公路沉降观测技术建议书312.doc

318国道吴江平望段养护改属工程沉降观测工作大纲河海大学高等级公路研究中心2008-10目 录一、概 述（2）二、软土分布描述（3）三、沉降与稳定复核（3）四、沉降及稳定观测的实施（4）五、实施方案及报告的编写（11）六、工作建议（11）附：观测所用附表格式 各标段观测断面的设置318国道吴江平望段养护改属工程沉降观测工作大纲一、概述高速公路对地基的变形要求较高，既要保证在路基填筑过程及路基在永久荷载下地基的稳定性，更应减小和消除工后沉降量，避免桥、涵洞及路段连接处出现过大的沉降差和沿路段纵向、横向的不均匀沉降量，防止运行后出现桥头跳车、路面不平整和开裂等现象出现，前者是路基施工期间保证路基稳定的必要条件；后者则为工程使用必须满足的工程质量关键。在设计使用年限内，一般路段规定路面的工后沉降量应小于30cm，桥头路堤应小于10cm。对桥头设置68m长搭板的情况，实践统计表明在桥头路堤发生3cm以上的沉降差后，车辆通过就会有明显的跳车感，应及时做好补填接坡等初期养护工作。因此必须对引起路面变形的工后沉降量加以控制。为达到上述目的，应比较准确掌握最终沉降量。然而，在设计阶段，总沉降量及其工后沉降量的大小是分别通过沉降计算及固结计算求得的，估算结果是否与今后实测值相符合，涉及很多因数，如钻探取样的数量和质量、土工试验技术和成果的分析与整理、计算参数的选取、计算方法、加荷速率等，因此估算沉降量与实测沉降量存在往往存在一定的误差。若按估算的沉降规律机械地安排施工，其结果不是把路堤的填筑和预压时间拖的很长、延误工期，就是在路堤尚未稳定就仓促铺设路面，引起运营期内路面不均匀沉降，甚至出现因地基抗剪强度不够而引发路堤侧向整体滑动，边坡外侧隆起、桥头路堤纵向沿路线向河床方向产生整体滑动，导致桥面的破坏等病害发生。均需经过实体工程观测检验修正。因此必须将沉降与稳定动态观测和控制贯穿于路堤施工与运行的全过程和实施动态有效控制。以达到验证、完善设计、指导施工，提高工程质量的目的。通过系统连续、正确完整的观测及分析、掌握、控制路堤沉降，预测沉降趋势、验证和指导工程设计及施工。正确控制填筑速率，根据实测结果对原设计选择的等、超载强度和预压时间的合理性加以验证，由合理工期确定再优化实施方案，具体确定等、超载预压和卸载以及路面施工时间，在满足施工总工期和允许工后沉降量的前提下，确保路面结构层的施工厚度，达到路面一次铺筑成功和路面工程厚度变动量最小的目的，并作为提供沉降土方增量的依据。本报告根据工作内容的要求，分别从沉降与稳定复核、沉降与稳定观测等工作编写工作大纲。二、软土分布描述 根据勘探资料，各标段的软土分布描述如下： 软土属湖沼相成因，该土层土性为灰色淤泥，淤泥质亚粘土，流塑状态，高压缩性，沿线连续分布，层顶面标高稳定，层厚变化较大。主要分以下几个区段：1、GK1+455.6GK1+591.1段：淤泥质亚粘土、淤泥、灰色，流塑，层厚主要为17.119.0m；含水量W=47.4%，孔隙比e=1.325，压缩系数av=1.0MPa-1；2、GK1+857.7GK2+449.4段：淤泥、淤泥质亚粘土、淤泥、灰色，流塑，层厚主要为7.48.2m；含水量W=43.9%，孔隙比e=1.252，压缩系数av=0.62MPa-1；3、GK2+449.4GK4+245.5段：淤泥、淤泥质亚粘土、淤泥、灰色，流塑，层厚主要为1.848.75m；含水量W=52.8%，孔隙比e=1.496，压缩系数av=1.33MPa-1；4、大龙荡互通：淤泥、淤泥质亚粘土、淤泥、灰色，流塑，层厚主要为21.221.9m；含水量W=46.5%，孔隙比e=1.309，压缩系数av=0.98MPa-1；三、沉降及稳定复核 对于沉降量较大及可能存在稳定问题的段落，将对沉降量及边坡稳定状况进行复核。 3.1沉降及稳定计算沉降计算以钻孔为单位，以孔隙比为基本参数整理沉降计算指标，作为沉降计算的土工参数。地基的固结沉降采用ep方法（或压缩系数法）进行计算，若有elogp曲线，则采用elogp法进行修正，受压层的计算深度采用附加应力与自重应力之比值不超过0.150.2的要求进行计算，采用1.11.2的经验修正系数，若确定后的计算深度以下仍有软土层时，则继续计算下去。如果在压缩层范围发现卵石层，计算深度到此为止。地基的固结度计算采用可考虑加载时间影响的高木俊介方法。复合地基的沉降计算方法则采用复合模量法进行，土层的模量及粉（湿）喷桩模量采用设计的桩体模量，并按设计的置换率进行计算。稳定计算采用瑞典条分法，采用的强度指标应考虑强度指标随固结度的增加而增长。3.2 路基的施工时间与预压时间 本路基施工（填土预压）的总时间控制在12个月以内，预压时间按6-8个月考虑（具体时间根据工期要求确定）。 四、沉降及稳定观测的实施观测点的设置应遵循以下原则：(根据现场地基处理方法及结构物变更情况需要可能适当增减)。软土段观测断面间距50100m，非软土段断面间距100200m；桥头（桥台接坡处30m范围）埋设1-2个观测断面，过渡段（桥头以外30m范围）埋设1个观测断面；不同工程地质段（如沿河、池塘、湖荡）、不同地基处理段、高路堤段内必须设置观测断面；一般路段仅在路堤中心处布设观测点，软土段的的高填方段，横向地质不均匀段（如沿河段）在路肩、路中分别布设左、中、右3个观测点。水平位移观测断面设置在路基高度大于3.5m，且路基边存在鱼塘、河塘段落。根据此原则，各标段观测点的设置见表1。表1 各标段的观测断面设置标段主线路段长（Km）互通路段长（Km）主线观测断面数量（个）主线观测点数量（个）互通观测断面数量（个）互通观测点数量（个）观测断面合计（个）沉降观测点数量（个）水平位移观测断面数（个）南庄互通1.580.45121574425610长荡互通0.5020.832824121220364大龙荡互通01.5100232323234合计2.0822.7298139396812084.1沉降观测4.1.1沉降板埋设方法沉降标由底座钢板、管节（带螺纹钢管及管箍、每测点按填高不同为n套）和保护竹管帽三部分组成，沉降标构造见图1（a），沉降标接管图见图1（b）。沉降标埋设在路基的：一般地段在原地面以上压实两层土时埋设；有砂垫层地段在砂垫层上压实一层土时埋设，见图2；粉喷桩地段在粉喷桩顶上压实两层土时埋设，见图3。埋设在土面上的底板，应先在钢板下铺5左右厚的砂层，安放沉降板时，注意底板水平，并在砂垫层上适当揉搓，使底板与砂垫层安全接触，避免局部虚空。再回填土夯实。沉降板埋设程序见图4中（1）（4）。为了使沉降板的管顶不受施工碾压破坏，压实后的管顶应低于压实面20（见图1（b）. (a ) (b ) 图1 图1（a）沉降标构造图 图1（b）沉降标接管图 图2 砂垫层埋板及接管图 图3 粉喷桩埋板图 图4 沉降板接管程序图4. 2沉降观测的精度及频率沉降观测的精度和频率与各施工阶段的沉降量有关。4.2.1沉降观测的精度指标沉降观测的精度指标与沉降量有关，沉降量越小，观测精度越高。一般情况下，在路堤施工期，由于大沉降量出现的频率较多，观测精度应满足三等水准测量的要求。在堆、等、超载的预压期、路面施工期和运营期，由于此时的沉降量较小，沉降观测精度应满足二等精度的要求。为确保观测精度达到二、三等水准测量的要求，必须采用往返观测、单程双测站或附合路线等方法进行观测。观测的不符差或闭合差应满足三、四等水准测量的技术要求。4.2.2沉降观测的频率一般公路施工分填筑期、预压期、路面施工期。在填筑期，随着土的荷载的加大，沉降速率较大，观测频率正常情况下一般为每填筑12层或710天观测一次。在预压期初期的观测频率为每710天观测一次，以后每个月观测12次。第三阶段为路面施工期，分底基层、基层和油面层三大结构层，每填筑一层观测一次。根据设计厚度，每层分一次或二次碾压。若下层与上层施工间隔较长，超过15天者，应增加一次观测。4.3观测用水准等级在路基填筑中，要应采用三等水准测量，预压末期和路面施工期采用二等水准测量。4.4沉降观测的实施4.4.1准备工作4.4.1.1沉降标的制造及埋设沉降标由200mm长，直径为25.4mm的钢管和500mm500mm9mm的沉降板组成。底部钢管用互成120度的撑脚三角板焊接在沉降板中心处，节管用管箍连接。沉降标采用埋入式，观测时将其挖出，以保证观测点的完好。4.4.1.2水准点布设及转置桥上水准点水准点的设置可采用招标文件规定的水准点设置方法，水准点应选在垂直与路中心线50m外，土质坚硬便于长期保存和使用的地点。路堤升至一定高度时，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桥头耳墙角上。应定期对水准点的高程进行复核，水准点高程的复核应采用二等水准测量方法。其误差应满足工程测量规范的要求。4.4.1.3 水准仪及水准尺采用S1或DSZ2型水准仪，当采用三等水准测量时，配用2m或3m长的红、黑面木质水准尺；当采用二等水准测量时，则采用铟钢尺。4.4.2沉降观测的成果整理成果整理时，首先检查手簿中的数据和计算是否正确，观测限差是否符合要求，文字说明是否齐全。然后将观测数据填入表3(样式附后)，计算两期观测的沉降量和累计沉降量。为了清楚地表示时间、填土高度和沉降量之间的关系，应绘制沉降点的时间-填土高度-沉降量的关系曲线。每月提供一次观测分析报告，阶段报告一般在路堤施工至96区3-4层后，用以分析路堤的稳定状态，提出等超载预压的具体段落。在预压期末期分期分批提出路面结构层施工时间表。4.5、沉降控制标准根据公路软土地基路堤设计与施工技术规范规定：“软土地基上高速公路与一、二级公路路堤在施工过程中应进行沉降观测和稳定观测，并根据观测结果对路堤填筑速率和预压期等作出必要调整”。在路基施工的过程中，采用了沉降动态控制的方法，现简述如下。 4.5.1填筑过程的动态控制标准对软基路堤而言，该时段重点应限制路堤填筑最高速率，防止施工期内路基失稳。规定一般路堤填筑速率按沿路堤中线原地面沉降速率每昼夜不大于1.0cm，坡脚水平位移每昼夜不大于0.5cm，而且每填筑一层应观测一次，进行动态控制。对于桥头，为避免填土对桥桩的影响，则要求原地面沉降速率每昼夜不大于0.5cm。4.5.2路堤预压期动态控制标准路基预压期的控制为沉降动态控制的重点与核心部分，此阶段在推算工后沉降量的基础上，对原设计的预压高度和预压重新进行修正，即优化预压土的高度。在预压期的末期，还应该根据预压期的沉降观测成果，推算原定预压期卸载以后路面施工期沉降量和工后沉降量，如推算的工后沉降量不满足要求，则可采取加大预压高度和延长预压时间的方法，使工后沉降量控制在允许的范围内。4.5.2.1 预压荷载的确定4.5.2.1.1对于有连续资料的沉降量推算在工程设计阶段，一般以允许工后沉降量作为选择地基处理方案，决定预压期长短和铺筑路面时间的依据。但在具体施工时，实质上是路堤需经历多长的实际预压时间，使路基在路堤荷载（包括等、超载）作用下，完成工前沉降量，以便在路面铺筑完成后满足设计要求。而由于地质情况的复杂性，设计阶段的沉降计算结果往往与实测有较大的偏差，此时，如果沉降观测点完好，且有较长时间连续的沉降观测资料，有相当部分观测点具有半年以上连续的沉降观测资料，此时，可结合原地质资料、现路堤填筑高度及实测沉降量，采用参数反分析的方法，推算出地基的参数（压缩模量），从而计算后续施工的沉降量，与原设计相比，可计算路面施工期的沉降量和工后沉降量。4.5.2.1.2 对于无连续资料的预压土高度确定在沉降观测的过程中，可能有部分观测点的埋设时间较迟，连续观测的资料的时间较短；或由于在观测的过程中，由于沉降观测点破坏，无连续的沉降观测资料，此时采用月沉降速率（即月沉降量）的方法控制预压高度。当路堤填筑至96区13层后，结合现场实测的固结速度，按六个月的预压期考虑（总工期至2006年底），发现原设计预压高度与实测成果比较，沉降规律不符,有必要对全线的加载段落作必要的调整。具体加载强度与范围可按如下标准分类实施： 1、桥头路基实测月沉降速率3.03.5cm/月的段落，一般路基3.54.0cm/月者施工到路床顶面后，应施工当量1.2m的压载土方（相当于压实度为85%的土方，下同）后，开始进入等载预压起算期。 2、桥头路基所测月沉降速率等于3.55.0cm/月的段落，一般路基4.06.0cm/月段落，应施工当量1.5m的土压载土方（要求同前）后，开始进入超载预压期。 3、桥头路基所测月沉降速率大于5.0cm/月的段落，一般路基大于6.0cm/月的段落，应施工当量2.0m的土压载土方后，开始进入超载预压期。 4、所有段落路基所测沉降速率2.03.0cm/月者，一律在96区顶面加50cm土压载后，开始进入堆载预压期。 5、按以上加载原则判别，无须在96顶加载的路段，为保证工后沉降量满足设计要求及方便未来二灰土的施工，建议在96顶加载40cm后，开始进入预压期。4.5.2.2对桥头段的处理台背回填部分是沉降控制的重点部分，对于这部分段落，如采用沉降速率法确定预压高度，为确保未来的桥头不产生过大的沉降量，不至于产生桥头跳车现象，均至少维持等载预压高度。4.5.3 卸载时间的确定对卸载时间的确定，关系到整个预压结果的成败，如卸载的时间过早，则可能造成路面施工期的沉降量和工后沉降量较大，达不到沉降动态控制的目的，如卸载的时间过迟，则可能引路面施工时间过短，故对卸载时间的确定应给予足够的重视，要求施工单位按规定的程序卸载，严禁施工单位提前卸载，关于这方面的内容，观测组将根据沉降观测的情况提出分段卸载建议，由项目办审核后以文件的形式发出，。对卸载时间的确定，一般采用双重标准进行控制，只有两个标准都达到要求时，方可卸载。双重标准为推算工后沉降量和实测月沉降速率，现分述如下。4.5.3.1推算工后沉降量在预压期末期（一般已预压45个月），此时路基的施工已经停止，推算受填土荷载影响的因素已不存在，推算的工后沉降量的理论也比较成熟，方法也比较简单，如在等载的条件下，可方便地采用三点法、双曲线方法、指数法及新野法等推算出路堤以后各阶段地沉降量及工后沉降量，欠载预压和超载预压的推算相对于等载预压的推算要复杂，需要应用土力学、弹性力学等知识，但相对于施工期的沉降推算，由于有更长时间的观测资料，故推算成果的精读要高于施工期的推算。在规定的预压时间内，若推算的工后沉降量满足允许的范围，则允许卸载；若少数段落推算的工后沉降量不满足允许的范围，则可采用延长预压时间和增加预压高度的方法，确保工后沉降量满足设计要求。 4.5.3. 2沉降速率控制方法沉降观测应严格按二、三等水准的要求进行，提出具体的卸载段落时，按实测的加载高度进行考虑，而非依据建议加载高度进行考虑。按以下原则考虑卸载段落，对欠载预压的段落，连续两个月的月沉降速率小于3mm进行控制，对等载预压的段落，按连续两个月的月沉降速率小于5mm进行控制，对超载预压的段落，按连续两个月的月沉降速率小于8mm进行控制。铺筑沥青混凝土下面层的条件是，当路堤施工至基层顶面后，在原地面连续两个月的实测沉降速率应小于3mm/月。4.5.4 基层及下面层施工的沉降控制 通过在96区重新确定预压高度及预压期的有效控制，一般可使工后沉降量满足允许的范围。但当上基层施工后，若个别段落底月沉降量突然增大，推算的工后沉降量或实测的沉降速率不满足使用要求者，在路堤的荷载基本完成后（仅有18cm路面重量和行车荷载），可采取在上基层施工结束之后，利用冬季，采用在上基层上加碎石的方式进行再加载，待来年沥青混凝土施工时卸载后再继续施工面层，以便确保油上、中、下三层施工时的月沉降速率控制在3mm以内和保证工后沉降量控制在允许的范围内。按上述控制标准，对路堤施工全过程实施动态有效控制，在满足施工总工期和允许工后沉降量的前提下，确保各结构层的施工厚度，达到路面一次铺筑成功和路面工程总厚度变动量达到最小的目的。施工各阶段的沉降速率控制标准见表2。表2 路面结构层施工时沉降速率应达到的标准阶段基层施工下面层施工月沉降速率（mm/月）534.6 稳定观测稳定观测方法在本项目中实际采用竖值位移、边桩位移观测及测斜管观测三种方法。按照规范要求，竖值位移的沉降应控制在每昼夜1cm以内，水平位移（边桩实测水平位移及测斜管实测深层位移），应控制0.5cm以内，如实测变形量大于以上规定值，则观测组应及时通知施工单位停止路堤的填筑施工，待观测到地基的沉降速率明显，沉降已经基本稳定，方可进行剩余土方的施工，在剩余土方施工时还应加强观测。进行稳定观测时，应在同一时间同时进行沉降及稳定观测，若有一种方法测得的数据超过允许值，则认为地基存在稳定问题，应按要求停止路堤土方的施工。4.6.1利用实测沉降量控制地基的稳定利用实测沉降量控制地基的沉降应为稳定控制的可靠方法，规范规定，每昼夜的竖值位移超过1cm，则认为地基存在稳定问题。沉降板的埋设及观测方法可参照沉降量的观测方法。4.6.2 深层水平位移的观测方法.深层水平位移采用测斜管的观测方法，测斜管在地基处理完成后埋设，采用的测斜仪应为加速度传感器，读数仪应具备自动记录功能。4.6.2.1 测斜管的埋设与测试要求 观测的孔位要定位准确； 钻孔的直径位146mm，成孔偏斜度不大于1度； 测斜管在孔口接长，应特别注意到向槽的对正不许偏扭； 用经纬仪校正导向槽的方向，使其对正欲测的方向； 用粗砂或泥球回填测斜管与孔壁的孔隙，若用泥球回填，为了防止泥球架空，采用轻捣密实，泥球最大直径约12mm，级配适当；进行埋设测量管初始位置的观测，所测结果视为基准值记入埋设考证记录4.6.2.2 测试要求 仪器调零时，应先把测头放在管道下35分钟，使测头与地下温度平衡； 每次观测时，应从管道自下而上，每50cm为一个测点，同一方向的观测应正反各观测1次，待读数稳定后，方可按下记录按钮，以保证观测成果的可靠性；测试完成之后，应及时整理水平位移随深度变化曲线，如发现水平位移较大，超过原定标准（每昼夜5mm），则应按要求通知施工单位，暂时停止路堤的填筑施工。4.7 利用边桩测量地基的水平位移4.7.1 边桩的制作与埋设边桩采用钢筋混凝土预制，其标号不小于C25，长度大于1.5m，可采用正方形或圆形断面，其边长或直径以10-20cm为宜，并在桩顶预埋不易磨损的测头，其埋置深度以地表下不小于1.2m为宜，桩顶露出地面的高度不应大于10cm。埋设方法宜采用打入式，当采用打入式有困难时，可采用挖埋式，但要求桩四周回填密实。桩周上部50cm用混凝土浇筑固定，确保边桩埋置稳固。