高速公路软土地基路堤沉降观测的实践

文章编号:100723817(2002)0120014203中图分类号:P258;TU196 文献标识码:A 高速公路软土地基路堤沉降观测的实践

汪祖民

(苏州科技大学工程测量教研室,苏州市滨河路298号,215011)

摘　要　在分析了高速公路施工的特殊性之后,明确了高速公路软土地基路堤沉降观测的观测项目和目的,提出了沉降观测点的布设方案,确定了以观测精度要求、作业特点和数据处理方法为目标的五个统一的现场工作要点的编制原则。

关键词　高速公路;软土地基;路堤;沉降观测

高速公路设计车速高,路面平整性要求高,因此,规定施工过程中必须进行沉降和稳定性观测[1]。一方面保证路堤在施工过程中的安全与稳定,另一方面能够正确预测工后沉降量,使工后沉降控制在设计的允许范围之内。同时,对沉降土方的计量也是一项重要的依据。由于公路的特殊性,沉降观测基准点、工作点和观测点都呈条带状分布,这都有别于一般的建筑变形测量。

1　沉降观测的目的

沉降观测的项目为地表沉降量、地表水平位移量及隆起量和地下土体分层水平位移量。

沉降观测的目的:①地表沉降量是用地表型沉降计(沉降板)测量的,用于沉降管理。根据测定数据调整填土速率;预测沉降趋势,确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间;提供施工期间沉降土方量的计算依据。②地表水平位移量及隆起量是通过埋设地表水平位移桩(边桩)测量的,用于稳定管理。监测地表水平位移及隆起情况,以确保路堤施工的安全和稳定。③地下土体分层水平位移量是用地下水平位移计(测斜管)测量的,用于稳定管理与研究。用作掌握分层位移量,推定土体剪切破坏的位置。该项目只在必要时采用。

2　沉降观测点的布设方案

观测点的布设原则,从整体到局部,先设计后施工。即先纵观施工的整个路段,从总体上控制高速公路的沉降特殊性,后根据局部特征调节、加密;先在图纸上规划设计,然后进行实地踏勘、对照、修改、确定和埋设。主要设在地质条件差、地形变化大、设计问题多的部位和土质调查点附近。

观测点的布设步骤为:先选择观测基准点(水准点和位置控制点),次确定工作基点,再布设整体网观测点,最后布设局部特征点。布设前应该考虑地质、地基处理及路堤设计方式、荷载、结构物特征、施工作业方式和经济等因素。根据不同要求,观测点的布设分为沉降板、边桩与测斜管的布设等内容[2]。目的是能够准确而完整地反映出软土地基路堤的沉降规律性。

3　沉降观测的工作要点

编制工作要点时,要考虑到精度要求和作业特点,以及数据处理方法。

由于高速公路施工路线长,各路段的情况变化复杂,故一般采用分段施工的作业方式。虽然建设单位都委托科研单位进行沉降变形观测工作,但是也会受条件限制,分作业组进行观测。不少建设单位广泛采用施工单位首测、监理单位复测、科研单位统测和建设单位抽测的作业方式,以确保沉降观测工作切实可行地指导施工进展和观测成果的真实可靠性。这就要求制定出切实可行的观测工作要点(即工作方案或工作细则),以规范沉降观测工作,做到五个统一。

3.1　沉降观测基础依据的统一

为了便于管理,对每次沉降观测成果有可比性,各观测单位应该对沉降观测基础依据统一要求。沉降板的制作规格、埋设要求统一;沉降观测水准基点、工作基点和观测点要求统一的水准基准;观测仪器设备的精度和观测精度一致;观测频率(周期性)相同。

业主应提供与沉降观测有关的基础数据,包括设计沉降观测点布置表、重点地段的地质资料、地基处理情况及水准点成果表等设计文件,对用于沉降观测的水准点成果3个月应该提供一份复测成果;承包商应提供用于沉降观测的地面水准点成果,并要求与业主提供的水准点成果相吻合,以确保沉降观测成果的统一性。

起始点高程宜采用测区原有高程系统,对于监

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测较长的高速公路工程,宜与国家或测区原有水准点联测[3]。

3.2　沉降观测过程精度要求的统一

沉降观测工作分三个阶段:路堤填筑期观测、预压期观测、路面施工期观测。观测单位均应有准备阶段、现场观测阶段、资料汇总阶段。

沉降观测精度随施工工期的进展而不同。一般随着路基不断填筑增高,每层填筑厚度逐渐减少,沉降增量逐步减少(由c m级减少为mm级)。沉降量越小,要求观测精度越高。预压期及路面施工期的观测精度比路堤填筑期(原地面到95层)的观测精度为高。一般规定路堤填筑期观测精度3～2mm;预压期及路面施工期的观测精度为2～1mm;相应采用四等水准测量(路堤施工期)和三等水准测量(预压期进入路面施工期)。在路面施工期或工后期采用靖江D S1水准仪等进行二等水准测量。水准测量的精度及技术指标见表1。表1中,m观为水准尺上的中丝读数误差(取自国家水准测量规范);m站为一个

表1　水准测量精度 mm

等级m观红、黑面平均值或基、辅

分划平均值的高差中误差

二期观测由一个测站完

成的高差之差的中误差

二期观测由二个测站完成的高差之差的

中误差(水准点到沉降点中加一个转点)

二0.18m观=m站=0.180.18×2=±0.25±0.25×2=±0.35三0.78m观=m站=0.780.78×2=±1.1±1.1×2=±1.6四1.04m观=m站=1.041.04×2=±1.5±1.5×2=±2.1

测站高差中误差。

3.3　水准点布设的统一

水准路线应沿公路路线布设,水准点宜设于公路中心线两侧50～300m范围之内[4]。水准点分地面水准点、桥上水准点和通道水准点三种,埋设位置有不同的要求。

1)地面水准点。一般地面水准点成果由施工单位提供,并与业主提供的水准点成果相吻合。密度应该满足沉降观测断面各个沉降点的观测,一般为每200m一个,以便于测站视距不大于80m完成测点的观测工作。水准点的标石、标志,水准点的埋设应该严格按照国家有关水准测量规范的要求进行,水准点的编号统一冠以BM。在条件许可的情况下,平面控制点与水准点可以重合,也可以采用水平控制点的系统编号。

2)桥上水准点。桥上水准点应该根据施工情况进行设置。路堤填筑到95层时,为了减少转点传递对观测标高的影响,提高工作效率,适时地将地面水准点转移到灌注桩基础的桥上,位置可先转设在桥背墙顶面上,其南北走向的公路。对于中、小桥统一设在东南角背墙顶面上;若为大桥或特大桥,则在东南角、东北角背墙上各设一个。为了避免桥背墙顶面上受施工磨面的影响,桥上水准点可以再转设在中央分隔带的水泥板上(与路面接边处)。这实乃长久之计。

水准位置选定后,在桥背面墙施工时,预埋一根Υ为18～20mm长20mm的钢筋(上端用砂轮先磨圆),筋头露出砼顶面1～2mm,或用射钉枪打入标志。桥上水准点一律用BM标段号加序号表示。如BM A621,表示A6标第一个桥上水准点(里程桩号由小到大编制)。

桥上水准点埋设好后,由地面水准点用三等水准往返观测引测,高差闭合差为平地±12L或山地±4n mm(L为往返测段,附合或环线的水准路线长度(km),n为测站数)。其成果至少应进行3次以上测量,确保稳定可靠的情况下使用。所谓稳定可靠是指水准点连续3次月沉降速率在测量精度范围之内,其值为1～2mm 月,水准点成果符合有关规范要求。每3个月要进行一次联测,证实桥上水准的确实稳定可靠。

3)通道水准点。如果二桥相距甚远,为了工作需要,也可以在中间选择一个经过观测确保稳定的通道水准点。通道水准点的使用,一定要谨慎小心。一旦发现观测成果有波动时,应随时与高等级水准点进行联测,并及时修正系统误差造成的影响。通道水准点的设置方法与桥上水准点的设置方法基本相同。先用射钉枪在通道的两端轮角上射入钉子,钉头上套入薄螺母,以便于放立水准尺,最后转入隔离绿化带内。

3.4　外业手簿和报表格式的统一

外业手簿是长期保存和使用的基本资料,应该做到格式统一,记录认真,字迹清晰、整洁。记录不得转抄或涂改。如果观测、记录有误,应在观测记录时立即将错误数据用单线划去,在其上方写上正确数字。正确数字及被划去数字均应清晰可辨认,手簿及其他资料图表应有专人保管,不得遗失。

沉降观测报表是观测成果的集中反映,是供沉降变形观测数据分析与预报的依据,是决策部门进行管理的可靠保证。因此,对沉降观测报表不仅要求有统一的格式,更要有便于分析与决策的内容,还应该有基本的数据分析与分类的功能。

作者在实际观测工作中,通过对国家四等水准

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