沉降监测与防治

沉降监测与防治（精选9篇）

沉降监测与防治 篇1

0 引言

随着经济的飞速发展, 世界各国已进入高度现代城市化阶段, 土地资源与人口增长之间的矛盾日益突出, 高层及超高层建筑物已从纵向及横向两方面呈直线上涨, 其发展不断为整个建筑业注入了新的活力, 也使得人类不断从地表走向更深的地下空间及更高的地上空间。为保证建筑物的正常使用寿命和安全性, 高层建筑沉降监测及最终沉降量预估的必要性和重要性愈加明显。

1 高层建筑沉降的主要来源

1.1 建筑物自身荷载引起变形

(1) 合理形变

建筑物荷载置于土体之上, 使土体产生附加应力, 导致持力土层形变并伴随瞬时沉降, 其一般在施工阶段瞬时完成。在使用阶段, 土体的超静水压力迫使土中水外流, 土空隙比发生改变, 随着时间的推移, 土的应力应变关系不断改变, 土的固结逐渐趋向于稳定, 这种变形一般小于允许变形值。

其计算公式为:

(2) 不合理变形

由于施工方的技术、相关措施及责任心不到位, 导致施工速率及误差超过允许范围, 以至建筑物的荷载未按设计分布, 产生巨大的不均匀沉降, 局部地基产生剪切破坏, 从而导致无法挽回的损失。

1.2 其它因素引起的地基变形

由于基础的地质构造复杂, 季节性、周期性的温度和地下水位变化导致土体干缩或浸水饱和湿陷、软化、膨胀、冻融等, 还有地下洞穴冲刷, 生物化学腐蚀、矿井、地下管道坍塌、偶然性的地震灾害导致土粒重新排列、沙土液化等对建筑物的沉降均将产生巨大的影响。

2 沉降监测实施要求及过程

为尽可能的得到准确的沉降资料, 观测过程必须严格按照行业相关规定执行。具体方法和要求如下。

2.1 仪器设备、人员素质要求

根据沉降观测精度要求高的特点, 规定观测应使用高精密水准仪 (S1或S05级) , 水准尺也应使用受环境及温差变化影响极小的高精度铟刚合金水准尺。因高精度GPS静态网受卫星截止角限制, 容易被建筑物阻挡难以接受到理想的卫星颗数以及信噪比, 其所接受的L1、L2波段多经过多路途效应或反射, 故无法应用于观测地基变形。但高精度的GPS静态网对于观测建筑物与地基组成的整体水平及竖向位移, 以及基坑及地壳的水平与竖向移动有着无可估量的前景, 未来必将成为岩土工作者从事研究的重要手段。至于人员素质方面, 必须熟练掌握仪器的操作规程, 熟悉测量理论、观测方法及观测程序。

2.2 点位布设及观测时间

根据建筑物结构外型, 荷载分布、土层地质状况分布及特性, 须埋设三个以上基准点。基准点应选建在基岩上或冻土层以下, 便于长期稳定地保存。观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。如建筑物四角、大转角、主承重柱、建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处、沿外墙每10-15米处或2-3根柱基上。埋设测点时, 要特别考虑装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点, 不能让连续观测终止。一般高层建筑物施工阶段的沉降观测按一定的时间段为一观测周期 (如:次/30天) 或按建筑物的加荷情况每升高一层 (或数层) 为一观测周期。在使用阶段, 其观测周期可以根据沉降量适当延长, 直至趋与稳定。无论采取何种方式都必须按施测方案中规定的观测周期准时进行。沉降观测自始至终要遵循基准点、观测点、仪器设备、观测人员、观测环境稳定原则。

2.3 沉降观测精度

依据建筑物的特性和建设、设计单位的要求, 选择沉降观测精度的等级。在未有特殊要求情况下, 一般性的高层建筑物, 采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。

3 沉降量预测

地基沉降计算一直以来就是地基基础工程中的三大难题之一[2]。上百年来, 国内外学者为此前仆后继, 已提出许多计算理论及本构模型, 但至今未有一套完全解决方案。其比较成熟的计算方法有:早期的弹性理论法, 不考虑侧向变形的单向压缩沉降法[3], Skempton与Bjerrum提出的三向效应法, 中国学者黄文熙先生提出的三向压缩法[4], Lambe于1964年提出的应力路径法, 考虑应力状态与物态边界面关系的剑桥模型推导出来的物态界面法, 按现场观测资料推算的曲线拟合法, 现场试验法, 数值计算法, 以人工神经网络为研究手段的BP模型法[5]等。

由于土性指标 (如空隙比e, 弹性模量E) 等分散, 计算土特性指标与实际有所差异, 荷载大小分布不完全确定, 土的本构关系有诸多不定因素, 且计算模型均被简化, 故计算结果与实测值往往有不同程度差异。为避免使用诸如此类不确定因素, 结合一定的现场观测资料, 现有大量学者采用曲线拟合法预测沉降量大小。

3.1 常用曲线拟合法

目前, 国内外学者依据观测值利用曲线拟合的方法预测沉降量的常用曲线拟合法有:

(1) 由尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合法, 其方程为St=S*t/ (a+t) 。该法计算简单, 容易用计算机实现, 广泛应用于工程实际。

(2) 竹治新助结合实测S-t曲线和理论上Ur-Th曲线关系提出的时间对数拟合法。中国河海大学学者许永明等也提出抛物线形的时间对数法, 其方程为S=a (logt) 2+blogt+c。

(3) 基于太沙基一维渗透固结理论的指数函数拟合法S-Sd= (S∞-Sd) (1-a*e-βt) , 此法拥有理论基础, 似乎最合理, 但由于多种实际因素存在, 往往与实际相差甚远。

3.2 双曲线平移法预测沉降量的计算过程

依据笔者曾在东莞独立负责的数十栋高层建筑实测S-tP沉降曲线图, 在加载过程完成后, 其线形明显趋于双曲线的上曲线, 如图一所示。现将双曲线表达式y=1/ax进行x平移, y平移, 其式变为:y=c-1/ (kx+b) 。因多数高层建筑物加荷过程受施工条件、人为等因素影响较大, 并非按时间顺序线形加荷, 且加荷过程侧向位移较大。故笔者认为以稳定荷载加载后作为曲线起算零点较为合理。由已知条件y (0) =0, 可推出c=1/b, 结合y (x1) =y1, y (x2) =y2条件, 可求得:

其中:用i代表1、2….., 则xi为稳定荷载加载后的观测时间;yi为xi对应的相应位移。结合尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合方程St=S*t/ (a+t) , 可知s=1/b, a=b/k, 且由任何相邻两组数据可解算出k, b值, 即 (xi, yi) , (xi+1, yi+1) 推出 (ki, bi) , 即可推出 (si, ai) 。为使预测曲线逐渐逼近于后期沉降线, 经数值计算分析[6], a、s最终取值可按下式计算

4 实例分析

图一为东莞市长平镇某34层商住楼实测S-t-P曲线图, 此商住楼属框架剪力墙结构, 桩型采用预应力管桩, 单桩承载力分别为2500KN与3200KN, 其设计强度为C80, 长度15M—20M, 桩端持力层为中风化花岗片麻岩。

(P-荷载, S-沉降量)

利用VBA进行计算并生成拟合CAD曲线图, 程序代码如下:

经计算s=3.47, a=311.85, 其拟合图形如图二所示。

经比较, 拟合差值较小。笔者于2003年11月21日对此建筑物进行再次观测, 发现沉降量为5.44mm, 与拟合值相差0.1 mm, 从而证明此曲线基本按双曲线上线发展, 拟合过程效果较理想。

5 结束语

(1) 本文概略地阐述了引起建筑物沉降的各种因素, 包括建筑物自身因素, 持力土层以及各种内外部可能原因, 为研究建筑物沉降提供参考方向。

(2) 高精度的监测成果对于后期预测至关重要, 文中系统阐述了沉降监测的各项技术要求及实施步骤, 为获得理想的数据奠定基础。

(3) 本文利用双曲线平移理论, 结合计算程序与尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合方程预测沉降量, 实践证明拥有较高的拟合效果, 可为高层建筑设计与施工提供一定的实践依据。

参考文献

[1]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[2]陈祥福.沉降计算理论及工程实例[M].北京:科学出版社, 2005.

[3]陈希哲.土力学与地基基础[M].北京:清华大学出版社, 1997.

[4]许永明, 徐泽中.一种预测路基工后沉降量的方法[J].河海大学学报, 2000, (5) :110-113.

[5]李庆扬, 王能超, 易大义.数值分析[M].北京:施普林格出版社.清华大学出版社, 2006, 5 (13) :21-58.

沉降监测与防治 篇2

地面沉降是影响城市发展的一大地质危害,在我国河北平原地面沉降尤为严重,本文详细介绍了河北平原的地面沉降现状,从其形成原因入手,探讨了一系列工程防治对策.

作 者：李太星 吴黎军 吴向辉 梁邦秋 LI Tai-xing WU Li-jun WU Xiang-hui LIANG Bang-qiu  作者单位：李太星,LI Tai-xing(长江工程职业技术学院,武汉,430212)

吴黎军,WU Li-jun(邯郸学院,河北,邯郸,056005)

沉降监测与防治 篇3

关键词公路路基;桥梁沉降;防治措施

中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0040-01

1概述

由于受施工期的约束,桥梁引道一般在桥梁主体施工结束后再填筑,所以桥头路基的压实度、固结时间与正常路段的路基有时间差。通车后必然造成路基与桥梁等结构物差异沉降,引起车辆跳动。路基与桥梁等结构物差异沉降综合防治措施的合理性不但能减少工程量,更重要的是改善路基与桥梁等结构物差异沉降对车辆行驶舒适性的影响,使道路更平顺、行车更快速,乘客更舒适和安全,具有明显的社会和经济效益。

2路基与桥梁等结构物差异沉降的成因

路基与桥梁等结构物差异沉降主要与下列因素有关:桥头路基与地基的固结度;台背填土的压实度;排水的状态;台背土壤的冲刷状态;桥台基础类型。因此对路基与桥梁等结构物差异沉降处置所采取的主要措施为:用加筋土挡墙作为桥头路基的基本形式,以减少桥头路基的沉降量;接上桥头两侧路肩方向的翼墙,以约束路基的侧向变形;设置桥头搭板,而且认为桥头搭板稍长有利于减少差异沉降对行车舒适性的影响等。

3桥头搭板设计

3.1桥头搭板长度

桥头搭板长度取决于桥头路基填土的工后沉降。假定路基与桥梁等结构物差异沉降的容许值为s,则s是指铺筑路面后至大修年限内所容许的残余沉降量,它的取值直接影响桥头搭板的长度,如果s值定得较大,为了消除s对行车舒适性的影响#则搭板长度就应该比较长;如果s值定得较小,则搭板长度就可以比较短,但相应地基处理的投资可能相对较大。目前我国高速公路桥头搭板的选定一般由设计人员凭经验确定,选用的搭板长度一般为2-8m,但也有大于10m的桥头搭板。

3.2桥头搭板的厚度和宽度

桥头搭板按路缘石的间距布置,并在桥台翼墙的缘石处设置纵缝。搭板宜采用整体现浇法施工,以保证板与基础的密贴,一般建议4m长的桥头搭板可以采用0.25的板厚;6m长的桥头搭板可以采用0.35m的板厚;10m长的桥头搭板可以采用0.40m的板厚。

3.3枕梁设置

从受力和构造观点看,枕梁可以使桥头搭板受力更加均匀,对装配式桥头搭板是合理的。對整体现浇的桥头搭板,若搭板下基层为半刚性材料,则可以不设枕粱。

4桥头填土施工

4.1回填材料

台背、墙背后回填原则上采用3:7,的石灰土、级配(碎)砾石、天然砂砾、同时,如采用天然砂砾,对路堤顶1m范围内砂砾最大粒径应控制在5m以内,以下根据以往回填的实际经验,最大粒径可放宽至30m即允许粒料中掺杂粒径不大于30m的石块;砂砾中泥土含量在施工时原则上不应超过20%,但也不应小于5%。

4.2质量控制回填层厚度控制

1)碎石、砂砾回填分层厚度应根据回填前的相关试验结果控制,一般不宜超过30m,特殊情况可放宽至40m。2)个别施工段如不能与路基同步进行,也可采用人工分层夯实,但分层厚度应根据具体情况另行确定,原则上不应超过20cm。3)台后3:7灰土层厚度,应根据相关试验结果控制,分层厚度不宜超过20cm。4)施工中为便于控制分层回填厚度和保证压实效果,可在施工前用红漆或其他醒目的划线在台墙上分层标出,以利于控制回填质量。

4.3施工工艺控制

1)压实机具。回填压实应通过现场试验确定。实际操作中对大面积的区段完成压实后,再用小平板带振动的手动夯实机具补压紧靠墙背30-40cm范围内路基,要求与路基填筑做到同步进行。个别段路基填成后,台背回填工作面狭小,压路机根据本无法碾压#起不到预期的效果。2)压实方法。①U型桥台。该类桥台因体积大、稳定性好,故一般情况下在台体强度达到设计强度时就可开始回填,压实时压路机顺桥台方向进行,要特别注意的是在墙侧锥坡处压实必须有与锥坡施工相配套的施工措施及压实分层厚度控制措施,一般在侧墙及前墙交合处用比较醒目的标记标出分层填筑厚度,这样可避免和控制压实效果,提高工作效率。②挡墙内侧。挡墙内侧回填要注意的是如何与路基回填相协调问题。一般情况下,挡墙每砌筑不超过1.5m时,就应进行内侧及路基回填,但注意压路机的振动力问题%不得损坏墙体,一般须沿路线方向行走,必要时采用振动平板夯进行。3)注意事项。①材料进场。要求必须采用经事先确定为合格的产品,发现其它材料或材料中含瓦块、杂物和腐殖土的用料,一律清除出场。②设备配套。必须以振动压路机和平板振动夯配合工作,严禁单独使用平板振动夯或蛙式夯夯压,一经发现,立即停止。③工序检验。每层碾压后,必须按既定的频率进行自检,经监理签认后,方可进行上层填筑驻地监理也需按要求的频率进行抽检。自检或抽检的频率或密实度不够,均要求返工重压,直到满足密实度要求为止。

5设计上桥头差异沉降的处理

5.1沉降处理的原则

根据实地测量的结果和现场对车辆通过桥头部位时行车情况的观察,当桥头路堤与桥面相对沉降量超过3cm时,车辆通过时有较明显的跳车现象,对车辆的安全行驶有一定的影响,因此建议把相对沉降量超过3cm作为需要进行处理的标准。

5.2纵断面的设计

1)在设计纵坡时,应尽量满足公路技术标准。2)在桥梁伸缩缝两端,每端拉坡的长度最小为30cm,一般应不小于50cm,以利于机械化施实,从而提高沉降处理的质量。3)设计纵坡时要以沉降相对稳定的桥梁顺缝顶面的标高为控制点。

5.3横断面设计

考虑到运营的时间,路堤沉降已相对稳定,因此。在设计过程中将恢复至原设计横坡。在与处理范围外的原路面及桥梁伸缩缝处接头时,应在10-20cm左右的范围内由设计横坡过渡到原路面和桥梁伸缩缝实测横坡。

6结语

总之,桥头路基的压实度、固结时间与正常路段的路基有时间差,通车后必然造成路基与桥梁等结构物差异沉降,引起车辆跳动。因此,要完善路基与桥梁等结构物差异沉降综合防治措施,这样才能减少工程量,改善路基与桥梁等结构物差异沉降对车辆行驶舒适性的影响,使道路更平顺、行车更快速,乘客更舒适和安全,从而实现社会效益和经济效益的双赢。

参考文献

[1]黄晓明,张晓冰.公路建设质量通病分析与防治[M].北京:人民交通出版社.2003.

[2]中华人民共和国行业标准.公路路基路面现场测试规程[M].北京:人民交通出版社,2005.

岛状冻土路基沉降监测与研究 篇4

黑龙江省多年冻土可分为四个区:Ⅰ区为大片连续多年冻土区;Ⅱ区为岛状融区多年冻土区;Ⅲ区为岛状多年冻土区;Ⅳ区为季节冻土区) 。伊嘉公路位于Ⅲ区为岛状多年冻土区;在冻土修建公路经常出现较大沉降变形, 而这种沉降变形趋势并没有明显减弱趋势, 本文主要探讨该地区路基蠕变变形趋势, 旨在更有有利于岛状冻土路基产生蠕变沉降变形问题的进一步研究。

2 试验路段概况

选择伊嘉公路K7+300~K7+500路段作为试验路段, 试验路段多年冻土类型较多, 包括含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土及多冰冻土。试验路段典型断面为K7+350、K7+400和K7+450三个断面, K7+350、K7+400和K7+450断面的路面顶中线左、右4m设置沉降观测点, 路基工程完工后进行沉降观测。

3 试验路段典型断面沉降观测数据及分析

测试数据见表1, 时间与沉降量关系见图1。

由测试数据见表1, 时间与沉降量关系图1可知:

3.1 各测点随时间增长沉降量也随之增加;

3.2 时间与沉降量处于趋于线性关系;

3.3 短期内冻土冻胀和融沉不断进行, 蠕变变形没有停止, 冻土内局部受力状态仍在不断变化。

4 结论

伊嘉公路岛状冻土路基试验段监测研究表明:路基完成后改变原来冻土内受力状态, 短期内冻土冻胀和融沉不断进行, 路面沉降量随时间增长不断增大;当沉降量达到一定程度时候, 引起路基不均匀下沉、边坡失稳、路面裂缝、断裂, 造成路面起伏和错台, 严重影响行车安全。

参考文献

[1]冻土地区建筑地基基础设计规范.JGJ 118-98.中华人民共和国行业标准.

[2]公路路基施工技术规范.JTGF10一2006.中华人民共和国交通部.

[3]苯板在岛状多年冻土路基中的应用研究报告, 2008.

某高速公路沉降监测与管理 篇5

关键词：软土路基,高速公路,沉降监测,管理

1 概述

沉降监测在软土路基高速公路施工中的重要作用渐已被大家所接受。选择专业监测队伍并加强管理是保证沉降发挥重要作用的前提。本文以某沿海高速公路施工沉降监测为例,聘用了某设计院及某高校为沉降监测单位,在沉降监测单位人员及设备、监测手簿、监测精度、监测频率和数据处理等进行管理,取得了大量准确的监测数据,在下面4个方面发挥了重要作用:1)保证路堤在填筑过程的安全和稳定;2)为动态控制工期提供依据;3)较准确预测工后沉降,为预留沉降量及预抛高作出指导,使工后沉降控制在规范的允许范围之内,预防及减轻桥头跳车;4)较为准确地计算沉降方量。笔者将这一经验成文,旨在加快我国高速公路软土路基填筑施工尽自己的微薄之力。

2 工程概况

某沿海高速公路总长102 km,软土地基处理占74.6 km,占全线73.1%。高速公路地基中淤泥质黏土和亚黏土层((3)1),是其主要软弱土层和压缩层,广泛分布于平原区上部,灰色、深灰色、青灰色,饱和,流塑,多呈层状,夹薄层亚砂土,含腐殖质及少量贝壳碎片,局部为淤泥。淤泥质黏土和亚黏土层((4)′4),是第二层软弱土层和压缩层,分布于平原区上部,为(4)4层的相变层,灰色、深灰色,饱和,流塑,具沉积层理,含腐殖质,偶见贝壳碎片。软土孔隙比1.047～1.210,压缩系数0.53 MPa-1～0.87 MPa-1,一般均有20 m～25 m的深厚软土,最深厚处达34 m～47 m。

软土地基处理设计采用了塑料排水板、水泥搅拌桩、预应力管桩、筒桩、Y形桩、碎石注浆桩、贫混凝土桩7种地基处理方法,根据桥头、箱头或一般路段,分别采用欠、等、超载预压处理。

毫无疑问,本高速公路软基的沉降问题,直接影响到本工程的质量及工期控制,沉降问题是本高速公路的工作重点之一。

3 监测队伍的选择

软土路基沉降监测是高等级测量与地质分析预测的综合专业,首先要采集准确、可靠和高精度的第一手数据,其次要对数据进行处理、分析及比较准确的预测。选择一流的队伍是搞好沉降监测的前提。目前从事沉降监测的队伍良莠不齐,本项目分为A,B两个标,通过招标选择了某设计院和某高校,该设计院是我国铁路一流甲级设计院,从20世纪60年代初就开始路基软土沉降研究,具有大量的人才技术储备,测量设备国内领先,某高校也是长期在江浙地区从事沉降监测工作,具有丰富的经验。

4 监测的管理

4.1 人员及仪器设备

要求项目经理及总工均为高级工程师或副教授以上职称,测量、地质专业各1人,有长期从事沉降监测经历,其他高级职称人员不少于总人数的1/3,项目经理要求长驻工地。

仪器是误差的三个来源之一,为提高监测速度及精度,采用徕卡NA2+GPM3或徕卡DNA03(DNA10)中文数字水准仪或同挡仪器。配用条划铟钢尺,电子水准仪配用编码水准尺。

4.2 监测手簿

手簿规范化,防止数据混乱,统一现场沉降监测手簿,见表1。

4.3 监测精度

沉降监测的精度必须能够真实反映路基沉降速率。因目前管桩等桩基广泛使用,填筑期沉降速率亦可能较小,统一采用二等水准进行监测。二等水准的理论精度见表2。

4.4 监测频率

一般断面监测频率要求按以下方式进行:1)路基填筑期,每旬监测1次,按薄层轮加法,1个月最多填筑4层,基本是3层～4层监测3次;2)预压期至路面施工前每月监测2次;3)路面施工期每铺筑1层监测1次,且每月监测至少1次;4)在填筑施工和加载期间必须监控塑料排水板处理路基日沉降速率小于15 mm/d,其他如管桩处理的桩基日沉降速率小于10 mm/d,以确保路基稳定性,如接近15 mm/d或10 mm/d,应加密监测,及时根据监测结果采取处理对策。

4.5 监测方法

为了确保沉降监测的精度,消除监测中系统误差,统一监测方法,每次监测应尽量做到监测条件相同。具体有5个固定原则:即后视尺固定;测站位置固定;转点固定;仪器设备固定;监测人员固定。其中关键是监测人员、仪器及水准尺固定。

4.6 数据处理

要求所有监测数据应及时记录随时计算校核汇总并整理分析,各种曲线必须当天绘制,并要求定期编写沉降监测报告。

定期召开沉降会议,对不同路基施工阶段沉降情况进行分析,以便指导施工。

5 监测效果显著

1)保证路堤在填筑过程的安全和稳定。根据沉降监测数据控制的路基填筑速度,整个路基施工期间未出现坍塌、失稳等现象。2)为动态控制工期提供依据。该高速公路塑料排水板及不处理路基的预压期控制着整个工程的工期。从当时填筑情况、进入预压期路基长度、沉降速率及推测工后沉降来看,2007年9月能进行底基层施工的12月预压期的路基仅有19段1 938 km,占12月预压期路基的3.5%。针对路基施工进度落后的局面,为保证按2007年10月下旬路面施工完成:a.要加紧路堤的填筑;b.要对施工落后及不满足工后沉降的路基在设计地基处理的基础上再超载来加快沉降,欠载变等载、等载变超载、超载变超超载,用荷载换时间,以缩短预压期。原设计加载预压方案,根据当时施工进度及后期施工计划,经实测沉降曲线拟合预测预压时间和卸载时间,全线尚需平均预压7.4个月至2007年3月止。根据大量可靠的沉降监测数据计算进行增加预压高度后,全线平均预压3.5个月至2006年11月中旬止,缩短预压时间3.9个月,其中桥头箱通(涵)段落缩短3.2个月,为底基层、基层施工争取了宝贵的时间,为2007年按期施工面层奠定了基础。3)较准确预测工后沉降,为预留沉降量及预抛高作出指导,使工后沉降控制在规范的允许范围之内,预防及减轻桥头跳车。从通车一年来看,预测工后沉降基本吻合,预留沉降量及桥头预抛高适度。以A标为例,主线150个桥头通车一年只有1座桥2个桥头有跳车感,占1.3%,有效预防及减轻桥头跳车,取得了满意的效果。4)较为准确地计算沉降方量。以A标为例,沉降监测计算方量为设计值85.2%,各方都基本满意监测结果,按以往惯例基本按设计值沉降方量结算,要节省建设费用近500万元。

6 结语

沉降监测在该沿海软土路基高速公路建设中为确保工期、质量及节省投资发挥了较大的作用,笔者认为选择一流的专业监测队伍是搞好沉降监测的关键,对人员及仪器设备、监测手簿、监测精度监测频率监测方法和数据处理等进行有效的管理是保证

参考文献

沉降监测与防治 篇6

1 道路软土地基沉降控制特点

城市道路运行车辆多、速度快、技术标准高、对路基的要求严格,控制路基变形和纵向刚度的变化已成为道路的关键技术。路基要求按土工构筑物设计,应具有足够的强度、刚度、稳定性,满足耐久性要求。其中道路软土地基沉降控制特点更加严格。

1.1 路基变形控制标准高

在软土地基上施工,其对路基沉降变形是十分敏感的,特别是工后沉降,而软土地基线路状态只能通过加固系统进行调整,因此,与其他地基相比,城市道路对软土地基变形的要求更为严格,路基变形控制标准要高。同时随着线路设计标准的不断提高,路基的沉降变形标准经历了认识、实践、再认识的发展历程,对沉降控制的要求随之也在不断提高。我国拟建的道路软土地基设计规定,路基工后沉降不得大于30 cm,任意路段20 m长度范围内的不均匀沉降不得大于20 mm/20 m,这意味着比其他线路路基沉降变形的控制更为严格。

1.2 路基强度和刚度要求高

汽车在道路上行驶,其速度越快,要求路基的刚度越大,弹性变形越小。但刚度过大也会使道路振动加大,不能平稳运行,路基刚度的不平顺则会给道路造成动态不平顺。研究表明由刚度变化引起的道路振动与速度的平方成正比。因此,汽车运行速度越高,要求路基的刚度越大、弹性变形小,在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢、不允许刚度突变。

1.3 路基的长期稳定性要求高

汽车行驶时路基不仅承受附属构筑物的静荷载,还要承受汽车荷载的长期反复作用。同时,由于软土地基直接暴露在自然条件下,需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。路基工程必须保证在这些条件的长期作用下,其强度不会降低、弹性不会改变、变形不会加大,真正做到长寿命和少维修。当然,也只有在线下工程满足长期稳定的状况下,才能确保高速行车,减少维修费用,并增加运行的安全性。

2 道路软土地基沉降的监测与控制

2.1 道路软土地基沉降的监测

2.1.1 路基沉降的监测内容

根据不同的路基高度,不同的地基条件,不同的结构部位等具体情况设置沉降监测剖面,且监测范围应涵盖所有沉降发生的路基地段。沉降动态变形监测的内容包括路基面沉降监测、路基本体沉降监测、基底沉降监测、深厚层地基分层沉降监测、软土地基水平位移监测、复合地基加筋应力应变监测共6个方面。路基面监测点是变形监测的重点部位,同时评价沉降的发生与发展规律,预测总沉降量及工后沉降完成时间,还必须在路基填层中以及路基基底布置监测点。

2.1.2 路基沉降的监测要求

沉降监测剖面应根据不同的地基条件,不同的结构部位等具体情况设置,分三个阶段进行,第一阶段为路基填筑施工期间的监测,主要监测软土地基填土施工期间地基土的沉降以及路堤坡脚边桩位移;第二阶段为路基填土施工完成后,自然沉落期及摆放期的变形监测,该阶段应对路基面沉降、路基填筑部分沉降以及路基基底沉降进行系统的监测,直到工后沉降评估可满足要求铺设软土地基为止;第三阶段为试行驶期的监测。路基沉降变形观测从填筑路基开始,最少时间为6个月。路基施工至基床表层顶面后,先监测半年,根据监测结果,分析评价地基的最终沉降量完成时间,及时调整设计措施使地基处理达到预定的变形控制要求,以确定试行驶期周期,并作为竣工验交时控制工后沉降量的依据。

2.2 道路软土地基沉降的控制目标

“工后零沉降”建设是指在道路线下工程的设计、施工和管理中,都要以“工后零沉降”为追求目标。为此在线路上部结构的设计中,我们要对这样的“小沉降”提供进行调整的手段,并为线下工程的工后沉降规定了一个允许偏差值,作为工程实践的控制标准,从而在目标和现实之间留下了一定的余地。但是由于道路对软土地基沉降控制的要求很高,而沉降计算的影响因素很多,沉降控制已完全超出了处理方法的计算精度,因此,规定的工后沉降已不再是最初设计的预留值,而是一个允许出现的误差值。从某种意义说,道路路基工后沉降实际上是“零”沉降控制基础上的允许偏差,其关键在于将工后沉降限制在可控制和可调整的范围。

2.3 道路软土地基沉降的控制措施——水泥注浆技术

水泥砂浆可与粉土、粉黏土进行有效结合,通过水泥的硬化胶结功能,可有效减小粉土、粉黏土的自由膨胀率,减小粉土、粉黏土的膨胀潜势;同时水泥注浆法施工利于施工面的展开,利用膨胀土间的裂隙,不会产生断道阻车情况;还有其改良成本较低。但是由于粉土、粉黏土的裂隙分布不均,导致注浆分布不均,注浆压力控制难以确定;在不中断行车的情况下,新注入的砂浆难以硬化,汽车通过时易将砂浆挤出;水泥注浆必须先进行钻孔成孔作业,加大了治理成本。另外粉土、粉黏土在路基不均匀下沉及汽车振动荷载的反复冲击作用下,易造成封闭层的龟裂,起不到阻水作用,从而使病害得不到彻底根治,也降低了封闭层的整体强度。

2.4道路软土地基沉降的控制评定

为保证软土地基沉降控制质量,除路基填筑质量满足相应的检测标准外,试行驶前必须对路基沉降变形是否满足软土地基的控制要求进行评估,只有经分析满足沉降控制标准的地段才可试行驶。各种工后沉降推算方法均是以实测沉降资料为依据,采用数学拟合修正的方法预测总沉降量、沉降速率、沉降趋势的数学分析方法,其预测精度受数据采集、预测方法、地基土特性等边界条件影响较大。对预测精度的可靠性可按照以下3个方面进行评估:1)预测前测试数据回归方程的相关性分析,要求测试数据与拟合求得沉降趋势线方程的相关系数较大,预测方程方可用于沉降预测;2)预测稳定性验证,采用已有观测数据和确定的回归方程,推测后续一定时间的沉降,当与实测沉降的偏差小于某一数值时,认为预测稳定性较好,精度较高;3)预测准确性要求,认为当预测的时间条件满足当前荷载水平下沉降变形基本完成的条件,预测才是准确的。而且预测一般需要填土完成后经3个月～6个月荷载稳定的测量数据,根据实测经验,填土的压密变形随土性的不同一般也要经6个月～18个月才能稳定。

参考文献

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[3]李新民.树立科学发展观,提高经济效益[J].铁道运输与经济,2004(8):24.

[4]陈龙珠,梁发云,丁屹.变刚度复合地基处理的有限元分析[J].工业建筑,2003,33(11):18-20.

[5]宰金珉,梅国雄.泊松曲线的特征及其在沉降预测中的应用[J].重庆建筑大学学报,2001,23(1):30-35.

建筑物的沉降监测方案与精度分析 篇7

随着我国社会经济的发展, 高大建筑物日益增多, 由于各种因素的影响, 在这些工程建筑物及其设备的运营过程中, 都会产生变形。这种变形在一定限度内, 应认为是正常的现象, 但如果超过了规定的限度, 就会影响建筑物的正常使用, 严重时还会危及建筑物的安全。因此, 在建筑物的施工和运营期间, 必须对它们进行变形观测。为了确保建筑物在施工的过程和使用中的安全, 需在施工过程及使用过程中对其进行变形观测;另一方面, 为了进行科学研究以及为以后的地基基础设计提供一些经验数据, 也需要对建筑物进行变形观测。建筑物的变形监测内容一般有沉降观测、位移监测和倾斜变形监测等, 而建筑物的倾斜、裂缝等情况往往是由建筑物不均匀沉降引起的, 这就要求对建筑物尤其是对高层建筑物进行沉降观测。通过变形监测, 对所得到的变形观测数据进行分析, 从而对建筑物的运营状态进行判断, 当发现不正常状况时, 需及时对其进行分析, 找出原因并采取措施, 以保证建筑施工及使用的安全。

2 沉降观测的技术方案

工程概述:

12棵橡树庄园一期工程拟建商住楼23幢, 均为多层 (其中52、53幢为5层, 其它均为6层) , 12棵橡树庄园位于云南省昆明市中林建材城南二门, 东临永中路, 西临春城路, 南临二号路, 北临一号路。变形监测方案的制定必须建立在对工程场地的地质条件、施工方案、施工周围环境详尽的调查了解基础之上, 同时还需与工程建设单位、施工单位、监理单位、设计单位以及有关部门进行协调。由于变形监测方案的制定将影响到观测的成本, 成果的精度和可靠性, 因此, 应当认真、全面地考虑。

2.1 基准点的布设

在现场踏勘的基础上, 在远离工程变形区域外, 选择1个水准基点A, 另外埋设3个工作水准基点J0、J1、J2, 工作基点布设成闭合环, 按技术要求, 定期对1个基准点, 3个工作水准点进行联测, 根据观测成果选其中比较稳定的点为起算基点以便检查其稳定性。水准基点的观测等级按“垂直位移监测网的主要技术要求”中的二等技术要求施测。

对该楼沉降监测基准点的位置和数量要求是: (1) 稳定, 作为变形监测的基准点, 一定要远离建筑物荷载的影响区域, 并有一定的埋设深度和不易遭破坏; (2) 联测方便; (3) 在数量上至少有3个, 以便通过基准点的联测, 监测和检验基准点的稳定性, 基准点布设在距建筑物60米外, 共布设4个点。

2.2 沉降点布设

对该楼群沉降监测监测点的位置和数量要求是: (1) 监测点布设在被观测建筑物最能反映变形特性的位置上, 为此在建筑物基础设计的后浇带或沉降缝两侧应布点, 在建筑物不同层高的分界处两侧应布设, 在建筑物荷载比较集中的地方应布点, 在建筑物的轴其四周应布点。 (2) 点位应布设在便于观测、点位稳定和施工干扰小的地方。 (3) 监测点的数量应能反映整个建筑物基础的变形情况, 并满足变形分析的需要。沉降观测点布设在房屋的四角及留有沉降缝的位置。

沉降点的分布情况如图1所示。

2.3 作业依据

(1) 执行国家测绘局1974年6月发布的《国家水准测量规范》。

(2) 参照国家城乡建设保护部标准《城市测量规范》 (GBJ-85) 。

(3) 参照中华人民共和国国家标准《工程测量规范》 (GB50026-93) 。

2.4 沉降监测的方法、仪器和工具

为了满足所设定的精度要求, 本监测工作选用N3精密水准仪及配套的铟钢水准尺进行观测。且观测前需对仪器进行检校, 各项指标应符合《规范》要求, 实施时定人、定仪器, 每期观测路线相同。

基准网按国家I等水准测量的标准实施;从工作点对沉降点的观测采用国家II等水准测量的要求实测。I、II等水准测量各项技术要求见表1。

2.5 观测技术措施

该工程就是采用精密水准仪, 按二等水准测量操作规定进行施测。由于沉陷观测贯穿于整个工程的始末, 所以受施工干扰大。本基准点之间的水准联测, 拟采用闭合水准路线的形式;监测点之间的水准观测, 也拟采用闭合水准路线的形式, 并至少应构成2个以上闭合环;而基准点与监测点之间的水准联测, 拟采用往返复合水准路线的形式, 之所以设计这样的水准观测路线, 是因为闭合环或复合水准路线都具有多余观测, 有利于检测外业观测中的误差和错误, 提高外业观测数据采集的质量和可靠性, 同时还有利于数据的严密平差和提高精度。每次观测均对基准点进行检查, 每次观测均选距施工现场较远, 较稳定的基准点作为起算点, 保证了每次观测数据的准确性。沉降点的观测按附合, 闭合水准路线进行观测, 共布置5条水准路线, 最小闭合差为0.25mm, 最大合差为0.81mm, 均满足规范要求的小于或等于0.3mm。

2.6 变形监测的精度分析

变形观测的精度要求, 取决于该工程建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。在国际测量工作者联合会第十三届会议工程测量组的讨论中提出:“如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许数值而确保建筑物的安全, 则其观测的中误差应小于允许变形值的110～120;如果观测的目的是为了研究其变形的过程, 则其中误差应比这个数值小得多。”

2.7 沉降监测的观测周期设计

监测点沉降监测的观测频率即观测周期, 应根据荷载 (层数) 增加的情况、施工的进度和沉降量的大小决定。按规定, 第一次观测应在地板浇筑完成监测点安装稳固后及时进行, 第一次观测应连续独立地观测2次, 以作为沉降量计算的相对基准;之后每施工一层, 应观测一次直至结构封顶;再按15天观测一次, 连续观测三次。在该楼内外墙施工和装修期间, 应每30～60d观测一次, 直到竣工;若跟踪观测证明该楼沉降已趋于稳定, 则可停止观测;否则, 则应继续监测, 直至下沉稳定为止。基准点也应每60d复测一次, 以监视基准点的稳定性。

3 沉降观测资料的分析

由沉降观测数据资料可以绘制下面的沉降值—时间曲线图 (见图2) , 从2005年9月30日至2006年7月2日, 对建筑物沉降点进行了九期观测。每次观测使用相同仪器, 同一观测者, 相同的路线, 设站基本相同, 构成了一个闭合环。观测高程闭合差最大为-2.08mm, 小于二等水准测量的要求, 累计平均沉降量为-21.255mm, 平均沉降量为0.018mm/d (表1) 。可以认为该工程达到稳定指标 (一般观测项目可按沉降速度控制在0.01～0.04mm/d之内) 。

(1) 该楼总体上表现出下降趋势, 且下降趋势基本一致, 下沉量很小, 无异常点存在。

(2) 楼盘各栋楼的平均沉降量变化趋势非常接近, 未表现出不均匀沉降。

(3) 由观测成果可看出, 该住宅楼在施工阶段, 随着荷载增加, 整体出现均匀下降, 但随着工程的竣工, 沉降已处于稳定状态。

经分析, 及资料表明, 12棵橡树庄园, 施工阶段28、29、30、50、51、57、58幢各点号呈均匀沉降, 无异常现象;按《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97规范5.1.5条第四点规定, 可认为:12棵橡树庄园28、29、39、50、51、57、58幢各点号已进入稳定阶段, 在建筑变形允许范围内。

4 结语

在工程建筑物建设和运营中, 由于各种因素的影响, 都会产生变形。不同的建筑物有不同的允许变形值。高层建筑从施工到使用都应进行变形观测, 分析变形原因, 采取控制措施, 保证安全。此外, 变形观测的资料还可以验证建筑物设计理论的正确性, 修正设计理论上的某些假设和采用的参数。在具体观测中, 一定要坚持“五定”原则, 做到在测量过程中, 始终要严格的遵守规范要求, 严格操作过程, 这样就可以减少数据中的误差。

参考文献

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[3]王建中, 赵志海, 义和胜, 曲小军.山西国贸中心大楼沉降观测实践与分析[J].三晋测绘, 2003, 10 (4) .

沉降监测与防治 篇8

成孔径雷达干涉测量技术 (INSAR, Interferometric Synthetic Aperture Radar;简称干涉雷达测量) 是以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据, 通过求取两幅SAR图像的相位差, 获取干涉图像, 然后经相位解缠, 从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测新技术。

差分干涉雷达测量技术 (D-INSAR) 是指利用同一地区的两幅干涉图像, 其中一幅是通过形变事件前的两幅SAR获取的干涉图像, 另一幅是通过形变事件前后两幅SAR图像获取的干涉图像, 然后通过两幅干涉图差分处理 (除去地球曲面、地形起伏影响) 来获取地表微量形变的测量技术。

雷达遥感 (微波遥感) 可分为主动和被动两种方式。被动方式与可见光和红外遥感类似, 是由微波扫描辐射计接收地表目标的微波辐射。目前多数星载雷达采用主动方式, 即由遥感平台发射电磁波, 然后接收辐射和散射回波信号, 主要探测地物的后向散射系数和介电常数。它发射的电磁波波长一般较长, 在1 mm至1 m之间。合成孔径雷达 (SAR) 概念的提出是相对真实孔径雷达天线而提出的。对于真实孔径雷达, 当雷达随载体 (飞机或卫星) 飞行时, 向地表发射雷达波束, 然后接受地面反射信号, 这样便得到了地表雷达图像。通常卫星雷达天线越长, 对地物的观测分辨率就越高。由于受雷达天线长度的限制, 真实孔径雷达的地表分辨率往往很低, 难以满足应用要求。而合成孔径雷达正是解决了利用有限的雷达天线长度来获取高分辨率雷达图像的问题。

合成孔径雷达干涉测量技术是近10年发展起来的一项新的空间对地观测技术, 它与GPS、VLBI和SLR等空间技术一起, 将构成空间测地技术的主体。从1978年L波段星载雷达卫星Seasat SAR的发射到2000年美国“奋进号”航天飞机对全球地形进行高精度干涉测量, 从1992年首次利用差分干涉雷达对美国Landers地震同震形变场测量到目前广泛地应用于地震、火山、冰川、滑坡等形变场测量中, 无不显示出合成孔径雷达技术的强大技术优势和应用潜力。由于合成孔径雷达采用了主动式遥感方式, 因而具有全天候、全天时作业优势。它与其他离散点测量技术相比, 其测量结果具有连续的空间覆盖优势, 是一项前所未有的、极具发展潜力的空间对地观测新技术。

地面沉降又称地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下, 由于地下松散地层固结压缩, 导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。地面沉降导致了建筑物和城市基础设施的破坏, 并影响到区域建设的布局和规划。建筑物会出现地基下沉、墙壁开裂或建筑物倾斜等现象, 缩短了建筑物的寿命, 而且抗震能力也相应降低。另外, 地下的输油、输气管道也会受到影响。

一、城市地表沉降监测

自20世纪90年代以来, 遭受地面沉降城市的数量正不断增长, 地面沉降导致相关灾害的发生, 如海水入侵或风暴潮等多种灾害群体发生。一种灾害是另外一种的诱因, 或是灾害体系或灾害链的某一个环节。地面沉降引发的地质灾害是严重制约城市进程的重要因素, 它不仅引发城市土地资源危机, 同时造成一系列生态环境问题, 破坏生产生活设施, 进而可能诱发社会、经济问题。这些说明城市地表沉降正在严重的威胁城市的可持续发展, 因此必须切实有效地开展地质灾害防治。

地表形变观测作为研究城市地面沉降、滑坡、地震等地质灾害的基础工作。常规城市地表形变监测一般采用重复精密水准测量方法, 布设成一、二等水准网后通过严密的平差程序, 最终提出每一期的微小地面沉降变化值。这种方法早期在大中城市特别是沿海的工业发达城市就开始应用, 而且沿用至今, 积累了很多成功的经验。

随着空间测量技术的发展, 目前这种野外作业周期长、耗费大量人力物力的传统测量方法已逐渐为周期短、精度高、布网迅捷的GPS技术方法替代, 作为空间测量技术的一个重要分支, 遥感技术特别是卫星雷达测量技术也得到了迅猛的发展, 其中卫星合成孔径雷达干涉测量方法已进入到一个新高度, 即利用卫星合成孔径雷达差分干涉测量来探测地表的微小地形变化信息的技术。城市环境由于有其较之周边环境比较独有的特征, 开展In-SAR技术城市地面沉降研究也由此而显示了其独到之处。

城市环境由于地面覆盖植被较少, 且城市用地一般变化较少, 十分有利于卫星复雷达图像之间建立干涉。

城市由于规模发展原因, 城市范围往往在变化, 由于城市区域比周边区域在图像显示出高干涉特征, 因此十分容易与周边乡村区别开来。为此, In-SAR在提供及时又廉价的城市沉降信息的同时, 也就同时清晰地勾勒出了城市边缘和城市的演化过程。

虽然目前世界上很多城市利用先进的结合电子测距及常规测量手段研究城市地面沉降问题, GPS技术也取得了很高的精度, 但仍然面临着水准点 (标石点) 的稳定性;测量的是沉降点、线, 构成沉降面必须经过数值内插过程等问题。而卫星雷达干涉测量一次能覆盖几百至上千平方千米的范围, 可以利用该地区不同时期雷达图像中任意时间间隔的两张图像进行干涉处理, 获得整个覆盖范围内与成像时期相应的沉降位移数据, 而城市由于它的In-SAR图像具有高干涉特性, 非常适合于进行雷达干涉测量。

卫星雷达成像由于能穿透云层且没有昼夜之分 (全天候) , 雷达数据下载快捷、时间延误少, 加之配套处理软件越来越成熟, 使对城市及更大范围的地表沉降数据提取能够十分迅速, 可以接近准实时动态监测。

雷达干涉测量在城市地面沉降研究当中已经发挥了越来越重要的作用。目前, 合成孔径雷达差分干涉测量利用了遥感卫星多时相的复雷达图像相干信息进行地表的垂直形变量的提取, 其精度已经达到了毫米级, 国外很多城市应用In-SAR技术开展城市地面沉降研究已经取得了良好效果。

二、矿区沉降监测

随着国民经济的发展, 建设速度的加快, 煤矿业得到了很大的发展。河南是个煤矿大省, 然而煤矿开采引起的地质灾害问题长期困扰和阻碍着矿区的经济发展及环境保护。矿区地质灾害的发生表面上是突发性的, 但是其过程是逐步酝酿和发展的, 且和其他各类灾害之间常常存在关联和互动。其中, 矿区沉降是采煤过程中普遍存在的现象, 矿区沉降常常引发地面塌陷、裂缝、山体开裂、滑坡等地质灾害。为了有效预防地质灾害的发生, 降低损失, 必须对煤矿区地面沉降进行监测, 准确快速查明矿区环境现状。传统的设计方法是从地下精细观测 (基岩标、分层标等、地表的水准测量及对地观测技术中的GPS技术等) , 虽然达到了较高的地表形变观测精度, 但均需人工布设地表观测点, 投入大, 成本高, 对于一些人类难以到达的困难地区, 这些传统方法难以实施。合成孔径雷达差分干涉测量技术 (D-INSAR) 可被用作高精度的缓慢地表变形观测。结合SAR技术和高分辨率卫星遥感技术以及地质调查, 对矿区沉降预测可从3方面进行。

选择合适的雷达卫星数据, 利用技术反演出近年到20年间不同时期的地面沉降, 分析出各个时期地面沉降区域与沉降幅度。

2.进行灾害地质调查工作, 通过地表调查和高分辨率遥感图像解释查明矿区发生的地质灾害概况, 为综合分析提供基础数据。

综合分析区域地面沉降与各种地质灾害的发生关系, 并对未来该地区可能发生的地质灾害给出分析依据。

三、结论

沉降监测与防治 篇9

福州滨海某高速公路沿线地质复杂多变, 高速公路设计车速高, 对沉降、不均匀沉降要求高, 该段高速公路存在大量软土地基, 由于地质条件的复杂性, 土层的不均匀性和性质的差异性等原因, 道路实际沉降与计算结果存在较大差异, 道路软基变形影响到地基的稳定和将来高速公路的正常运营, 为了掌握道路地基变形大小、变形速率变化规律, 分析引起软基变形原因、分析判断软土地基的稳定性, 确保施工和高速公路安全, 根据设计要求, 高速公路软土地基施工过程及施工后应进行监测, 监测内容包括软基地面沉降 (沉降盘) 、侧向水平位移 (测斜管) 、分层沉降、孔隙水压力、边桩位移等等, 提供监测达到如下目的:⑴确保路堤填筑施工中地基的安全和稳定。⑵判断软基预压效果, 确定卸载时间;⑶掌握路基工后沉降的发展趋势, 预测工后沉降, 为变形控制设计提供依据, 使工后沉降控制在设计的允许范围内;⑷可以解决工程设计与施工中的疑难问题及新技术、新材料、新工艺在引进、推广中需解决的问题, 并为其他类似工程提供实践经验。

本项目软基沿线设置近300处沉降盘、测斜管、分层沉降标、孔隙水压力计、位移边桩等有关仪器和设备, 取得了大量监测数据, 确保了施工和高速公路营运安全, 取得很好的效果, 通过该工程监测数据分析总结, 对研究沿海高速公路软基的稳定和沉降, 提高设计理论水平, 实现高速公路信息化管理具有重要意义。

2 工程概况

该工程穿越滨海海积平原, 软基长7.125公里, 迄止桩号为:K10+775~K20+740 (A5~A8标段) , 地势较为低洼开阔, 水系发育, 区内内河、鱼塘密布, 地表水和地下水丰富, 由于软基路段处于滨海海积平原堆积区, 沿线土层分布厚薄不均匀, 成分复杂, 性质变化大。根据地质勘察报告, 软基路段路段地层分布自上而下为:

(1) 1杂填土:松散, 厚度0-1.5m; (2) 粘土、亚粘土:可塑, 厚度0-2.0m; (3) 15淤泥夹砂:松散、流塑、饱和, 以淤泥为主加薄层细砂, 厚度1.0-2.0m; (3) 20含淤泥细砂:松散、流塑、饱和, 厚度4.0-12.0m; (3) 21细中砂:松散、饱和, 局部夹淤泥质土, 厚度0-5.0m; (3) 41亚粘土:可塑, 厚度0-13.0m; (3) 44淤泥质粘土:流塑、饱和, 厚度0-18m; (3) 47粘土:可塑, 厚度0-14m; (3) 52中砂, 稍密, 厚度0-3.0m;其下为基岩及其分化层。路基地表硬壳层厚度小一般于2.0m, 其下为厚度3-38m厚度不等的软土及可液化砂土层, 工程地质条件差。

软基路段一般路段采用填土堆载预压处理;对于软土浅埋且较薄的地段, 桥头、涵洞及通道路段采用置换法处理;一般路段采用填土堆载预压处理。对软土较深厚的地段, 桥头、通道路段采用粉煤灰混凝土桩处理;涵洞、一般路段采用填土堆载预压或混凝土桩处理。砂土液化路段对桥头及构造物基础采用采用振冲挤密实碎石桩处理, 一般路段采用一层加筋材料以协调变形。

软土路基高度一般在6~7米, 超载预压路段填土高度达9米。软基路堤施工填筑期的稳定安全和沉降是本工程的核心问题。

3 软基监测点的布置、监测控制指标

根据沿线地质情况、软基处理型式及路基填土高度情况, 本工程软基路段监测内容为:1) 沉降观测 (沉降盘、分层沉降标) ;2) 地基中的孔隙水压力观测;3) 侧向位移观测 (测斜、位移边桩) ;4) 标贯检验孔。软基施工的稳定性和沉降观测项目和数量见表1。

在施工期间每填筑一层观测一次, 如果两次填筑间隔时间较长时, 每3天至少观测一次。填筑完成后, 堆载预压期间每7天观测一次, 当发现异常时, 及时通报有关单位, 并加密监测。

(1) 基路段面底基层施工, 应满足在达到设计的等载或超载预压的标高后, 一般软基段连续观测三个月, 平均月沉降量不大于5mm, 桥头软基段连续观测三个月平均月沉降量不大于3mm。

(2) 基路段路面面层施工, 应满足一般软基连续观测两个月, 平均月沉降量不大于5mm或桥头软基段连续观测两个月平均月沉降量不大于3mm, 即保持原标准不变。

为保证填筑速率和路基稳定, 根据相关“规范”及设计要求, 结合本工程实际情况, 监测过程中, 对本工程路堤填筑速率制定了相应的报警指标:

(1) 路堤地表垂直沉降速率 (沉降盘) 超过10.0mm/d (经过处理后复合路基为2.00mm/d) 且位移速率出现增大趋势;

(2) 土体水平位侧向位移 (测斜管) 速率连续大于3.00mm/d或位移速率出现增大趋势;

(3) 地表侧向位移 (位移边桩) 侧向位移速率超过2.00mm/d;

(4) 深层沉降 (分层沉降标) 速率连续大于2.00mm/d, 或沉降速率出现增大趋势。

为确保路面施工质量, 路堤填筑至设计标高, 进入路面工程前沉降控制标准为:

4 监测过程及分析

软土路堤施工分为填筑加载期、预压期和路面施工期三个阶段, 施工及监测工期26个月。路堤填筑加载过程中, 监测单位与施工单位、甲方或监理单位及设计代表保持密切联系, 部分地段因施工工期等原因, 填土加载速度偏快, 地表沉降和水平位移速率多次超过警戒线, 监测单位立即发出警报, 并加密监测, 及时通知相关标段监理、施工单位和业主等负责人, 指出原因并提出建议, 施工单位立即调整填土速度, 沉降变形速率得以控制, 确保路堤的安全和施工的顺利进行。软基预压期间, 根据沉降速率严格控制预压和卸载时间, 同时根据沉降观测情况, 采取分段卸载和路面施工, 在铺设路面期间并结合沉降变化进行调整或局部处理以协调变形, 保证通车质量。

(1) 地表沉降 (沉降盘)

全线121个沉降盘历时26个月累计沉降变化分布如图1所示, 图2为软基沉降变化曲线图。从中可以得出:1) 沉降速率与填土荷载高度有明显的相关性, 填筑加载时沉降速率较大 (曲线较陡) , 停止加载后沉降速较小, 曲线率逐渐趋于平缓;2) 沿线软基的沉降变化大, 累计沉降最小25.17mm, 最大达569.56mm, 即使同一断面中心和两侧的沉降也不同, 软基经过处理路段 (图2所示桥台前及A5标段) 、沉降量总体相对较小;3) 采用超载或等载预压作用明显。由于软基在荷载作用下产生固结沉降大部分在预压期完成, 因此卸载后进入路面施工后沉降速率小, 曲线平缓并处于收敛状态。

为控制工后沉降, 在预压期间, 应确保沉降和侧向位移稳定后方可卸载, 并严格按照沉降稳定控制标准进行控制, 本工程预压最短时间6个月, 最长超过12个月, 说明软基沉降时间长;路面施工完成后实测月平均沉降:桥前<1.0mm, 一般路段均沉降<3.0mm, 沉降均匀、稳定, 达到设计要求。因此在进入路面工程前应确保软基的预压时间, 本工程采用的沉降稳定监测控制指标取得了较好效果。

(2) 深层沉降

为分析填土预压期间引起土体不同深度的压缩沉降变化情况, 在路基中部根据地层分布埋设深层沉降标, 根据不同深度土层沉降观测结果, 可以计算不同深度土层的压缩沉降。图3为K16+366路基中心分层沉降观测成果图, 从中可以看出:浅部土层压缩沉降较大, 随着深度的增加逐渐减小;填土加荷期间, 土层压缩沉降速率较大, 停止加载后, 沉降速率逐渐减小, 并处于收敛状态;随着预压作用时间的延长, 软土排水固结, 地基强度增长, 由于应力的扩散作用, 深部淤泥、淤泥质粉细砂软土层压缩沉降明显减小, 但沉降影响深度大, 说明预压作用时间的长短对减少软基的工后沉降至关重要。

(3) 侧向位移

测斜观测成果如图4, 土体侧向位移—深度变化规律:土体侧向位移—深度曲线呈“渐变型”或“弓形”, 即浅部或中部水平位移变形较大, 随着深度的增加, 水平位移逐渐较小, 随着填筑荷载的增加位移最大值深度逐渐下移, 淤泥等软土层侧向位移较大, 最大值深度在0.5~14m不等。因此加载期间, 应注意淤泥等软土层侧向变形速率, 以确保地基安全;预压期由于排水固结地基强度增长, 随着时间增长, 地基的安全性得到提高, 因此侧向变形速率一般较小并趋于稳定。

路堤施工结束后, 累计侧向位移最大值21.83mm~104.80mm。路堤边沿表层位移边桩观测结果为:0.96~25.66mm, 侧向位移较小, 说明路基表层采用土工格栅或钢筋网处理对抑制浅层侧向变形作用明显。

土体侧向位移和沉降是路基是否稳定的主要控制指标, 是控制施工速率的关键。由于测斜结果直观反映不同深度土体的侧向变形情况, 同时根据测斜观测曲线可以了解地基的滑动趋势及滑动面位置, 因此路堤稳定性应结合沉降变化规律以侧向变形速率控制为主, 并结合现场的工况条件进行分析, 才能较准确地判断路堤的稳定状态。

(4) 孔隙水压力

图5为k16+683孔隙水压力变化曲线图, 孔隙水压力变化规律明显, 该处后20米为桥台, 采用管桩处理, 管桩施工时, 孔隙水压力上升较快, 桩基施工完成后孔压逐渐较小;路堤填筑加载时孔隙水压上升, 停止加载的间歇期孔压下降, 但一般变化幅度不大, 主要是本路段处于滨海地段, 土层含砂量较大, 土层透水性较好所致。

5 沉降的计算和预测

由于高速公路沿线地质条件的复杂性、荷载强度及其增长的多变性, 以及各种处理措施的影响, 理论计算的沉降往往与实际沉降值有较大的差异, 因此通过沉降观测资料进行统计分析, 找出沉降变化规律, 预测地基沉降的发展趋势并推测未来沉降和总沉降量具有重要的工程价值。

常用的由实测沉降曲线推算最终沉降量的方法有:双曲线法、沉降速率法、三点法, 除此之外, 还有日本常用的星野法和浅岗松尾法。这些方法各有优缺点, 本工程根据实测沉降变形曲线特征, 采用“双曲线法”进行拟合计算, 该法假定下沉平均速率以双曲线形式减少的经验推导法。从填土开始到任意时间t的沉降量St, (计算模式如图5) 可用下式求得:

式中:S0———初期沉降量 (t=0) ;

ST———t时的沉降量;

t———经过时间;

α、β———从实测值求得的系数

上式变换求得:, 根据实测得到t/ (St-S0) 和t的直线关系。从该直线与纵轴的交点和斜率, 可分别求得α、β, 将α、β带入式 (1) 求得任意时间的下沉量。

当t=∞时, 最终沉降量S∞可按下式求得:

荷载经过时间t后的残留沉降ΔS用下式求得:

以K16+550断面为例, 根据图2中的沉降数据, 初始沉降取2006年3月24日实测沉降, St为取路面施工完成后2006年9月8日实测沉降, 根据以上公式推算地基最终沉降量S∞及任意时间t的沉降St如表2所示。

单位mm

上述计算和工后2年实测沉降对比表明, 采用“双曲线法”计算和实测结果接近, 由此可见该法推算地基最总沉降对本路段沉降预测是合适的。表2计算结果表明地基总沉降180.55~310.3mm, 实测沉降 (已完成沉降) 170.93~204.91mm, 残余沉降 (工后沉降) 9.62~12.30mm, 15年内残余沉降9.59~11.90mm, 满足设计和规范要求。

图6为采用“双曲线法”推算沿线工后沉降分布图 (按沥青路面设计使用年限15年, 同一断面沉降计算采用平均值) , 结果表明:桥台与路堤相邻处工后沉降≤10mm, 涵洞、通道处≤20mm, 一般路段≤30mm, 达到预期效果。

6 结论

(1) 本工程建立了较为完整监测系统, 对路堤的地表及深层沉降、侧向变形、孔隙水压力进行了较完整的监测, 掌握软基在路堤填筑过程中地基的变形动态, 并根据不同监测项目和路基实际情况, 制定了相应的控制标准, 确保了施工期的地基的稳定和施工的顺利进行;同时, 通过施工监测, 科学地确定预压和卸载时间, 保证路面施工质量, 工后沉降得到有效控制。

(2) 软土地基施工应严格控制加载速率, 路堤稳定性应根据监测数据进行综合分析, 以侧向变形速率控制为主要指标, 深层沉降、孔隙水压力、位移边桩应作为辅助指标;预压期随着时间增长, 地基固结强度逐渐增长, 应以沉降速率控制为主要指标, 以控制工后沉降。

(3) 监测结果表明:地表、深层沉降、侧向位移 (测斜) 与填筑荷载高度、填筑加载速率存在直接的正相关系, 填土预压沉降影响深度深度大, 淤泥等软土侧向变形明显;沿线沉降及不均匀沉降变化大;由于本路段处于滨海地段, 淤泥等软土含砂量较大, 孔隙水压力变化不大;由于路基表层采用土工格栅或钢筋网处理对抑制浅层侧向变形作用明显。

(4) 地面沉降采用“双曲线法”进行拟合计算, 计算结果与实测沉降接近, 采用该法推算地基最终沉降和工后沉降具有重要的工程价值。

参考文献

[1]中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG/T D31-02-2013公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].北京:人民交通出版社, 2013.

[2]中交第二公路勘察设计研究院.JTG D30-2004公路路基设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2005.