路基沉降控制与评估

1、津秦客运专线路基沉降控制与评估摘 要近年来，随着国家经济的迅速发展和国家基建的需要，我国规划和开建了大量高速铁路，其高速特点对线路平顺性、舒适性要求非常高，而且工后沉降不应大于15mm，桥梁、路基、隧道的过渡段不均匀沉降不得大于5mm，这就使得线路在建设过程中必须通过大量的沉降观测来实现对其高程的监测。因此，路基作为线路不可或缺的部分，其沉降监测与评估直接影响到线路的平顺性和安全性，而且由于路基相对于桥梁而言具有不稳定性，荷载对其影响的不确定性等直接关系到其工后沉降，甚至后期行车安全，所以，路基的沉降监测具有非常重要的意义，通过对新建津秦客运专线路基工程（包括三个涵洞）进行沉降观测，测量在不同

2、的工程阶段的路基的累计沉降量。简单论述其沉降观测的方案和技术要求和注意事项等。关键词 津秦 客运专线路基 沉降观测 技术要求一、路基沉降监测剖面布置按照监测位置来分类，路基变形监测主要分为路基面的沉降观测、路基基底沉降观测、路基坡脚位移观测以及过渡段沉降观测等，但是实际工程中，路基工程沉降变形观测主要是路基面沉降观测和地基沉降观测；路基施工过程中，应根据不同的结构部位、填方高度、地基条件、堆载预压等具体情况来设置沉降变形观测断面；同时应根据施工过程中掌握的地形、地质变化情况调整或增设观测断面。断面和测点一般按以下原则设置，并且能满足设计文件要求：1、路基沉降监测断面根据不同的地基条件，不同的结

3、构部位等具体情况设置。沉降监测断面的间距一般不大于50m，对于地势平坦、地基条件均匀良好、高度小于5m的路堤或路堑可放宽到100m；对于地形、地质条件变化较大地段应适当加密。路堤与不同结构物的连接处应设置沉降监测断面，每个路桥过渡段在距离桥头5m、15m、35m处分别设置一个沉降监测断面，每个横向结构物每侧各设置一个监测断面。2、观测断面类型及观测点1 )依据设计图路堤地段采用、型监测断面，型断面仅在桥头布置，一般每间隔3个型监测断面设置一个型监测断面。2 )型监测断面包括沉降监测桩和沉降板。沉降监测桩每断面设置5个，施工完基床底层后，预压土填筑前，距左、右线中心4.7m处于基床底层顶面埋设2

4、个沉降监测桩,其余3个于基床表层施工完成后布置于双线路基中心及距两侧路肩1m处的基床表层顶面上;沉降板位于路堤中心，基底铺设碎石垫层的地段埋设于垫层顶面，基底设混凝土板地段置于板顶面，随填土增高而逐渐接高测杆及保护套管。3 )型监测断面包括沉降监测桩和定点式剖面沉降测试压力计。沉降监测桩每断面设置5个，埋设方法同型监测断面；定点式剖面沉降测试压力计位于路堤中心,基底铺设碎石垫层的地段埋设于垫层顶面，基底设混凝土板地段置于板顶面。4 )型监测断面包括沉降监测桩、沉降板和剖面管。沉降监测桩每断面设置3个，布置于双线路基中心及距两侧路肩1m处的基床表层顶面上；沉降板位于路堤中心，底板埋设于基床底层顶

5、面上，随填土增高而逐渐接高测杆及保护套管，横剖面管埋设于路堤基底碎石垫层顶面处。3、路堤与横向结构物过渡段，于横向结构物顶部沿横向结构物的对角线方向铺设剖面沉降管。横向结构物两侧外边缘各2m处设置一个I型观测断面。路堤各型沉降监测剖面元件布置示意图：路堤沉降监测剖面元件布置示意图（型）地基处理完成，填筑路堤之前设置路基中心沉降板观测桩。设置方法如下：每个观测断面在线路中心地面设一个观测沉降板，在两侧路肩各设1个观测桩，在两侧路堤坡脚或挡土墙趾板设置观测边桩。沉降板由钢板或钢筋混凝底板、测杆和保护套管组成，与底板固定在垂直位置上，保护管采用塑料套管，套管尺寸以能套住测杆并使标尺能进入为宜，随着填

6、土的增高，测杆和套管亦相应接高，每节长不超过50cm。接高后测杆顶面应略高于套管上口，测杆顶用顶帽封住管口，避免填料落入管内而影响测杆下沉自由度，顶帽高出碾压面高度不大于50cm。边桩埋置方法采用洛阳铲打入设计深度，将预制边桩放入孔内，桩周以砼浇筑固定，确保边桩埋置稳定。在开工前沿线路两侧将水准观测基桩和边桩位移观测基桩设置于不受外界施工扰动的稳定地基内。在观测期间必须采取有效措施加以保护。在分层填筑路堤过程中，如果两次填筑间隔长时，沉降观测每3天至少观测一次。路基中心竖直位移量大于10mm/d时，及时通知停止填筑施工，待沉降位移、速率稳定后再继续进行填筑。当填筑至填土极限高度及附近时，要加密

7、观测次数至23次，密切注视路堤沉降情况。并注意观察路堤两侧地面有否增高现象，及时调整填筑速率。路堤填筑完毕，在堆载预压期前23个月内每三天观测一次，三个月后7天观测一次，半年后15天观测一次，一直观测到全线通车。二、路基沉降观测方法1、横剖面沉降观测方法采用横剖仪和水准仪进行横剖面沉降观测。每次观测时，首先用水准仪测出横剖面管一侧的观测桩顶高程，再把横剖仪放置于观测桩顶测量初值，然后用横剖仪测量各测点，区间每0.5m测量一点。沉降仪探头放到沉降管的一端，用刚性绳索把沉降仪探头拉到另一端，并从最近的标记（0.5m的整数倍）进行起记读数，即开始了沉降观测。探头每拉动0.5 米进行一次读数，直到沉降

8、管的端口，这组读数被称为往测读数，为使操作过程简单，在电缆上每0.5 米作有一个标记。把探头从测斜管中取出，把沉降仪拿到沉降管的另一端，重新放入沉降管中，方法同上，又可得到另一组返测读数。在测量时两端绳索带紧沉降仪读数稳定进行计数。剖面沉降观测的精度应不低于4mm/30m。2、沉降板、路肩观测桩观测办法路基变形观测时均应严格按照水准测量规范及沉降变形观测实施细则进行，观测过程实行“固定工作基点、固定观测人员、固定监测仪器、固定监测条件、固定观测线路”五固定原则，观测过程要一次完成，过程不间断，观测形式采用符合水准往返测。1）沉降板观测方法采用水准测量方法，按测量精度要求和频次定期观测沉降板测杆

9、顶面测点高程。沉降板观测时在测杆头上套一个专用的测量帽。测量帽下部以刚好套入测杆为宜，测量帽上部以中心为一半球型的测点。在沉降板测杆接高时应同时测量接高前后的测杆高程，即为两次高程差值。同时量取沉降测点至路堤填筑面高度并做好记录。2)路肩沉降观测桩观测方法与普通水准测量方法类似，路肩观测桩也是采用水准测量，按测量精度要求和频次定期观测路肩观测桩顶面测点高程。3)观测测量精度路基沉降观测水准测量的精度为±1.0mm，读数取位至0.1mm；3、沉降观测技术要求(1)、沉降变形观测基本技术要求1）严格按照水准测量的规范要求进行，作好首次观测。2）参加沉降观测的人员都已经过培训。3）为了将观

10、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，消除观测中的系统误差，提高测量数据的准确性。4）观测时要避免阳光直射，且处于基本相同的环境和观测条件，待成像清晰、稳定时再读数。5）随时观测，随时检核计算。 6）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，复测的水准数据要及时处理，用于新的平差。7）在测量过程中作好重要的信息记录。4、沉降变形观测具体技术要求1）水准网的观测按照国家二等水准施测，

11、必须采用附和或闭合水准线路，不许采用支水准线路或中视法。水准线路经过的工作基点或基准点不少于两个。2）外业观测按一等水准的要求进行，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：往测观测照准标尺分划的顺序为：奇数站：后-前-前-后；偶数站：前-后-后-前；返测观测照准标尺分划的顺序与往测相反。3）水准测量野外作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差M，M±1.0mm。 M应按下列公式计算：式中： 测段往返高差不符值（mm）； L 测段长（km）； n 测段数； 注：需计算全中误差，需使其2.0mm4）每一测段均为偶数站

12、,晴天给仪器打伞,避免阳光直射.扶尺借助尺撑,保证水准尺垂直。5）观测前30分钟，将仪器置于阴凉处，让仪器与外界环境温度一致。进行不少于20次单次测量，对仪器进行预热。避免望远镜正对阳光，避免视线被挡，电子水准仪测量时均应用遮光罩。6）电子水准仪的圆水准气泡严格居中。在连续各测站上安置水准仪，必须其中两个脚螺旋与线路平行，第三个脚螺旋交替置于水准线路的左、右侧。除线路转弯处，保持仪器与水准尺在一条直线上。7）当相邻周期的沉降量超过限差或出现反弹时，应复测工作基点或基准点的稳定性。8）重视测量元件的保护，避免受到人为破坏。三、内业数据处理1、原始数据的处理与平差在内业数据处理时，首先应该注意的是

13、工作基点标高，在雨季等对工作基点高程会产生影响的现象发生后需及时对控制网进行复测，保证数据的可靠性、合理性。 当确定控制网可靠无误时，我们需要对每天采集的数据进行平差处理，使用平差软件时，必须设置好相关的参数，这样才能保证处理的正确性，参数设置如下：（以铁道第三勘测设计院软件LevelPro 为例）1) 打开LevelPro软件，进入界面，新建或打开项目，设置好存储路径。2) 打开水准数据预处理，设置处理参数，根据所使用的仪器类型和外业测量时使用转点编号（数字或者字母） 3)选择观测文件 4）设置水准仪器观测数据限差，进行数据检核 5） 生成高差、平差文件，生成观测手簿。 6 ） 平差处理，生

14、成相关文件。 2、数据统计与趋势分析1) 数据处理完成后，需要完成对各测点本次高程的统计，对同以观测点求相邻两次高程的差值，计算本次沉降量。2) 当观测其次达到相关要求后，对数据进行一次汇总统计，做出趋势分析 对数据进行趋势预测，预算期沉降趋势和其工后沉降量，作为后续施工的参考。 如果路基包括涵洞等，其数据处理方法与路肩观测桩、沉降板一致，但是其在统计分析时稍有区别，如其统计图为: 由于涵洞各测点分布位置各异，其沉降量也稍有不同，但是各个测点的趋势应该是相同的，即预压前应该是有很小的沉降量，预压前与预压后由于荷载突变，其发生较大的沉降量，随着时间的推移，其沉降量越来越小，逐步趋于稳定，但是由于

15、测量误差仪器控制点高程变化等原因，其在趋势图上呈现的是围绕某一数值上下波动的情形。对该数据进行趋势线预测，发现其趋势线在时间趋于某一较大值时，其基本为水平方向，说明该点已经稳定，可以进行后续施工，这样就可以保证其工后沉降量在预估范围内，能满足设计的相关要求。 另外，路基还设置了剖面管观测仪，其数据的分析与统计方法与路基观测桩、沉降板的类似，由于其标高时根据剖面管仪洞口的观测桩来计算的，所以在计算过程中需要对洞口标高进行观测分析，作为剖面观测点的起算数据。在数据统计时，需要把各个期次、不同位置测点的数据统计到同一张表格中，对该剖面管对应断面进行统一分析，其趋势图为: 另外，在使用定点沉降仪器采集

16、时，需要注意的是仪器显示的点号需要与设置的定点点号要完全对应方可正确反映测量数据的沉降趋势，才能保证数据的可靠性和合理性。 外业数据采集完成后，通过专用的数据处理软件对数据进行处理，首先对数据进行预分析，对可能影响到沉降趋势的误差较大或者是错误数据进行剔除处理，对需要修改的水位数据A和沉降数据B、C进行相应的合理编辑，当测量数据到达一定期次和数量后， 就对其进行图形分析，选择需要分析的断面号、孔号、测点编号、开始时间，结束时间，生成图形，对图形进行趋势分析，判断其是否稳定，若仍没稳定，则判断还需要观测的期次以及分析其造成不稳定的因素，当线性达到如下趋势时，基本可以判定其处于稳定状态。四、沉降评

17、估 路基沉降评估采用的回归法预测其工后沉降的方法，在其工后沉降满足设计要求情况下，才能满足线上的后续施工。 路基沉降观测在其填筑之前就开始，在填筑完毕、预压后均应按要求的期次和频率进行观测，在填筑完毕3个月后进行预评估，评估时，首先对观测期次进行检查，满足要求方能进行评估，评估采用多种回归方法进行趋势预测和工后沉降量预估，其沉降量应不小于设计值的75%，回归相关系数不小于0.92。预评估通过后，开始线上相关施工，在此期间仍需按照相关要求进行沉降观测，并且在预压6个月后的终评估和预评估工后沉降量值不应大于8mm。根据经过对本标段内的路基数据的全程处理的经验教训得知，在沉降评估观测时有很多问题需要注意，例如，在数据处理过程中对控制网复测频次不够而造成的在处理两次复测间隔间由于工作基点变化较大，造成平差始终超限；对数据统计分析不够及时，使得没有及时发现有问题的数据造成路