哈大铁路客运专线路基沉降监测工法

1、哈大铁路客运专线路基沉降监测工法1 前言随着铁路工程建设事业的发展， 高速铁路的兴建， 改变了地面原有的状态， 并且对于地 基施加了一定的压力，这就必然会引起地基及周围地层的变形。为了保证建 （构） 筑物的正 常使用寿命和建 （构） 筑物的安全性， 并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉 降参数，建（构）筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。现行规范也规定，对路基的垂 直变形和水平位移变形等均要进行沉降观测。 特别在高速铁路路基施工过程中， 应用沉降观 测加强过程监控， 指导合理的施工工序， 预防在施工过程中出现不均匀沉降， 及时反馈信息， 为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料， 避免

2、因沉降原因造成路基主体结构的破坏， 造成 巨大的经济损失。在哈大铁路客运专线路基工程的施工实践中， 通过合理的施工组织， 合适测量技术和完 善的监测方案， 工程施工质量、 进度以及其他方面都取得了较好的成绩。 本工法就是在哈大 铁路客运专线软土、 松软路堤施工实践中总结开发出来的， 将对软土、 松软路堤施工具有指 导意义。2 工法特点本工法注重精密测量，跟踪路基填筑时及完工后沉降量对工程质量的影响。3 适用范围本工法适用于高速铁路软土、松软路堤以及类似线状工程沉降监测工作。4 工艺原理高速铁路软土、 松软路堤施工， 关键是减少施工过程及工程结束后发生沉降对工程质量 的影响。 因此， 各项监测都

3、要求精确完成， 以及时发现沉降减少填筑过快发生的不稳定性对 工程质量的影响。本工法始终贯彻“精密监测”的原则， 通过各项措施来监测沉降对工程质 量的影响。5 工艺流程及观测要求5.1 沉降变形监测网主要技术要求及建网方式 在路基施工前，要进行沉降变形监测网的建立。 线下工程路基监测一般按沉降变形等级三等的要求 （国家二等水准测量） 施测， 根据沉 降变形测量精度要求高的特点， 以及标志的作用和要求不同， 沉降观测监测网布设方法分为 三级：（1）基准点。要求建立在沉降变形区以外的稳定地区，同大地测量点的比较，要求具 有更高的稳定性，基准点使用全线二等精密高程控制测量布设的基岩点、深埋水准点。（

4、2）工作点。 要求这些点在观测期间稳定不变， 测定沉降变形点时作为高程的传递点， 工作点除使用普通水准点外， 按照国家二等水准测量的技术要求进一步加密水准基点或设置 工作基点至满足工点垂直位移监测需要。 加密后的水准基点含工作基点） 间距基本保证太子 河特大桥与新灯塔站路基工程沉降变形观测监测需要。（3）沉降变形点。直接埋设在要测定的沉降变形体上。点位应设立在能反映沉降变形 体沉降变形的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不 破坏沉降变形体的外观和使用。监测网由于自然条件的变化， 人为破坏等原因， 不可避免的有个别点位会发生变化。 为 了验证监测网点的稳定性， 应

5、对其进行定期检测。 定期复测按每半年进行一次， 并结合精测 网复测进行。5.2 沉降变形监测测量工作基本要求（1）水准基点使用时应作稳定性检验，并以稳定或相对稳定的点作为沉降变形的参考 点，并应有一定数量稳固可靠的点以资校核。（2）每次观测前，对所使用的仪器和设备应进行检验校正，并保留检验记录。（3）每次沉降变形观测时应符合：1）严格按水准测量规范的要求施测。首次观测每个往返测均进行两次读数。2）参与观测的人员必须经过培训才能上岗，并固定观测人员。3）为了将观测中的系统误差减到最小， 达到提高精度的目的， 各次观测应使用同一台 仪器和设备， 前后视观测最好用同一水平尺， 必须按照固定的观测路线

6、和观测方法进行， 观 测路线必须形成附合或闭合路线，使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。4）观测时要避免阳光直射，且在基本相同的环境和观测条件下工作。5）成像清晰、稳定时再读数。6）随时观测，随时检核计算，观测时要一次完成，中途不中断。7）对工作基点的稳定性要定期检核， 在雨季前后要联测， 检查水准点的标高是否有变 动。8）数据计算方法和计算用工作基点一致。5.3 沉降变形监测观测具体要求（1）水准网的观测按照国家二等水准施测，采用单路线往返观测。每次观测均形成闭合检验条件。（2）水准仪使用 DS05 或 DS1 型仪器，仪器及配套水准尺均应在有效合格检定期内。 水准仪与水准尺在使用

7、前及使用过程中， 经常规检校合格， 水准仪视准轴与水准管轴的夹角 均不超过 15。仪器各种设置正确，其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中进行设置， 并在数据采集时自动控制，不满足要求的在现场进行提示并进行重测。（3）外业测量一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。观 测成果的重测和取舍按国家一、二等水准测量规范 （GB/T 12897-2006 ）有关要求执行。 观测时，视线长度 50m，前后视距差 1.0 m （光学）， 1.5 m（电子）；前后视距累积差 3.0m（光学）， 6.0 m（电子）；视线高度 0.3m（光学）， 0.5m（电子）；测站限差： 两次读数差 0

8、.4mm ，两次所测高差之差 0.6 mm，检测间歇点高差之差 1.0 mm；观测读 数和记录的数字取位：使用 DS05 或 DS1 级仪器，读记至 0.05mm 或 0.1mm ；使用数字水 准仪读记至 0.01mm 。（ 4）观测时，一般按后 -前-前-后的顺序进行，对于有变换奇偶站功能的电子水准仪， 按以下顺序进行：1）往测：奇数站为后前前后偶数站为前后后前2）返测：奇数站为前后后前偶数站为后前前后（5）每一测段均为偶数测站。晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时借助尺 撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。（ 6）观测前 30min，将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；对于

9、数字 式水准仪，进行不少于 20 次单次测量，达到仪器预热的目的。测量中避免望远镜直接对着 太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中截长的20% 。观测时用测伞遮蔽阳光，对于电子水准仪，施测时均装遮光罩。（7）自动安平水准仪的圆水准器，严格置平。在连续各测站上安置水准仪时，使其中 两脚螺旋与水准路线方向平行， 第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。 除路线拐弯处 外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，一般为接近一条直线。（ 8）观测过程中为保证水准尺的稳定性，选用2.5kg 以上的尺垫，水准观测路线必须路面硬实， 观测过程中尺垫踩实以避免尺垫下沉。 同时观测过程中避免仪器安置在容易

10、震动 的地方，如果临时有震动，确认震动源造成的震动消失后，再激发测量键。 水准尺均借助尺 不得用于商业用途撑整平扶直，确保水准尺垂直。（ 9）对于阳澄湖中墩台的沉降测量，按照国家一、二等水准测量规范（GB/T12897-2006）跨河水准测量要求进行观测。（ 10）数据处理时， 闭合差、中误差等均满足要求后进行平差计算，主水准路线要进行 严密平差，选用经鉴定合格的软件进行。5.4 专业要求（一）一般规定（1）路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。沉降变形观测断面应根据不 同的地基条件， 不同的结构部位等具体情况设置； 测点的设置位置应满足设计要求， 同时还 应针对施工掌握的地质、地形等

11、情况调整或增设。（2）观测点应设在同一横断面上，这样有利于测点看护，便于集中观测，统一观测频 率，更重要的是便于各观测项目数据的综合分析。（ 3）路基面观测断面沿线路方向的间距一般不大于50m ；地势平坦、 地基条件均匀良好的路堑、高度小于 5m 的路堤可放宽到 IO0m ；地形、地质条件变化较大地段应适当加 密观测断面。（ 4）一般路基填筑至路基基床表层顶面，加堆载预压的路堤填筑至基床底层表面后， 在路基面设观测桩，进行路基面沉降观测，时间不少于 6 个月。根据观测结果，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控制要求。 同时作为 竣工验收时控制沉降量的依据

12、。（5）测点及观测元器件的埋设位置应符合设计要求，且标设准确、埋设稳定。观测期 间应对观测点采取有效的保护措施， 防止施工机械的碰撞， 人为因素的破坏， 务必使观测工 作能善始善终，取得满意成果。（二）路基的控制标准（1）观测断面及点的设置、元件布设观测断面的设置及观测断面的观测内容、 元件的布设应根据地形、 地质条件、 地基压缩 层厚度、路堤高度、 地基处理方法、 堆载预压等具体情况，结合沉降预测方法和工期要求具 体确定。代表性观测断面示意图如下：1） 路堤填高 3m ，地基压缩层厚 5m 地段顺观测内容观测观测点数断面附注号元件量间距1路基面沉降观测观测桩3 个断面50m地势平坦、地基条件

13、良好地段 可 100m沉降监测剖面元件布置示意图（ A 1 型）2）路堤下地基压缩层厚 5m 地段及路堤填高 3.0、地基压缩层厚 5m 地段序号观测内容观测元件观测点数量断面间距附注l路基面沉降观测观测桩3 个断面50m地势平坦、地基条件良好地 段或高度小于 5m 路堤地段可 100m2路堤基底沉降观测沉降板12个断面50 100m地基面横坡大于 1： 5 时， 每个断面埋设 2 个。3路堤基 底全断面沉 降观测剖面沉降管1 个 断面一般地段 25%的观测剖面， 各类过渡段路基 50%的剖面埋设 剖面沉降管作校核剖面，校核剖 面基底同时布置沉降板与剖面沉 降管。4改良土填土沉降观单点沉降计1

14、 个断面200m改良土路堤填高大于 5m 时 设，每个工点不少于 1 处。测沉降监测剖面元件布置示意图（ B 3 型）沉降监测剖面元件布置示意图（ D1 型）3）路堤加载预压地段路堤加堆载预压地段按上述 项布设断面及点， 其中路基面沉降观测在路堤填筑到 基床底层表面后， 在基床底层表面两侧设观测桩， 在路基面中间设沉降板后， 加载预压进行 沉降观测。待预压卸除基床表层填筑后，在路基面两侧及线路中心设置沉降观测桩。沉降监测剖面元件布置示意图（ F一 3型） 4）土质路堑地段土质路堑（含基岩全风化层）一般地段只设路基面沉降观测桩23 个断面，断面间距 50m，地势平坦、地基条件良好地段间距100m

15、 ；当地基地层为红粘土、膨胀土时，同时在换填底面埋设单点沉降计观测地基沉降或隆起情况。（2）观测元件的选取、埋设1）观测元件的选取：应满足工后沉降的评估需要以及精度要求。 路基面采用观测桩观测， 地基面采用沉降板、 剖面沉降管和电测元件相结合进行观测。对于剖面沉降管、 单点沉降计等电测元件及检测仪器的选配， 应选用高灵敏度、 高精度、 高可靠性及稳定性好的仪器； 仪器企业厂家应具有相应的生产许可证、 计量器具许可证和质 量等证明文件，并具有良好的工程应用业绩和信誉评价。由公司统一招标采购。2）观测元件的埋设： 观测元件除沉降观测桩外，均应在地基加固完成后路堤填筑施工前埋设。3）沉降观测桩（点）

16、 ：在一般路基填筑至基床表层顶面，加载预压路堤填筑到基床底层 顶面后， 埋设沉降观测桩 （点），路基面两侧观测桩应设在距左右线路中心 3.2m 处。埋设规 格见附图 1。附图 1 路基面沉降观测点设置参考图4）沉降板：由钢底板、金属测杆（ 40mm 厚壁镀锌铁管）及保护套管（直径不小于 小 75mm、壁厚不小于 4mm 的硬 PVC 管）组成，钢底板尺寸为 50cm× 50cm ，厚 1cm； 具体按设计图样焊接组装。采用水平仪按国家一等精密水准测量方法测量沉降板标高变化。沉降板应埋入褥垫层顶部嵌入 10cm，采用中粗砂回填密实，再套上保护套管，保护套 管略低于沉降板测杆， 上口加盖

17、封住管口， 并在其周围填筑相应填料稳定保护套管， 完成沉 降板的埋设工作。 采用水平仪按国家一等精密水准测量方法测量埋设就位的沉降板测杆杆顶 标高作为初始读数，随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测杆和保护套管，每次接长高度以 1m 为宜，接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。5) 单点沉降计：单点沉降计是一种埋入式电感调频类智能型位移传感器，由电测位移 传感器、测杆、锚头、锚板及金属软管和塑料波纹管等组成。采用钻孔引孔埋设，钻孔孔径 中108 或中 127，钻孔垂直，孔深应达到硬质稳定层(最好为基岩)，孔口应平整密实。观测路堑换填基底沉降或隆起变形埋设在换填基底面， 表面应平整密实； 观测路基本体

18、变形 按设计断面图埋设。6) 剖面沉降管：采用专用塑料硬管，其抗弯刚度应适应被测土体的竖向位移要求，管按一定间距依次读再通过数据处理计槽底中粗砂找平， 表端接口密合。 剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头预埋在剖面沉降管槽内， 数，起始端管口标高采用水平仪按国家一等精密水准测量方法进行测量， 算求出不同位置处地基的沉降量。 剖面沉降管在褥垫层顶面开槽埋设， 面回填 5cm 中粗砂并与褥垫层相平，两端部应进行有效保护。7) 每个工点观测断面及观测点的数量，埋设观测元件的种类、数量，根据设计要求和2.1、2.2 条中原则由设计、施工、监理方在现场核查确定。并填写工点沉降观测断面、点 布置表，见沉降观测

19、01 表。(3) 观测频率1) 沉降变形的水准测量精度为1mm ，读数取位至 0.1mm；剖面沉降管的测量精度为8mm/30m ；单点沉降计观测精度为 0.01mm。2)路基沉降观测的频次不低于表 2.5 的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时 观测。表-路基沉降观测频次观测阶段观测频次填筑或堆载一般1 次天沉降量突变23 次天两次填筑间隔时间较长1 次 3 天堆载预压或路基施工完 毕第 1 个月1 次 10 天第2 、3 个月1 次周3 个月以后1 次月6 个月以后1 次 2 周无碴轨道铺设后第 1 个月1 次 2 周第 2、3 个月1 次月312 个月1 次 3 月（三）过渡段 过渡

20、段沉降观测应以路基面沉降和不均匀沉降观测为主， 沉降观测期与路基相同， 不少 于6 个月。（1）分别在路桥、 路涵过渡段的结构物起点、 距结构物起点 510m 处、 15 25m 处、 50m 处及过渡段终点处各设一个观测断面， 沿涵洞轴线设路基面观测断面， 每个观测断面设 3 个观测桩。（ 2） 路堤和路堑过渡段在分界处设路基面观测断面，每个观测断面设3 个观测桩。（3） 沉降观测水准的测量精度不低于 lmm，读数取位至 0.lmm 。（4）沉降观测的频次不低于表 7 的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时观 测。6 资料整理观测资料应齐全、详细、规范符合设计及细则要求。6.1 人工测

21、试数据，必须在观测当天及时输入计算机，核对无误后在计算机内备份； 自动采集测试数据应及时在计算机内备份。沉降观测资料及时输入沉降观测管理信息系统， 以保证各相关单位在观测过程中时时监控。 观测中有沉降异常情况应及时通知有关各方及时 处理。6.2 按照提交资料要求及时整理、汇总、分析，按有关规定整编成册。（ 1）整理原始记录 每次观测结束后， 应检查记录的数据和计算是否正确， 精度是否合 格，然后，调整高差闭合差，推算出各沉降观测点的高程，并填入 “沉降观测表 ”中。（ 2）计算沉降量 计算内容和方法如下：1）计算各沉降观测点的本次沉降量： 沉降观测点的本次沉降量 =本次观测所得的高程上次观测所

22、得的高程 2）计算累积沉降量：累积沉降量 =本次沉降量 +上次累积沉降量 将计算出的沉降观测点本次沉降量、累积沉降量和观测日期、荷载情况等记入 “沉降观 测表 ”中。（ 3）绘制沉降曲线 为沉降曲线图， 沉降曲线分为两部分， 即时间与沉降量关系曲线和 时间与荷载关系曲线。1）绘制时间与沉降量关系曲线首先，以沉降量 s为纵轴，以时间 t 为横轴，组成直角 坐标系。然后， 以每次累积沉降量为纵坐标， 以每次观测日期为横坐标，标出沉降观测点的 位置。最后，用曲 线将标出的各点连接起来，并在曲线的一端注明沉降观测点号码，这样 就绘制出了时间与沉降量关系曲线。2）绘制时间与荷载关系曲线 首先，以荷载为纵

23、轴，以时间为横轴，组成直角 坐标系。再根据每次观测时间和相应的荷载标出各点，将各点连接起来，即可绘制 出时间与荷载关系曲线。7 沉降观测结果的分析、评估7.1 一般规定7.1. 1 路基上铺设无碴轨道前，应对路基变形作系统的评估，确认路基的工后沉降和变 形符合设计要求。7.1.2 路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于 6 个月的观测和调整期， 观测数据不 足以评估时， 应继续观测； 工后沉降评估不能满足设计要求时， 应采取必要的加速或控制沉 降措施。7.1.3 评估时发现异常现象或对原始记录资料存在疑问，可进行必要的检查。7.1.4 计算和实测沉降的比较比较计算的总沉降量与实测总沉降主要目的

24、是： （1）审核设计阶段的沉降计算模型和参数是否符合实际。（ 2）估计真实的路基压缩模量 ES ，以便确定铺设无碴轨道结构（自重）产生的附加 沉降。（ 3）如果施工期观察到的沉降明显大于计算沉降量，超过设计值20T0 及以上时，而且经过检查排除测量仪器和人为错误， 可尽早检查修改设计， 保证路基的工后沉降满足要求。由设计院提供相应观测断面的路堤本身压缩变形量与地基总沉降量。 计算和实测沉降值的比较具体操作时， 应对路基工点每一观测断面的各观测面 （特别是路堤底部地基面） 沉降绘 制施工过程（包括观察期）沉降随时间发展的曲线，见示意图 。在此基础上估计各观测面 的最终沉降。对每一路基工点应制作沉

25、降计算和测定结果比较表，表表 沉降计算和观测结果比较表区段编号：工点号：沉降测定时间：报告日期：观测面编号里程观测断面描述， 包括观测断面类型； 沉降测定时施工进 度计算沉降实测沉降地基总沉降mm基床顶面沉降 mm地基总沉降 mm基床顶面沉降 mm沉降分析和观测结果比较应按要求及时报送业主及咨询、设计单位，如果发现测定的沉降明显大于计算沉降，超过设计值20及以上时，应及时通知设计方、咨询方和业主，由咨询方组织进行分析讨论，确定原因，采取相应措施。7.1.5 推导各观测断面沉降变形拟合曲线 为了尽可能准确的预测工后沉降，应对基床表层顶部（沉降观测桩或在超载预压时为 沉降板） 观测的沉降进行曲线拟

26、合， 对路堤区段可根据路堤填筑完成后沉降观测桩 （或在超 载预压时为沉降板）观测的结果为基准。曲线 拟合一般以中心观测桩结果为主，路肩观测 桩为参考。对路基横断面不对称区段（例如基底地面横坡1： 5 ）应相应考虑路肩观测桩测定结果。拟合曲线的推导一般以三个月为周期反复进行以不断逼近路基的真实变形状况。具体 的说， 在路堤完成填筑、 安装沉降观测桩后， 按规定的周期测定三个月后可根据三个月测定 的沉降观测结果推导第一个拟合曲线 S1 (t) , 见示意图 =6 个月)然后继续观测三个月，并 检查第一次预测结果是否合理。 然后根据总共六个月观测的结果推导第二个更接近时间的沉 降拟合曲线 S2 (t

27、) ，以这种方式不断逼近真实的路基变形发展。应当指出，在推导沉降拟合 曲线时后期的沉降测定结果特别重要，应重点考虑，见示意图 通常采用的沉降拟合曲线有以下几种：s(t)=s (1-e-a.t)指数函数S(t) =t/(b+t/ s )双曲函数其中： s：以路堤填筑完成后(沉降观测桩安装后)为时间起点(t=0 )发生的最终沉降量( t = )。a， b： 沉降拟合曲线的参数。如有更合理的函数形式，也可采用。路堤完成施工(埋设观测桩后)示意图 推导沉降拟合曲线 s (t) 对路基工点每一观测断面应推导相应的沉降拟合曲 线及参数， 作为预测工后沉降的基础。 如果三个月内没有进一步的沉降发生， 可在充

28、分考虑 所在工点和观测断面路基具体情况的基础上， 征得各方同意后可考虑不再进行沉降拟合曲线 的推导工作。路基沉降预测应采用曲线回归法，并满足以下要求：（ 1）根据路基填筑完成或堆载预压后不少于3 个月的实际观测数据作多种曲线的回归分析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于0 . 92 。（ 2）沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于3 个月的两次预测最终沉降的差值不应大于 8mm。（3）路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件：S （t） / S （t =）75 %式中： S （t） ：预测时的沉降观测值；S （ t= ） ：时间 t 时预测的最终沉降值（时间起点

29、t=0 为沉降观测桩安装后观测算起） 在观测沉降三个月后 （以完成路堤填筑埋设沉降观测桩为始点） ，即完成第一个拟合曲 线推导后可进行第一次工后沉降预测。为了进行工后沉降预测， 除了对路基工点各观测断面以迭代方式确定相应的沉降拟合曲 线 S（ t）外，见第，还应根据具体施工组织计划确定以下时间点： 预计铺设无碴轨道时间点 T0一 预定运营完成的时间点 T3 （100 年）工后沉降 SR（不包括交通荷载引起的附加沉降）由两部分组成，见图SR=S（T3 一 T0） + Sst其中：S （ T3一 T0 ） ：为路基在铺轨后发生的沉降。Sst：铺设无碴轨道结构自重发生的沉降，一般很小，影响深度很浅，而且完成较快。 可根据传统方法计算确定。如果实测总沉降明显小于计算值（见第示意图 沉降观测路基各工点每个观测断面的工后沉降可由SR=S（T3 一 T0） + Sst 预估。其中 S（T3 一 T0）由以， Sst 可以根据第对每个路基工点的各个观测断面应分别预测其相应的工后沉降并填写以下表格：示意图 沉降预