（道路与铁道工程专业论文）路基沉降稳定性分析及路面缓铺技术研究.pdf

摘要 路面缓铺技术方案是在山区高等级公路建设中，灵活运用“预防性养护 的 观点提出的一个可行的技术方案，其优点是在路基沉降趋于稳定的过程期间不影 响道路的运营，使该道路具有最佳的经济合理性。 在路面缓铺技术方案的实施过程中，需要对路基沉降稳定性的分析平价。本 文以绵广高速为依托工程，对路基沉降稳定性分析方法进行了研究，分别采用了 收敛分析方法和运用突变理论分析土体稳定性分析方法。前者直观，简单，可行， 后者有着深厚的数学基础，利用e x c e l 工具也很容易进行数据处理。两种方法得 出的结果基本一致，可以互相进行验证。 关键词：缓铺技术方案，路基稳定性分析，收敛分析方法，突变理论 a b s t r a c t n l er o a ds u r f a c es l o wl a y i n gt e c h n o l o g yp l a ni si nt h em o u n t a i n o u sa r e a h i g h w a yc o n s t n l c t i o n ，n i m b l eu t i l i z a t i o n p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ”t h ev i 叩i n t p r o p o s e daf e 弱i b l et e c h n i c a lp l 锄，i t sm e r i ti st e n d st os t a b l ep r o c e s sp e r i o di n t h e r o a d b e ds u b s i d e n c ed o e sn o t 心c tt h eo p e r a t i o no ft l l eh i 曲w a y e n a b l et 1 1 i sp a t ht o h a v et h eb e s te c o n o m i c a lr a t i o n a l i t y i nt 1 1 er o a ds u r l a c es l o wl a y i n gt e c h n o l o g yp l 柚i m p l e m e n t a t i 0 1 1p 眦e s s ，n e e d st 0 t h er o a d b e ds u b s i d 髓c es t a b l e 锄a l y s i s 黼rp r i c e 1 1 1 i sa n i c l eb r o a dl l i g hs p e e da s d e p e n d so nt 1 1 ep r o j e c tt a k et 1 1 ew a d d i i l g ，h a sc o n d u c t e dt h er e s e a r c ht ot h er o a d b e d s u b s i d e n c es t a b i l i t ya n a l y s i sm e t h o d ，h a su s e dt h er e s t r a i n i n ga i l a l y s i sm e t h o da i l dt h e u t i l i z a t i 伽c a t a s 仰p h et h e o r y 锄a l y s i ss o i lb o d ys t a b i l i t y 柚a l y s i sm e t h o ds 叩a m t e l y t h ef o m e rd i r e c t - v i e w i n g ，s i m p l e ，f e 弱i b l e ，t h el a t t e rh a st l l ed e 印m a t h e m a t i c s f o u n d 撕o n ，v e r yi sa l s oe a s yu s i i l gt h ee x c e l 啪lt oc a yo nt h ed a t ap 赋e s s i n g t w o m e t l l o d so b t a i nr e s u l tb a s i cc o n s i s t e n t ，m a yc a 盯yo nt h ec 0 j 皿a t i o nm u t u a l l y k e y w o r d s ： s l o w l a y i n gt e c h n o l o g yp l 柚， r o a d b e d s t a b i l i t ya 1 1 a l y s i s ， r e s t r a i l l i n ga n a l y s i sm e t l l o d ，c a t a s t r o p h et h e o r y 铪友巍垂0 馑拳蛹 本人声明：本人所里交的学位论文是在导师的捞浮下，独立进行 荸舞究工 擘凝取褥躲成暴。除论文中蠢经注暌引蜃豹内察羚，对论文的 研究做出嚣要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标甓。本论 文中不包含任侮未翅麓穗注明殴其镶个人或集倭已经公开发表盼成 果。 本涔骥鲍法律爨任出本人承担。 论文作糟签名；乒勤，00 年 弋火未。 、：迂m 女r j f 卜、耕翠l 。 j 警土 一一 图3 2e 一培f 曲线 综上所述，地基的总沉降为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三者之和。 s 。岛+ 蔓+ ( 3 4 ) 2 地基沉降量的计算 地基沉降计算包括两方面内容，一是最终沉降量，二是沉降的时间过程( 固 结理论) 。一般的说地基最终沉降量也就是它的最大沉降量，这是工程中首先需 要关心的问题。本节介绍计算最终沉降量的方法。 目前在众多的沉降计算方法中应用最广泛的仍是分层总和法。另外，还发展 了考虑不同变形特性的分阶段地基变形计算方法以及考虑了应力历史影响的沉 降计算法。 ( 1 ) 分层总和法 计算原理 分层总和法顾名思义，先将地基土分为若干水平土层，各土层厚度分为i l l ， 2 ，k 。计算每层土的压缩量s ，s ：，。然后累计起来，即为总的地 基沉降量s 。 s 一五+ s z + + 晶一暑 ( 3 5 ) 几点假定 为了应用上述地基中的附加应力计算公式和室内侧限压缩试验的指标，特作 下列假定： a 地基土为均匀、等向的半无限空间弹性体。在建筑物荷载作用下，土中 的应力与应变d 一呈直线关系。因此，可应用弹性理论方法计算地基中 的附加应力。 b 地基沉降计算的部位，按基础中心点d 下土柱所受附加应力盯，进行计算。 实际上基础底面边缘或中部各点的附加应力不同，中心点d 的附加应力 为最大值。当计算基础倾斜时，要以倾斜方向基础两端点下的附加应力 进行计算。 c 地基土的变形条件为侧限条件，即在建筑物的荷载作用下，地基土层只 产生竖向压缩变形，侧向不能膨胀变形，因而在沉降计算中，可应用实 验室测定的侧限压缩试验指标口与e 。数值。 d 沉降计算的深度，理论上应计算至无限大，工程上因附加应力扩散随深 度而减小，计算至某一深度( 即受压层) 即可。在受压层以下的土层附 加应力很小，所产生的沉降量可忽略不计。若受压层以下尚有软弱土层， 则应计算至软弱土层底部。 计算方法与步骤 a 用坐标纸按比例绘制地基土层分布剖面图和基础剖面图，如图3 3 所示。 b 计算地基土的自重应力以。土层变化处为计算点。计算结果按应力的比 例尺( 如1 锄代表1 慨) ，绘于基础中心线的左侧。注意自重应力分 布曲线的横坐标只表示该点的自重应力数值，应力的方向都是竖直方向。 c 计算基础底面接触压力： 桃荷载 p 一半 ( 3 - 6 ) 偏心荷载 p = - 扣詈) 7 ， 或 p 箸一半等 计算基础底面附加应力 o n p y d 式中 p 基础底面接触压力，k p a ： y d 基础埋置深度d 处的自重应力，l 【p a 。 ( 3 8 ) ( 3 9 ) 图3 3 分层总和法计算地基沉降 计算地基中的附加应力分布 为保证计算的精确度，计算土层厚度不能太厚，要求每层厚度鹿s0 铀。将 附加应力计算结果按比例尺绘于基础中心线的右侧。例如，深度z 处，m 点的竖 向附加应力以值，以线段而表示。各计算点的附加应力连成一条曲线i 磊；， 表示基础中心点。以下附加应力随深度的变化。 确定地基受压层深度乙 由图3 3 中的自重应力分布和附加应力分布两条曲线，可以找到某一深度处 附加应力吼为自重应力吒的2 0 ，此深度称为地基受压层深度乙。此处 一般土 软土 吒一o 2 仃2 ( 3 1 0 ) q ；o 1 吒 ( 3 1 1 ) 用坐标纸绘图3 3 ，通过数小方格，可以很方便地找到z 。 沉降计算分层 为使地基沉降计算比较精确，除按o 4 b 分层以外，还需考虑下列因素： a 地址剖面图中，不同的土层，因压缩性不同应为分层面； b 地下水位应为分层面； c 基础底面附近附加应力数值大且曲线的曲率大，分层厚度应小些，使各 计算分层的附加应力分布曲线以直线代替计算时误差较小。 计算各土层的压缩量 由下面任何一个公式，可计算第i 层土的压缩量s ； s 。拿噍 ( 3 1 2 ) p 茸嘿 j 引 s2 ( 去) 。砑 墨。( 嚣) 。嚏 式中 吒第i 层土的平均附加应力，k p a ； e ；第i 层土的侧限压缩模量，l 【p a ； 鬼第i 层土的厚度，m ； a 一第i 层土的压缩系数，k p a 1 ； e l 第i 层土压缩前的孔隙比； 厶第i 层土压缩终止后的孔隙比。 计算地基最终沉降量 将地基受压层乙范围内各土层压缩量相加可得： 归z ， n 。著s o 1 5 ) ( 2 ) 弹性理论方法计算最终沉降量 弹性理论方法假定地基为半无限的直线变形体，应用布西奈斯克的竖向位移 解答，即公式( 3 1 6 ) 在荷载作用面积范围内进行积分得到计算地基最终沉降量 的表达式。 。w ；韭二盟( 3 1 6 )si ，p 暑1 _ 二【3 1 6 j a b d 式中 瓦土的变形模量，k p a 。 若在地基表面局部面积f 上作用着分布荷载p ( 而_ ) ，) ，则计算地面上任一点 的沉降可由公式( 3 1 6 ) 积分而得： s 一岳皿粤竽 限忉 上式的求解与基础刚度、形状、尺寸大小及计算点位置等因素有关。一般求 解后可写成公式( 3 1 8 ) ，即 | s ；坐! ! 二竺：! ( 3 1 8 ) 瓦 式中 p 基础底面的平均压力； 6 _ 9 藿形基础的宽度或圆形基础的直径； 肛、毛分别为土的泊松比和变形模量： 沉降影响系数，与基础的刚度、形状和计算点位置等有关，可查沉 降影响系数表得到具体数值。 弹性理论方法计算沉降的正确性，往往取决于岛选取的正确合理与否。一 般都是假定e o 在整个地基土层中不变，这只有当地基土层比较均匀时才是近似 的。实际地基土的民是沿深度变化的。弹性理论方法的压缩层厚度理论上是无 穷大，这与实际不符。由于它的计算过程简便，所以还是常用作一般的估算沉降。 ( 3 ) 考虑应力历史影响的沉降计算方法 正常固结土的沉降计算 正常固结土的特点是n - ( 最是先期固结压力，z 是土层表面以下某点 的深度) 。计算正常固结粘土沉降s 。的分层总和法公式如下： & 。砉去卜( 学) 】 式中c 二第i 分层的原始压缩曲线的压缩指数； 既第i 层土自重应力的平均值，k p a ； a 以第i 层土附加应力的平均值，l 【p a ； 、吩分别是第i 层的初始孔隙比和厚度。 超固结土的沉降计算 计算超固结土的沉降时可以用原始压缩曲线和再压缩曲线分别确定土的压 缩指数c 0 和回弹指数c c 。计算时应区别下列两种情况： 1 ) 对于肇，( 鼠一p ，) 的各个分层土，计算公式为： 圹套忐卜s ( 尝) + g ( 煦旁) c s 御， 式中n 压缩层中印，( p c p f ) 时的分层数； 巴第i 层的回弹指数； 以第i 层的先期固结压力。 其它符号同公式( 3 1 9 ) 。 2 ) 对于印t ( p 。一n ) 的各分层土，计算公式为： 讣羹南h 警) 】 2 ， 式中小压缩层中具有肇t ( 见一p ，) 时的分层数a 其它符号同式( 3 2 0 ) 超固结地基土的总沉降屯为上述两部分之和： 。& ( 。) + ( 。) ( 3 2 2 ) 欠固结土的沉降计算 欠固结土的特点是p cc b a y z ，因此它的沉降不仅是由于地基附加应力所 引起的，而且也包括由于在原有自重应力作用下固结还未达到稳定而继续在 ( b b ) 作用下发生固结所引起的那一部分沉降在内。其计算公式为： & 。砉惫h 警) 】 2 3 ， 式中符号同前述各式。 3 2 路基沉降的预测计算方法 关于沉降预测的方法很多，传统沉降预测大多数是数理统计法，其中以回归 分析用的最多。然而回归分析有一些缺陷，如要求样本量大且具有较好的分布规 律等。这说明回归分析有一定的局限性，特别是对于数据有限，难以满足大样本 量要求的高速公路路基沉降等分析局限性就比较突出。本章主要介绍基于实测沉 降数据的各种拟合曲线法和基于数学模型的沉降预测法。蓝线拟合法包括双曲线 法、指数曲线法、泊松曲线法等；基于数学模型的预测方法有a 髓o k a 曲线法、 神经网络法等等。 1 经验公式法 双曲线法 该法是一种纯经验的曲线配合方法，根据实测资料认为沉降一时间关系可近 似用下式表示 s2 品+ 赢 ( 3 2 4 ) 式( 3 2 4 ) 变形后可得 毒二遵 ；爿+ 曰( f f o ) ( 3 2 5 ) s t s o 式中品为初期沉降量，s 为在时间f 时刻路基的实测沉降量。 由式( 3 2 5 ) 可以看出，以。一f 0 ) 为横坐标，以毒三! 安为纵坐标建立坐标平 面，即为一条直线方程，其斜率为口，截距为彳。取多组沉降实测值描点于该坐 标平面内，作出这些点的拟合曲线，得其截距和斜率。然后利用( 3 2 4 ) 推算任 意时刻的沉降量。若要求其最终沉降量。可令式( 3 2 5 ) 中的f 一* ，则有： s 。& + 吉 妈2 6 由于在初始阶段，沉降量由于受加载速率的影响较大，致使前期的沉降曲线 不符合双曲线的线性，因而直接利用该法偏差较大。冯文凯等提出采用修正的双 曲线法，计算公式如下： s 一：一s 。 ( 3 2 7 ) 口+ r 指数曲线法 由太沙基的固结理论，土体f 时刻的固结度为： u ，。1 一口e x p ( 一肛) ( 3 2 8 ) 在路基计算中，常取a ；喜，又根据实测沉降，在忽略次固结沉降的前提下， 石一 平均固结度： u 喜 t s f s 4 ( 3 2 9 ) s ，和岛分别为最终固结沉降，瞬时沉降。s ，为在时间f 时路基的实测沉降量， a 、口为从实测值求得的系数。在任一时刻的沉降量： s ，= ( s ，- s 一) 1 一口e x p ( 一肛) 】+ 毛 ( 3 3 0 ) 从实测值的s f 曲线上取加固荷载恒定以后三点( f i ，s ) 、( f ：，足) 和( ，s ) ， 且要求时间间隔相等，代入式( 3 3 0 ) 中解得墨、s r 、卢： 卢= 古m ( 羞) s 。 s ，- 案等警争 s 2 ， & 一翌群 s 3 ) a e x p i p f l 为减少误差，充分利用实测数据，可以采用最小二乘法对s f 曲线进行拟合。 计算实例表明，该模型后期拟合较好，但对前期沉降拟合不太好。 考虑到实际使用荷载与加固荷载的差别和软土卸载一再加载的非线性弹塑 性特性，按下式推算使用荷载下软基最终沉降： 一蚓 & 用2 _ 上了竺_ ( 3 3 4 ) 式中d c r 为超固结比即实际加固荷载与设计使用荷载之比，七为软土初始加 载与卸载后再加载压缩系数之比，缺乏资料时可根据经验取3 0 5 o 。 泊松法 泊松曲线也称逻辑斯蒂曲线或推理蓝线，也有人称之为饱和曲线。由德国数 学家、生物学家于1 8 3 7 年首先提出，之后由美国生物学家用它对生物繁殖和生 长过程进行了大量的研究。在曲线拟合应用中，泊松曲线的表达式为： s2 专 ( 3 3 5 ) s 为f 时刻的沉降量，l i ，口，6 为待定参数。 可通过三段法求泊松方程中的各个参数。取相等的时间间隔，将时间序列中 的数据项数取为3 的倍数，并把总项数分为3 段，每段含必= r 项。则第一段为 f 一1 2 ，3 ，r ；第二段为f r + 】，r + 2 ，2 r ；第三段f 一2 r + 1 2 r + 2 ，一，3 ，。 设墨、s ：、墨分别为3 个段内各项数值的倒数和： 因为 所以 同理 11口e 一撕 一一 y 。k k ( 3 3 6 ) ( 3 3 7 ) s 一砉击等等 s s ， 一只。一睇一讲 ，p台hy舄”d幺 罩 l 皇。 s 是 是 由上三式得： + 并 s 9 ， s t 量+ 篙 加， 外而鼎焉篱丽 ( 3 4 1 ) 其中，r 为把总观测时间分成三段，每段所包含的时间项数。 2 基于数学模型的预测方法 a s a o k a 法 a 5 a o k a 根据一维固结方程推导出沉降预测的一阶微分方程： s + 口塑。6( 3 4 2 ) d t 式中s 为沉降，t 为时间，a ，b 为常系数。当数据取自加荷结束以后，瞬时沉降 已完成，所以沉降s 中可以包括瞬时沉降。 在固定边界条件下，式( 3 4 2 ) 的解为： s ( r ) = s ，一( 咒一又) e x p ( _ r 口) ( 3 4 3 ) 将上式写成差分格式，时间步长取单位1 ，得： 当f - m 时，代入式( 3 4 4 ) 得 s - 风+ 岛s 卜l ( 3 4 4 ) s 。a 风( 1 一晟) 、 ( 3 4 5 ) 式中：s j 为s ( f ) ，磊为常系数，与式( 3 4 2 ) 中的系数口，6 有关。 望措望龋 6 一 一 一墨 = i 风；一鱼 属。垡 口 ( 3 4 6 ) 式( 3 4 4 ) 是线性方程，可用图解法确定方程系数，也可用最小二乘法确定。 设有n + 1 个等时间间隔的沉降观测数据( 品，s ，是，一，& ) ，可以组成n 组数据 ( s ，s j 。) ( ，= 1 2 3 ，一，) ，n 组数据在直角坐标系中可用直线拟合，该直线的系 数根据最小二乘法来确定，则式( 3 4 4 ) 的方程系数按下式计算： 卢。；荟竺荟兰：二薹：三! 荟三：三：! f l 善s 0 何。l 舒j 。荟s ，s 卜，一善s ，善s 卜 8 盲l 兰l 竺一 一【善s ，j ( 3 4 7 ) 该法可作为路基最终沉降的一种简便的预测方法，其突出优点在于其可利用 较短期的观测资料就能得到较为可靠的最终推算值。但存在一些不足之处：最终 沉降预测值一定程度上依赖于时间间隔f ；由于它是建立在垂直单向固结理论 的基础上的，因而仅仅考虑了土体在垂向上的固结变形。 径向基函数神经网络模型法 人工神经网络( a n n ) 作为一门新兴的信息处理系统，已经在信息科学和工 程技术领域内得到了广泛的应用。它是模拟生物脑神经系统的计算机处理模式， 是由一系列高度互联的处理单元组成，具有较强的非线性映射能力和学习能力。 人工神经网络的重要特点是在处理复杂问题时具有以下优点：网络的收敛速度 快：精度高：容错性强；高度的并行处理：联想记忆功能；良好的自学习、自适 应和自组织能力；可实现对任意函数的非线性逼近。 关于路基沉降的动态预测，目前有许多方法，但各种方法均存在优缺点。人 工神经网络在处理非线性模式识别方面已表现出了很好的特性。其中，前向式多 层网络是应用极为广泛的人工神经网络。但是，大部分基于反向传播的前向式多 层网络都有一个共同的缺点，即网络在学习( 网络的训练) 阶段参数的估计可能 会陷入其优化标准函数的一个局部极小。虽然有一些算法如遗传算法、学习自动 机等，可以避免局部极小，但一般都需要巨大的计算量。而最近几年提出和开始 研究的径向基函数人工神经网络( m l d i a lb a s i sf u n c 曲na n i f i c i a l 卜e l l r a ln e t w o r k 简称：鼬地a n n ) 较为有效的解决了以上问题。 3 3 小结 本章的主要内容有： ( 1 ) 地基沉降通常由三部分组成：瞬时沉降s d ，固结沉降s c ，次固结沉降s 。； ( 2 ) 地基沉降计算包括两方面内容，一是最终沉降量，二是沉降的时间过程( 固 结理论) 。本章介绍了地基沉降计算的分层总和法以及运用弹性理论方法计算最 终沉降量和考虑应力历史影响的沉降计算方法； ( 3 ) 本章主要介绍了基于实测沉降数据的各种拟合曲线法和基于数学模型的 沉降预测法。曲线拟合法包括双益线法、指数曲线法、泊松曲线法等；基于数学 模型的预测方法有a s a o k a 曲线法、神经网络法等等。 第四章实体工程的路基沉降检测 4 1 实体工程概况 本文研究的依托工程为四川绵广( 绵阳至广元) 高速。绵广高速公路是国道 ( 二连浩特一河口) 公路主骨架的组成部分。也是出川公路的主通道。该路全长 1 3 5 公里，绵阳市境路段1 0 7 公里，经过近四年的施工建设，于2 0 0 2 年1 2 月2 8 日建成通车。绵广高速公路工程总投资约4 5 亿元。绵广高速公路路面结构为三 层式沥青混凝土结构，沥青层设计总厚度为1 5 锄，上面层抗滑表层a k 一1 3 a 设计厚度为4 c m ，中面层中粒式a c 一2 0l 设计厚度为5 锄，下面层粗粒式a c 一2 5i 设计厚度为6 c m 。基层为二灰稳定类。 绵广高速公路二期工程青林口沙溪坝段( k 1 7 8 + 8 5 0 k 2 3 7 + 5 3 5 1 6 ) 由于 路基沉降等原因预留的路面抗滑表层缓铺路段左、右幅共有3 1 段，总长为1 8 7 4 6 米( 单幅) 。 4 2 缓铺路段的沉降检测 1 检测前的准备 水准点应选在垂直于路中心线5 0 m 外的距离，土质坚硬便于长期保存和使 用的地点，并埋设混凝土水准标石，以便在路堤旅工时进行沉降观测。随着路堤 升至一定高度时，这些地面水准点的观测就不太方便了。因此，当桥梁工程结束 时，为了减少沉降观测由地面水准点传递到路面的高差影响。可将水准点转设到 有灌注桩的耳墙桥角上。桥角水准点必须钻孔埋设有球状顶面的水准标点，各桥 上水准点应组成水准线路，求得正确高程后，才能使用。 二等水准测量仪器采用d s l 精密水准仪，配用因瓦水准尺；三、四等水准 测量采用d s 3 水准仪，配用3 m 长的红、黑面木质水准尺。水准尺各部分转动应 灵活，望远镜制微动螺旋作用应可靠，调焦镜运用及目镜调节不能有明显的晃动 现象。每次观测前除检验圆水准器、十字丝位置正确性，自动安平水准仪补偿器 灵敏度等项目外，必须正确进行i 角的检验。精密水准仪按国家一、二等水准测 量规范进行检验；普通水准仪按国家三、四等水准规范进行检验。d s l 水准仪i 角不应超过1 5 7 ；d s 3 型水准仪不应超过2 0 ? 。 水准尺必须牢固无损，尺底板不应有松动，尺的中线与尺底成垂直，尺面不 能有弯曲。水准尺应进行标尺零点不等差、1 米长度和分米长度等项目的检验， 水准尺必须装有圆水准器，不符合要求不能使用。着重提出：大多数施工队习惯 用塔尺进行沉降观测，这是不能允许的，因为塔尺上没有圆水准器，尺子的垂直 度难以控制。若尺子前、后有倾斜，加上风的影响，则尺子上3 5 m 处的读数 可达5 1 0 m m 的误差影响，这样就失去了沉降观测的精度意义。 2 检测方法 图4 1 沉降板示意图 |w 流醛计， | 竺 | 、粤牟i 图4 2 非均匀沉降观测示意图 观测路堤横断面的差异沉降，主要是观测填切交界较为明显的路段。观测时 将数块沉降板放置在同一个横断面上，任两根沉降管顶的沉降之差即为路堤的差 异沉降量，在实际的沉降观测中，以上观测目的并非是单一的，许多沉降板的布 设都兼有两种或多种观测目的。绵广高速公路缓铺段的沉降观测点是沿路中和路 边进行布设，即单幅平行布设两点进行观测，纵向5 0 米一个断面。 绵广高速公路缓铺路段的沉降问题，直接影响到工程的质量。建设单位为确 保质量成立了专门的机构进行沉降和稳定管理，指定施工单位进行连续的沉降观 测，使有害的沉降在工前发生，观测成果用以作为判断缓铺段路基是否稳定的依 据，以便使抗滑表层的加铺顺利进行。目前高等级公路的沉降观测没有专门规范 可循，旌工单位的测量多半习惯于用标高测设的方法进行沉降观测。此次绵广高 速缓铺路段的沉降观测也采用这种方法，实际上是一种等外水准( 一次仪器高) 配 用塔尺。 为了提高沉降观测精度，按如下要求进行操作： ( 1 ) 每期观测做到四个固定：固定观测人员；固定仪器及水准尺；固定后视尺 读数；固定测站及转点。在实际工作中，由于路堤逐层升高，导致测站位置难以 固定。在首次观测时，将水准仪大致安置在路中心线处，使前、后视距满足要求， 读取一个前视距离作为固定值。这样在以后各期观测中仪器安置于相同位置，既 固定了测站，又不必在每次观测时读取前、后视距。当沉降观测点转置到人孔井 上( 人孔点用标钉标志) 时，可利用桥上水准点和人孔井的固定关系固定测站位 置。操作时有三种情况：一是观测桥头两端人孔点时，仪器安置在桥的中部( 中 央分隔带的左侧或右侧，并在桥面板上用红漆绘上“不”的记号1 位置，视距一般 1 0 3 0 m 左右( 中、小型桥) ；二是当桥上水准点离人孔点为2 0 0 | n l 左右时，仪器 固定在这二点中间的那个人孔旁( 人孔井1 0 0 m 左右有一个) ，视距可能在1 0 0 m 左右；三是桥上水准点离人孔1 0 0 | m 左右时，仪器固定在距水准点5 0 玎1 ( 等距离 处) 。用上述方法固定测站，视距不等差可能会超出规定的若干米。但由于沉降 量是两期观测高程之差求得，每次观测的高程即使有m h 的误差，只要固定仪 器，i 角校正到很小，且变化不大，不等差引起的高程误差m h 可以在两期高 程相减中给予消除，所求得的沉降量是正确的。可以认为，根据公路人孔沉降观 测的实际情况，操作中不必严格使前、后视距控制在3 m ( 三等) 或5 m ( 四等) 之内。 这就是采用四固定方法的优点所在。 ( 2 ) 观测时必须携带尺垫，严禁用砖石或不设尺垫作为转点。 ( 3 ) 一测站观测高差必须用红、黑面( 或基铺面) 读数，各项限差及路线允许闭 合差见表5 。当沉降量较大时，可用五等水准代替四等水准测量。这里所指的五 等水准，其操作方法与三、四等水准测量完全相同，限差见表1 。 水准测量的主要技术指标表4 1 等水准视线前后前后 红、黑面f 基、 红、黑面饽、往、返较差，附合允 级仪的长度视距差 视累辅面1 读数较 辅面1 高差较 许闭合差( m m ) 型号 ( m )( m ) 距差 差( m m )差( m m ) ( m ) d s l5 013 o 5 0 7 瓜 d s l1 0 0361 01 5 析i d s 37 52 o3 0 四d s 31 0 0 51 03 o 5 o 旺 五 d s 31 2 02 0 f 4 o6 o 注：n 一测站数；路线允许闭合差取自 工程测量规范9 3 4 款 3 检测的精度及频率 通常，确定沉降观测的精度指标有三条标准：一是根据沉降量的大小确定精 度指标；二是探讨沉降观测中误差与建筑物允许变形值的比值关系：三是采用规 范中规定的固定值，例如前苏联水工建筑物变形观测规范规定软土地基沉降观测 精度为2 m m 。根据沉降量的大小确定精度指标，一般为沉降量越小，观测精度 越高，反之，要求为低。就公路软土地基的沉降量来说：沉降量的变化是相当复 杂的，它与设计总沉降量的大小、观测频率、软基厚度、地基处理的方法、填土 高度、沉降控制的方法以及沉降趋于稳定状态等因素有关。在普通施工过程中所 谓稳定状态有两方面含义：一是路槽层完成后，经过一定时间预压( 堆载或等、 超载) ，若连续两个月实测沉降速率小于5 m i i l 月时称为路基稳定；二是路基稳定 后，进行底基层、基层和油面层施工时，若连续两个月实测沉降速率小于3 m n l 月时称为路面层稳定。路面的缓铺施工中，显然考虑的是稳定状态时的小沉降量 ( 3 5 删 n 月) ，所以要求很高的观测精度，取到2 1 m m 才有意义。 沉降观测的频率取决于沉降量的大小、加载方法和观测目的等。通常要求观 测的次数能反映出沉降变化的过程，又不遗漏变化的时刻。本次沉降观测中，前 1 0 个月沉降变化比较大，因此每月测一次，以后沉降趋于稳定，变化较小，隔 月测一次，实践证明这样的观测频率是符合要求的。 4 3 沉降检测结果 绵广高速公路二期工程青林口沙溪坝段( k 1 7 8 + 8 5 0 k 2 3 7 + 5 3 5 1 6 ) 由于 路基沉降等原因预留的路面抗滑表层缓铺路段左、右幅共有3 1 段，总长为1 8 7 4 6 米( 单幅) 。这3 1 个缓铺段经过两年多的观测，所得沉降数据以及每个断面的沉 降曲线图例如下： z k 2 2 1 + 1 6 0 z l ( 2 1 9 + 8 1 0 缓铺段表4 2 孓嗍磁 - 逦降量 1234 56789l o1 l1 2 1 31 41 51 61 7 断面桩号 z k 2 2 1 + 1 6 0 边 0一l一2556667777 777 7 7 z k 2 2 l + 1 1 0 边 o一12566789777 77777 z k 2 2 1 + 0 6 0 边 o一135666 6777077881 0 z k 2 2 1 + o l o 边 0 22 55555 6 1 4一1 6 一1 61 7一1 92 0 一3 44 2 z k 2 2 0 + 9 6 0 边 011一l一333461 2一1 3 1 3一1 51 71 9 2 22 5 z k 2 2 0 + 9 1 0 边 014667777665 55555 z k 2 2 0 + 8 6 0 边 0136 99一l o一1 0 1 21 2一1 2 1 21 21 21 2 1 21 2 z k 2 2 0 + 8 l o 边 o一12556663111 1o 一11 一l z k 2 2 0 + 7 6 0 边 ol一25777887777 7666 z k 2 2 0 + 7 1 0 边 o02 44568888888777 z k 2 2 0 + 6 6 0 边 002 56777999999999 z k 2 2 0 + 6 1 0 边 o一114445666666 6666 z l 【2 2 0 + 5 6 0 边 0一l一2 55568999999999 z k 2 2 0 + 5 1 0 边 o一13 66 77777 7777777 z k 2 2 0 + 4 6 0 边 o一17555666 6666 6666 z k 2 2 0 + 4 1 0 边 0246667766 6666666 z k 2 2 0 + 3 6 0 边 012 47478888888888 z k 2 2 0 + 3 1 0 边 02467 778777777755 z j ( 2 2 0 + 2 6 0 边 ol一26666- 69777 77777 z k 2 2 0 + 2 1 0 边 02477778 687888888 z k 2 2 0 + 1 6 0 边 002 55555987777677 z k 2 2 0 + 1 1 0 边 ol一3677789999 888 88 z k 2 2 0 + 0 6 0 边 o一125556698 88877 7 7 z l ( 2 2 0 + 2 l o 边 o一12455 55 96 666 6 786 z k 2 2 0 + 1 6 0 边 o一1368677 9 8888 8888 z k 2 2 0 + “o 边 o一247- 891 0 l o 一9 一l o一99- 88- 8- 88 z k 2 2 0 + 0 6 0 边 o一1366 77877777 7777 z k 2 1 9 + 8 1 0 边 0126 6667 666666666 z k 2 2 1 + 1 6 0 中0一l一37888 998888 7666 z k 2 2 i + 11 0 中oi一3777 788 888 8 8 8 88 z k 2 2 1 + 0 6 0 中o一12555679一1 4一1 7 一1 71 71 82 0一2 53 2 z k 2 2 1 + 0 1 0 中o一136668 881 0 1 3一1 31 41 61 72 52 7 z k 2 2 0 + 9 6 0 中02378999一1 01 01 21 21 1 1 11 21 4 一1 4 z k 2 2 0 + 9 1 0 中0 一l一377777777 7o一7777 z k 2 2 0 + 8 6 0 中014791 01 11 21 1 1 11 1 1 l一1 11 1一1 1 1 l一1 l z k 2 2 0 + 8 l o 中01256667999999999 z k 2 2 0 + 7 6 0 中 o一125666666666 6 6 6 6 z k 2 2 0 + 7 1 0 中0124567 799 9 99 9 9 99 z k 2 2 0 + 6 6 0 中o一135567一l ll l 一1 1 l l 一1 11 1 1 l 1 1一l l1 1 z k 2 2 0 + 6 1 0 中 o一14777891 0 l o1 0一l o一1 01 01 0一1 0 1 0 z k 2 2 0 + 5 6 0 中o一14777691 0一91 0一999999 z k 2 2 0 + 5 1 0 中01266671 0 一1 l一1 l l l一1 0 9 9 999 z k 2 2 0 + 4 6 0 中o一1257788888 88887 、一7 z k 2 2 0 + 4 1 0 中02 48 88881 1 一1 1 1 11 11 11 l一1 1一l l一1 1 z k 2 2 0 + 3 6 0 中o一137777755555555 一5 z k 2 2 0 + 3 1 0 中013666791 l一1 l 1 1 1 11 11 11 11 11 l z k 2 2 0 + 2 6 0 中 0一l一256677667766777 z k 2 2 0 + 2 1 0 中o一136777 7666667 777 z k 2 2 0 + 1 6 0 中02267 8899888 8 8888 z k 2 2 0 + 1 1 0 中 02467777966666666 z k 2 2 0 + 0 6 0 中o一24778898 8899 99 99 z k 2 2 0 + 2 l o 中0224444595666 6767 z k 2 2 0 + 1 6 0 中013688889- 88888888 z k 2 2 0 + 1 1 0 中024677789991 01 01 0 一1 09一l o z k 2 2 0 + 0 6 0 中o一1256677988888888 z k 2 1 9 + 8 l o 中01256677555555555 z k 2 2 l + 1 6 0 z k 2 1 9 + 8 1 0 缓铺段 z k 2 2 l + 1 6 0 z l ( 2 1 9 + 8 l o 缓铺段 ：f x ，：赢。蕊，。赢 u i ：、峭45 6789 l o l l l 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 】3 一2 童一4 j 一：p 。卜 氓p ! ! 竺! ! ! y 一 一一z l 二、! ! ! ： 螫一l o 量一4 棚 矬一6 蛙 一8 1 n 观测次数 观测次数 图4 3图4 4 z k 2 2 1 + 1 6 0 z l 【2 1 9 + 8 l o 缓铺段 zk221+160zk219+8lo缓铺段 n7o o 14 u i l r & 55 7 8 9 1 0 l a 3 1 4 1 5 1 6 1 7 l b 一： ：抵。，b 一5 一掣k ： 一1 0 p - 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