市政道路工程沉降监测实施方案

洞洞头县头县新城二期市政道路工程新城二期市政道路工程 沉降沉降监测监测研究研究实实施方案施方案 承担单位 承担单位 温州大学建工学院温州大学建工学院 通讯地址 通讯地址 浙江省温州市茶山高教园区温州大学建工学院浙江省温州市茶山高教园区温州大学建工学院 邮政编码 邮政编码 20142014 年年 1111 月月 1 一 工程背景一 工程背景 洞头县城市开发建设指挥部拟建的洞头县新城二期 市政道路工程 主要有海景 大道 鹿西路 半屏路 三盘路 经三路 经四路 纬二路 大门环路 霓屿路等 拟建道路呈纵横交错 分布于整个场地 见图 1 拟建市政道路路基 下部多为软 土路段 地基土具有天然含水量高 孔隙比大 渗透性差 压缩性高 强度低等特 点 土基强度过于软弱 路基修筑易引起差异沉降 沉降量大 沉降时间长 地基 失稳等不良工程地质问题 图 1 拟建市政道路示意图 软弱土路基工程中 由于地质条件 荷载条件 材料性质和施工条件等复杂 因素的影响 很难单纯从理论上预测施工中遇到的问题 现场原位观测可以监控施 工期路基稳定性 检验路基加固效果 保证工程质量 揭示路基变形规律 据此预 测工后沉降 指导后期施工安排 为施工提供及时的反馈信息 做到信息化施工 监测数据和成果是现场管理人员和技术人员判别工程是否安全及判断路基处理施工 质量的依据 另一方面 设计人员通过实测结果可以修改和完善原有的设计方案 确保后续路基 路面施工的安全顺利进行 二 工程地质条件二 工程地质条件 拟建道路沿线范围内的区域地貌单元主要属剥蚀残丘前缘滨海区冲海积平原 原 2 为滩涂经围垦回填而成 工区内地形平坦开阔 原地面高程一般为 0 78 5 83m 局部 位于剥蚀残丘区 略有起伏 根据勘探资料分析 工区内工程涉深范围内地层表部为人工素填土 上部为全新 统冲海积相软土 主要由淤泥 含砂淤泥 粘性土组成 局部夹碎砾石透镜体 碎砾石 成份多为凝灰岩 磨圆度中等 分选性一般 粒径一般小于 10cm 下部为前第四纪地 层 主要为上侏罗统高坞组火山凝灰岩 上覆残坡积土层 局部直接出露地表 各拟建道路沿线地基多为软土路段 工程区勘探深度范围内土层结构分布如下 素填土 灰黄色 湿 松散 中密状 主要由块石 碎石 砾砂组成 碎块 石粒径以 200 400mm 为主 个别 500mm 含量 50 80 其余为砾砂和粘性土 为近 3 5 年回填 土质不均匀 层顶标高0 78 5 83 米 层厚 0 50 19 20 米 1 淤泥质粘土 mQ42 灰褐色 流塑状为主 局部软塑状 高压缩性 全 场大部分区域有分布 层顶埋深0 50 16 20 米 层顶标高 1 66 13 83 米 层 厚 0 70 6 60 米 2 淤泥 mQ42 灰色 流塑状 高压缩性 偶见粉细砂 贝壳碎屑和半炭 化植物碎屑 全场大部分区域有分布 层顶埋深3 00 15 20 米 层顶标高 0 14 12 30 米 层厚 2 20 10 80 米 3 淤泥 mQ42 青灰色 流塑状 高压缩性 偶见粉细砂 贝壳碎屑和半 炭化植物碎屑 全场大部分区域有分布 层顶埋深9 80 22 80 米 层顶标高 6 30 20 43 米 层厚 2 50 16 40 米 1 淤泥质粘土 mQ41 深灰色 流塑 软塑状 高压缩性 见有贝壳碎屑 和半炭化植物碎屑 偶含粉粒 粉砂团块或薄夹层 局部分布 层顶埋深 17 50 29 50 米 层顶标高 16 58 27 34 米 揭露层厚 1 30 14 00 米 3 含粉质粘土角砾 al mQ41 灰黄色 褐黄色 稍密 中密状 碎石含量 20 40 粒径以 20 50mm 为主 角砾含量 30 40 砂含量 10 30 粘性 土含量 10 20 土质不均匀 局部以粘性土为主 局部分布 层顶埋深 16 00 28 70 米 层顶标高 13 85 25 96 米 揭露层厚 0 90 3 10 米 1 粉质粘土 al lQ32 2 灰黄 褐黄色 软塑 可塑状 中 高压缩性 见 铁锰质氧化斑点 局部夹粉细砂 局部砂含量较多 层顶埋深16 60 39 00 米 层顶标高 12 62 36 83 米 揭露层厚 0 90 19 50 米 1a 含粉质粘土角砾 alQ32 2 灰黄色 褐黄色 稍密 中密状 碎石含量 30 50 粒径以 20 50mm 为主 角砾含量 30 40 砂含量 10 20 粘性 土含量 5 15 土质不均匀 局部以粘性土为主 层顶埋深17 10 29 10 米 层顶标高 13 27 26 19 米 揭露层厚 0 80 13 50 米 3 2 粘土 mQ32 2 灰色 流塑 可塑状 中 高压缩性 局部分布 层顶 埋深 27 00 39 00 米 层顶标高 23 50 37 90 米 揭露厚度 1 90 14 10 米 1 粉质粘土 al lQ32 1 灰黄 灰色 可塑状 中 高压缩性 见铁锰质氧 化斑点 局部夹粉细砂 局部砂含量较多 相变为粘质粉土 零星分布 层顶埋 深 32 00 50 00 米 层顶标高 28 99 48 90 米 揭露层厚 2 50 20 50 米 含粉质粘土角砾 el dlQ 灰黄色 黄褐色 中密状为主 局部松散或密 实状 碎石含量 30 40 粒径以 20 50mm 为主 角砾含量 30 40 砂含量 10 20 粘性土含量 5 15 土质不均匀 局部以粘性土为主 零星分布 层 顶埋深 0 00 63 00 米 层顶标高 5 91 62 07 米 揭露层厚 1 10 23 90 米 1 全风化凝灰岩 J3X 灰黄色 黄褐色 灰白色 软塑 可塑状 中等压缩性 原岩矿物成分已难以 分辨 已风化成粘性土夹砂状 局部含少量未风化完全的碎砾石 遇水易软化 总体而言 工区全线大部地段为软土路基 上部均分布有的冲海相软土 属软土路 段 软土具高天然含水量 高孔隙比 高压缩性 渗透性差 强度低等特点 土质极差 三 工程重点问题三 工程重点问题 洞头县新城二期拟建市政道路 要求路网前期可做施工道路 后期可做围垦区永久 性主干道路 避免重复施工 造成人力物力资源的浪费 但该模式对于前期规划要求较 高 通过类似工程可以发现 目前围垦区的路网建设过程中会存在诸多问题 围垦区地 基压缩性强 工后沉降及不均匀沉降大 会导致后期建成的路面变形 开裂及桥头跳车 等工程问题 从而影响行车舒适性 威胁行车安全 增加维护费用 同时 道路的过大 不均匀沉降会引起道路下面的水 电 气等管道破裂 见图 2 4 图 2 软弱土地区市政道路建设工程问题 道路路基固结沉降计算可以采用分层总和法的得到 如下所示 n zi ii i ci p SH U E 式中 为修正系数 基于监测资料进行修正 Eci 第 i 层土体的等向压缩模量 pzi 第 i 层土体的平均附加负压 Hi 第 i 层土体的厚度 Ui 第 i 层土体的固结度 Eci由自重下 K0固结等向固结试验得到 也可由等向压缩模量近似代替 通过以往类似区域的工程地质和试验数据资料计算发现 路基沉降远远大于一级公 路一般路段工后沉降 30cm 的要求 因此必须进行相应的地基处理措施 同时进行沉降 监测 沉降稳定且工后沉降满足规范要求后再进行永久性道路面层建设 目前拟建市政道路拟采取的地基处理措施为强夯 但在在道路建设工程中 由于地 质条件 荷载条件 材料性质 施工条件等复杂因素的影响 很难单纯从理论上预测路 基沉降大小及固结度 同时根据类似垦区地基处理案例分析 如果处理深度不足 地基 沉降无法在短时间内稳定 因此 必须对围垦区路网在建设及施工使用期间的沉降进行试验研究 结合沉降及 工后沉降要求确定路基填筑高度 判断沉降是否稳定 分析工后沉降是否能够满足要求 进行永久性道路的面层施工 四 试验方案四 试验方案 路基沉降观测断面的设置及观测内容根据沉降控制要求 地形地质条件 地基处理 方法 路堤高度 等具体情况并结合施工工期确定 同时还需根据施工核对的地质 地 形等情况调整或增设 初定如下 4 1 试验设计依据试验设计依据 1 洞头县新城二期市政道路建设工程设计 中国市政工程华北设计研究总院第一 设计研究院 2013年03月 2 洞头县新城二期市政道路工程地质详细勘察报告 温州工程勘察院有限公司 5 2012年05月 3 公路路基设计规范 JTG D30 2004 4 公路勘测规范 JTG C10 2007 5 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2012 6 工程测量规范 GB50026 2007 7 建筑物变形测量规范 JGJ8 2007 8 本工程其它相关设计文件 4 2 试验目的试验目的 现场原位观测可以监控路基沉降 揭示软基变形规律 据此预测沉降是否稳定及工 后沉降是否满足规范要求 指导后期永久性道路建设的进度安排 为支路施工提供及时 的反馈信息 做到信息化施工 另一方面 设计人员通过实测结果可以修改和完善原有 的设计方案 确保路网建设的安全顺利进行 4 3 试验原则试验原则 1 现场试验工作必须 目的明确 方案可行 经济安全 在确保地基安全及充分评 价加固效果的前提下应做到经济节约 2 在场地地形地质情况进行全面 深入分析的基础上 对重点部位 重要因素进行 重要监测 3 试验仪器和方法的选用 遵循技术成熟 方法可靠以及高精度 高灵敏度 强适 应性和稳定性的原则 并侧重考虑现场的环境条件 4 既保证现场观测的质和量 更注重对观测资料的整理 分析和利用 并根据观测 资料及时对路基处理的效果及路基沉降情况进行判断 5 试验点的布置遵循代表性原则 最不利原则 在确保全面性的前提下 力求经济 性原则 以减小投入 4 4 试验内容试验内容 主要由现场试验和室内试验两部分组成 现场试验内容包括 地表沉降 分层沉降 孔隙水压力 室内试验内容主要为采用先进仪器设备研究分析静力和动荷载作用下软土 地基土体物理力学指标变化规律等 4 4 1 地表沉降监测 回填地面沉降观测 观测点的布置遵循在平面上大致均匀分布同时兼顾重点部位的 原则 沿线路方向每 100m 布置一个断面 每个断面布置 3 点 1 沉降标埋设 6 由于回填地面强夯施工即将开始 因此沉降标采用钢筋 HRB335 钢筋 直径 25mm 将路面夯实后直接在原地面埋设 为保持稳定 沉降标埋入地表不小于 50cm 标露出地表 30cm 沉降标埋设后 随即观测顶部标高 沉降点观测位置要固定 作为以后每次观测位 置的依据 在整个观测期 应注意好沉降标不受破坏或被盗 如有损坏或被盗应及时修 复 并恢复观测数据 确保观测数据的连续性 2 测量仪器 沉降观测所用水准仪为 DSZ2 自动安平精密水准仪 水准仪必须定期检查及校正 确保 i 角小于 20 水准尺采用 3 米长的铟瓦水准尺 配对 3 沉降观测方法 沉降观测按二等水准精度进行 沉降测量精度的测量精度为 1mm 读取位至 0 1mm 以确保准确评价路基沉降情况 观测时 前 后视距尽量相等 以消除 i 角的 影响 同时 视距不得超过 100m 视线高度要求三丝均能读数 观测中要特别注意水 准尺的垂直 即复合水准气泡的居中 水准点与沉降点之间一般直接观测 最多可转一 次 转点时必须用尺垫 闭合差按下式调整 h ii f l l 式中 i 高差改正数 fh 闭合差 l 水准路线总长度 li 测段前 后视距之和 4 4 2 分层沉降监测 1 沉降标埋设 观测不同深度土层沉降可了解不同深度的土层经加固处理后的沉降和土体固结程度 分层沉降观测点平面上约每 1000m 布置一点 每个分层沉降监测点拟在垂直方向布置 7 个磁环 用以确定不同位移的土层压缩量 孔深 25m 埋设时首先在地表将磁环按预 设位置套放固定在波纹管上 再将设置好磁环的波纹管套置于分层沉降管上 以确保沉 降磁环不被分层沉降管卡住可自由移动 分层沉降管底端应予以封闭 然后在选定好的 位置上采用 30 钻机钻孔至设计深度 再将套置好波纹管及磁环的分层沉降管放入孔中 7 再向孔中分层沉降管周围回填细沙 2 测量仪器 CS 型尺式沉降仪 精度 1mm 3 分层沉降观测方法 分层沉降磁环埋设后应进行初读数采集 先进行水准测量确定出管口高层 再采用 放入沉降管内的蜂鸣式沉降仪测头测试沉降磁环位置 当沉降仪测头到达沉降环安装位 置时 沉降仪将发出蜂鸣声 此时 测读连接在沉降仪上的软尺刻度 确定沉降环离沉 降管口的距离 前后两次监测距离之差即为测点沉降环的沉降量 在真空预压过程中 由于地基沉降产生沉降管可能下沉 应定期监测沉降管口高程是否产生下沉 并及时修 正测点的沉降量 4 4 3 孔隙水压力监测 1 孔压观测点布置 孔隙水压力监测约每 1000m 布置一个钻孔 每个钻孔布置 2 只孔压计 了解土体 中不同深度的孔压消散情况 根据不同深度孔隙水压力随时间的变化规律 可以了解不 同深度土体的固结情况和强度增长趋势 埋设时根据测点布置位置 钻机定位 采用 108 提土器开孔 孔深达测点以上 20 50cm 左右为止 钻孔完成后 向钻孔内倒入清水至孔口 将浸入清水中的孔压计连 同装满清水的塑料袋迅速提出放入钻孔内 当透水石浸入钻孔水中时 撕破塑料袋弃之 钻杆接上压具 这时需五人配合操作 二人分别提拉护套上二根铅丝 一个拿孔压计将 钻杆压具插入护管内 电缆从护管槽口引出 手握孔压计和电缆连同钻杆与铅丝垂直同 步放入钻孔内 一个负责接长钻杆 一个操作钻机 孔压计到达孔底 用管钳夹住钻杆 垂直平稳压入 20 50cm 到所需深度为止 检测孔压计埋设后性能 小心提起钻杆 稍 等片刻 用频率仪检查频率变化是否正常 若发现有异常 可利用铅丝将孔压计提起 用泥球投入钻机 并不断摇动铅丝使泥球封至孔底 各测点孔压计埋设完毕后 理顺电 缆线 归拢成一束 用编织布缠绕扎紧 沿观测箱方向挖一深为 30cm 宽 20cm 的沟 沟底铺垫 5 10cm 厚黄砂 将归拢成一束的电缆呈波浪形摆好 引致加固区场边 铺上 20cm 厚黄砂 上面再回土填平 孔压计之间用膨润土泥球封堵 埋设完成后测试至稳 定 以确定初始值 2 观测所用仪器 孔隙水压力观测采用精度 0 lHz 的 XP 02 型振弦式频率仪 直接测定孔隙水力计 的频率变化 根据标定的孔隙水压力与频率的关系曲线 由实测孔隙水压力的频率得到 8 该测点的孔隙水压力值 3 资料整理 按下式计算孔隙水压力 P K fi2 f02 B 式中 P 被测孔压计的应力 kPa K 标定系数 kPa Hz2 fi 在荷载 P 作用下钢铉的自震频率 Hz f0 无荷载时钢铉的自震频率 Hz B 常数 kPa 4 4 4 室内试验 1 复杂应力路径下洞头县新城二期软粘土的各向异性试验研究 1 利用 GDS 双向振动三轴仪进行洞头县新城二期饱和软粘土的应力路径试验 研究由于施工等实际工程中引起的土体各向异性 2 利用 GDSHCA 进行洞头县新城二期饱和软粘土的定向剪切试验 研究实际 工程中由于大主应力方向变化所造成的土体各向异性 2 不同工程条件下洞头县新城二期软粘土的初始剪切模量试验研究 1 利用弯曲元联合 GDS 双向动三轴仪进行不同围压 不同初始剪应力等条件下 洞头县新城二期饱和软粘土的初始剪切模量 2 获得不同条件下洞头县新城二期饱和软粘土初始剪切模量的统一表达式 为 工程设计提供参数 3 静动力加载条件下洞头县新城二期软粘土的模量与阻尼比试验研究 3 利用 GDS 静动三轴仪进行洞头县新城二期软粘土在不同应力路径下的固结不排 水剪切试验 研究静力条件下土体的模量软化现象 4 利用 GDS 静动三轴仪进行洞头县新城二期软粘土循环加载试验 研究动力条件 下土体的模量和阻尼比随应变的变化情况 5 长期循环荷载作用下洞头县新城二期软粘土变形特性试验研究 利用 GDS 双向振动三轴仪进行洞头县新城二期饱和软粘土的长期循环荷载试验 次以上 研究不同固结条件 初始剪应力 应力水平以及排水条件下软粘土的长期 9 变形特性 6 洞头县新城二期软粘土临界动应力水平试验研究 利用 GDS 双向振动三轴仪进行洞头县新城二期饱和软粘土在不同应力水平下的变 形特性 确定洞头县新城二期软粘土的门槛循环应力比 临界循环应力比和容许循环应 力比取值 7 主应力轴旋转下洞头县新城二期软粘土的动力特性研究 利用 GDS 空心圆柱扭剪系统进行主应力轴旋转下洞头县新城二期饱和软粘土的动 力特性试验 研究交通荷载引起的真实应力路径下软粘土的长期沉降 4 5 工期及工况频率工期及工况频率 道路施工期沉降监测段 强夯施工后三个月内 地面沉降监测 分层沉降监测 孔隙水压力监测 每 7 天监 测一次 三个月后 每半个月监测一次 根据类似工程估计监测工期为 3 年 4 6 试验分析与成果提交试验分析与成果提交 本次测量结束 下次测量之前提交书面监测报告 所有监测任务结束后 2 个月内提 交总报告 4 7 监测工作规划及开展步骤监测工作规划及开展步骤 1 场地地质情况调查监测位置选择 为后续监测工作质量 现阶段应做好场地地质情况调查工作 选择测点进行物理力 学性质试验 选择好监测点 监测设施的布置位置 做到不放过重点部位 确保监测工 作的针对性 2 基准点 标志点的布设 基准点的布置是关系到监测成果准确可靠与否的关键因素 监测工作开始前应针对 现场实际情况 对基准点进行优化布置 并设置一定数量的替补基准点 3 沉降标埋设及垦区施工阶段的监测及分析 在监测工作开始前应做好各监测设施点 标志的埋设 埋设后应有一定的稳定期 并确保成活率 应做好相关内容的观测工作 并加强对监测结果的分析处理 五 预期成果五 预期成果 1 现场试验分析报告 明确洞头县新城二期路网变形发展趋势及沉降规律 为围垦 区路基处理提供理论依据 为永久性道路建设提供判断标准 2 完善相关围垦区路网路基设计 处理规范规定中关于路基沉降部分内容 六 实施进度六 实施进度 1