裂缝出现及发展情况，必要时应立即采取措施。设永久性观测桩软土路堤工点，运营后二年内每个月监测一次。如观察变形出现异常时，应专门研究评估本段路堤的稳定性，并迅速采取加固措施、确保行车安全。

1.2.6 路基地面沉降观测内容

对路基中心地基沉降和路基面沉降进行观测；对代表性工点进行地基深层沉降观测和地基侧向（水平）位移观测。用来掌握地层表面的总沉降量及沉降量随填土增高和时间的变化情况，以便判断地基在填筑中的稳定性和推测路基的工后沉降量。

1.2.7 孔隙水压力仪观测

孔隙水压力仪是测定不同时间、不同荷载作用下孔隙水的消散过程，以推算地基强度的增长情况，检算地基的稳定性，控制施工速度的一种主要仪器。但其构造复杂，只有在重要工程中才使用。

1.2.8 沉降观测方法

标高测量：按国家二等水准测量精度标准进行。边桩位移测量：采用全站仪进行。其它测试元件设备－采用相应仪器进行人工或自动观测。

1.2.9 沉降观测频度

①在路堤正式填筑前，必须对所有埋设元件设备进行复测，作为初始读数。

②路堤填筑施工期间，一般情况每天测试一次。

③在路堤填筑施工完成后，前15天内每3天观测一次，第15～30天每星期观测一次，第30～90天每15天观测一次，以后每个月观测一次。

④测试过程中发现异常必须及时查明原因，近快妥善处理。

1.3．工后沉降评估方法

1.3.1 沉降量推算是指根据实测沉降观测资料，利用数学方法对后期沉降速率、总沉降量、以及工后沉降值进行计算分析的一种方法。借此确定铺轨时间，并可作为预测运营期间可能的维修工作量和周期的依据。根据沉降观测资料，还可来指导施工，控制施工填土速率。实测沉降是确保客运专线路基，尤其是松软土路基沉降得到有效控制的必须环节。

1.3.2 实测沉降推算:有双曲线方程式法、指数曲线法、对数曲线法、图解的双曲线法等。目前铁路工程中多采用双曲线法推算工后沉降，该法也是公路软土路基设计施工规范推荐采用的方法。