高等级公路软基沉降观测的精度指标及观测规范化

高等级公路软基沉降观测的精度指标及观测规范化问题【摘要】在XX高速公路XX段沉降观测实践的基础上，探讨适合于公路软基沉降观规范化问题。提出沉降观测的精度指标、观测频率、水准测量等级及沉降观测测的实施的具体要求，作为高等级公路正确掌握沉降观测标准的建议。1前言高等级公路软基路段的沉降问题，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路堤施工进展中安全与否和预压是否到稳定的依据，以便使工程顺利进行。鉴于目前高等级公路的沉降观测没有专门规范可循，施工单位的测量多般习惯于用标高测设的方法进行沉降观测。这种操作方法实际上是一种等外水准(一次仪器高)配用塔尺，不过多考虑观测精度的一种水准测量方法。这种方法当地基沉降发生为几mm时，很难获得真实的结果，把没有沉降的点测成几个毫米的量值，或者相反。其次，各个施工队测量员的技术水平相差甚大，尽管有熟练操作仪器的技能，但对观测精度、操作限差及手薄格等规范化问题往往注意不够，特别是手薄格式的五花八门，导致数据混乱，易于出错。因此，研究沉降观测的精度、统一测量方法及操作规范、统一记录格式和成果整理等技术问题已刻不容缓。本文根据国家标准(GB50026-93)工程测量规范，结合高等级公路沉降观测的实践经验和具体条件，探讨适合于公路软基沉降观测规范化问题，旨在使沉降观测的技术有所发现、有所提高。2沉降观测的精度指标及频率2.1沉降观测的精度指标通常，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2mm。本文着重讨论沉降量大小与观测精度的关系，即沉降量越小，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。所谓稳定状态有两方面含义：一是路槽层(或95层，以下称95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5mm/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3mm/月时称为路面层稳定。显然，若考虑稳定状态时的小沉降量(3～5mm/月)，则要求很高的观测精度，应采用精密的仪器和方法进行沉降观测，增加了测量难度和工作量。因此，对施工全过程(路堤填筑、预压期及路面施工期)分阶段确定观测精度是合理的，下面用实测资料来分析沉降量变化的规律。2.1.1路堤填筑的沉降量取XX高速公路XX段A-D标的路基沉降观测资料(计331个观测点、3680次观测的时段沉降量)，以15d为观测时段，划分0～5mm、5～10mm、大于10mm的三个沉降量的区间，经统计得各区间出现的次数与百分比，见表1所示。A-D标段已发生的沉降量百分比，见表2所示。15d沉降量的统计表表１畏沉降量的痛区流间木(拨mm)卡A宾标突(航37km核)制B帖标浊(累32km师)豪C分标鉴(救45km射)锁D成标喝(遥42km峰)皆12颤6压点槽79陆4爆次唱9浇5祸点裤109寄4健次谨6斑6宇点扯102厅0职次柱4弦4闹点遣77南2咸次反出现次数猜%询出现次数态%狂出现次数艘%型出现次数声%品0开～亭5忘190娘23.9沸615袍56.2铁330疤32.4踏325著42.1摘5渴～钳10川155属19.5湖186淋17.0富200藏19.6或167堆21.7较＞魄10蜂448适56.6四293役26.8公490言48.0咽280蛾36.2路堤填筑期发生的沉降量统计量表2被沉降农量鸡(拢cm)神标段饶＜馒30竭3摸0励～尚50徐5牌0崭～弊60您＞协60稠A荒标扩(总昆山贸段逝)瓜46.7温3%签38%炕4.4%拘10.8问6%忧B程标畏(县苏州骄段闹)售88.7类%枣4.5%君4.4%滚2.2%山C情标钞(婆无锡钞段劳)双23.4矮%踢32.8碗%眨23.4袄%飘20.3琴%宵D损标典(刷常州赖段密)茂82.3前%溉16.7匹%究1%萝0表1中，若将大于10mm的沉降量看作是大沉降量，则各标出现的百分比：A标为56.6%、B标为26.8%、C标为48%、D标为36.2%。这些大沉降量一般出现在路堤施工期的大部分时间中；而0～5mm的小沉降量大部分出现在95层即将到位的时段中。表2可知，由于每个标段的地基土质和软基深度厚度不完全一致，所发生的沉降量也有所区别。例如，以大于30mm的沉降量为界限，A、C标出现的百分比分别为53.3%和76.6%，而B标、C标为11.3%和17.7%。若取路堤填筑施工期为500d，则折算为月平均沉降量为2cm。可见，A、C标的测量精度可放低一些，而B、C标应作较高的要求。2.1.2堆载，等、超载预压期的沉降量95层完成以后，路段采用堆载或等载预压；桥的两端应进行超载预压。这种等、超载预压技术措施，可使后续施工路面结构荷载对地基引起再沉降量达到最小程度。资料表明：堆载或等载路段预压3～6个月后，实测总沉降量一般在2～6cm之间；桥头超载为5～20cm。其中第一个月的沉降量要大一些，但很快地衰减为毫米级的小沉降量。沉降速率至3～5mm/月，趋于稳定。这个结论可在一份抽检报告中给予证实。抽检时间为1995年1月15日到1995年5月15日(每个月观测一次)。XX段全线抽检92个点计322次观测。其结果大于10mm占28%；小于10mm占72%。可见，大部分的沉降量为毫米级的小沉降量。2.1.3路面施工期的沉降量取XX高速公路A标段沉降量最大的路段作资料统计，该段于1994年10月完成全线油面底层的施工。根据实测资料，将底基层、基层及油面层(中面层施工未完，暂不统计)施工中的沉降量出现的次数及百分比列于表3。表中可知，0～5mm的小沉降量出现频率在80%以上。至于其它标段，例如B标，全线仅有2个点达10mm的沉降量，其它均小于5mm。因此，路面施工期的沉降观测必须讲究提高观测精度。Ａ标路面施工期沉降量统计表表3指出现频率滤施工期泥0犯～迷5mm造5言～征10mm脊＞灵10mm眼次数另百分叫比剂%士次数垂百分青比枣%搬次数阁百分蚂比生%症底基趋层岩(半二承灰尺)侧53满72.6相7墙9.6迅13尺17.8舟基祖层喜(洽二灰碎避石骆)孙155年80.8海22台11.4延15厅7.8角油底面层钥142悔88.2州14已8.7窄5燃3.1统计资料表明：随着路堤填筑的升高，沉降变化的规律是由厘米级的大沉降量变为毫米级的小沉降量。因此，沉降观测的精度也应随筑堤的升高而提高。本文提出：在路堤填筑期中，由于沉降量一般较大，观测精度可适当低一些，取3～2mm为宜，但在预压期和路面施工期中，观测精度要求较高，一是因为观测的沉降量为毫米级的小沉降量，特别是趋于稳定时要求更高；二是因为路堤填筑结束后，在稳定荷载的作用下，仍有一部分后期沉降量，通过观测达到稳定标准3～5mm/月求得沉降过程线，并推算出最终沉降量，满足设计工后沉降的要求。但测点的观测精度将直接影响到最终沉降量值的精度。因此，95层完成以后，沉降观测精度取2～1mm才有意义。2.2沉降观测的频率图1沉降过程线图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。为了说明确定观测频率的方法，现取软土较薄的粘土层路段，沉降过程线呈现单一走向的曲线(图1)。图中看出：第Ⅰ阶段为路堤填筑期，随着土的荷载加大，沉降速率较大，观测频率应大一些。一般每填1～2层或7～10d观测一次。第Ⅱ阶段为预压期，该阶段沉降的特点，先是发生较大的沉降量，经转折点T后(图1)，很快趋于缓和，因此预压初期的观测频率每7～10d观测一次，以后每个月观测1～2次。第Ⅲ阶段为路面施工期，分底基层、基层和油面层三期施工。根据设计厚度，每层分一次或二次碾压。该阶段沉降量较平稳，观测频率为每做一层观测一次。若下层与上层施工间隔较长，则增补隔月观测一次。3水准测量的精度与方法观测精度指标确定后，选用何种等级的水准测量是众所关心的问题。现取水准测量规范中，二、三、四等水准测量的观测中误差m观(尺上一次读数中误差)分别为0.18mm、0.78mm、1.04mm，以此来分析一测站的高差中误差和两期观测测站之差的中误差，见表4。水准测量精度分析表达式表4技等约颗级仓m颤观立(裕mm)阁一测站基区、辅分划观或红、黑暑面平均值次的高差中育误丽差疾(造mm)腥二期观测职高差之差舒的中误语差锅(飞mm)键沉降点由守二个或三磨个测站完疗成，二期仗观测高差卡之差的中近误赛差雹(幸mm)最二个测站貌三个测站糟二粥0.18架m顺站斯=m终观此=0.1唐8腔0.1贩8歉根针号榴2=±0柔.25艘±0.3园5征±0.4唐3削三富0.78溉m溜站凤=m愁观环=0.7穷8亮0.7公8害根苹号嘱2=±1酷.1贫±1.6碍±1.9拒四妄1.04在m抱站揭=m侦观跪=1.0锯4别1.0滥4大根笑号泳2=±1直.5谦±2.1武±2.6水准测量若考虑其它一些误差影响，表4所列的误差值还略大一些，若不考虑水准基点高程中误差，则沉降点二期观测高程之差的中误差就是表4中所列的各项误差值。表4可见，若观测精度为2～1mm时，预压期及路面施工期的沉降观测选用三等或二等水准测量。施工单位配有DSI水准仪时，可采用二等水准，否则至少用三等水准观测。目前高等级公路的建设单位和各个监理组配有进口的精密水准仪，可以用二等水准要求检查三等水准的沉降观测成果。这样比较合理地判别沉降观测的正确性。在路基填筑过程中，要求达到3～2mm的观测精度时应采用四等水准测量或红、黑面五等水准测量。4沉降观测的实施瘦4.高1纹准备工底作刊4.1.罩1响沉降板筝的埋设薯软土路院基一般每砍隔犁200奖m谅埋设一个倡沉降点；钞非软土路定基殿每只1k挠m欺埋设一个禽。沉降板后由一根直碰杆药(唉直饼径止=2占0璃～戏30m辣m市的钢管或姥自来水系管偷)却和货600×同600×孤9m洽m坐的沉降钢缺板组成。瞧直杆用三概根斜钢筋丢焊接在沉趋降板上，碌沉降板埋眉设在路基论的底面或清砂垫层秤下稿(婶图酬2扶)昆。为了使津沉降杆不裁受破坏，扶杆长应随妨填土升高也而逐段接史高。每段获接管的长举度抬为零2判0浓～朵30m继m伏，两端有迹螺纹接头介与空心管她紧绞连接凉。观测时止，每段接帝管的顶面沫应有相邻芬两期的观答测标高。循也就是说匀：第一段任接管埋好矩后，随即剪测量管顶伴标高，作劈为第一期惰观测值。策待填筑一腹层土后，塞先在原顶洽管面处观扇测标高，竖作为第二鹿期观测值缠。随即接竞上第二段胞接管，观邻测管顶标斧高。这样桂，循序逐著节升高，哨计算出每虏期观测的极沉降量。图2共为了售不使填压洁的土质嵌吨入空心螺邪纹管内，扬每段接管游应套上一宅段塑料圆束管，圆管锐的高度略寒高于接管掉顶面，圆枯管的直径佣略大于水棒准尺的宽袋度。套管系顶面盖上通一个圆盖例板，盖板逝中心穿一慎段红布线衰条，以便刺下次测量通找出沉降明点位供。末4.1.竖2冻位移桩栏的设置震在路基虫填筑过程珠中，由于国路堤荷重就的作用，醒使路堤坡苗脚处可能蚊产生水平诵位移和垂舅直位移，撞因此要在造路堤坡脚晌处设置若类干位移枯桩散(骆图站3窝)叫。位移桩离长度耐为显10膨0耀～霉200c械m楚，断面嫂为据10×1么0c椒m蛛的方桩打溉入地基内林。桩的入识土深度是柿随土基软刃硬程度不慎同而异，躬以不被踩赔动为原则榴。位移桩至的布置根疏据地基及院路堤场地滥条件确定栗，一般从内路堤坡脚恒起，在垂驰直于路中队心线方向占每钉隔业2诉～没3赴m艺布凭设猛5柴个位移桩夸，并用经庭纬仪定线著方法麻使信5独个桩在一安条直线上骆，最后用攀小钉在木激桩上标定健桩位。为悠了观测水印平位移，仰在移位桩熔的延长线窑上设置二蔑个固定才桩佳A授、宋B(A嚷B知为的2渔0灶～纸30m太)塑。每次观完测时，安赴置经纬仪唐于臭A偿点，后摩视搏B廉点，倒转绳望远镜观贺测免5条个桩是否招在一直线济上，否则捉量出偏出珍直线的垂番距恢(服即横向位势移灯)毫。用钢尺轻丈量固定弓点肾A现到各位移闪的距离，供两期观测档的距离差竿为纵向位心移。钢尺森丈量时要砍记上气温微，以便进烂行温度改娇正。用水巴准仪测量宣位移桩的桨垂直位移陡，用首次伶观测的标漫高减去烘第竖i肿次观测的牛标高即为钱垂直位移务。规率定靠“旱正枣”丛号为下沉选；惠“御负嚼”爽号为上升仿，如上升贤到一定量度级，则表发示地基有湖破坏的趋泥向，应及厅时上报，悄以便采取纸措施。产图狡3披位移桩治布设示意唐图侄4.1.彼3掏水准点边布设及转多置桥上水柔准点雪水准点应绳选在垂直逃于路中心部线晒50拘m朽外的距离惠，土质坚太硬便于长授期保存和汪使用的地讯点，并埋伐设混凝土碌水准标石门，以便在敢路堤施工达时进行沉键降观测。气随着路堤示升至一定鉴高度时，糠这些地面旺水准点的论观测就不种太方便了拨。因此，洋当桥梁工邻程结束时临，为了减璃少沉降观带测由地面醉水准点传忙递到路面无的高差影牲响。可将姥水准点转饲设到有灌浙注桩的耳饱墙桥角上贞。桥角水厨准点必须注钻孔埋设耀有球状顶定面的水准小标点，各攻桥上水准僻点应组成邮水准线路据，求得正裤确高程后忧，才能使夺用扒。帖4.1.晋4论水准仪表及水准尺滥二等启水准测量蹦仪器采耍用暮DS尽1云精密水准饥仪，配用究因瓦水准拦尺；三、巩四等水准圣测量采辆用晒DS降3习水准仪，讨配限用荒3闭m谊长的红、仔黑面木质硬水准尺。拖水准尺各士部分转动关应灵活，诸望远镜制瘦微动螺旋眉作用应可旷靠，调焦急镜运用及团目镜调节钱不能有明利显的晃动蹦现象。每旧次观测前泼除检验圆困水准器、扯十字丝位献置正确性刘，自动安叨平水准仪处补偿器灵大敏度等项灶目外，必员须正确进睡行盆i块角的检验探。精密水驴准仪按国跳家一、二脱等水准测跑量规范进埋行检验；解普通水准供仪按国家炉三、四等银水准规范权进行检验心。欢DS池1兔水准苦仪油i败角不应超损过讨1递5啦″视；际DS衣3糕型水准仪时不应超鞠过延2悉0笨″玩。水偏准尺必须列牢固无损率，尺底板高不应有松裙动，尺的姨中线与尺薪底成垂直普，尺面不冬能有弯曲脱。水准尺丝应进行标袍尺零点不亭等差仇、延1抬米长度和史分米长度自等项目的个检验，水德准尺必须污装有圆水芳准器，不咏符合要求降不能使用增。偷着重提出冶：大多数插施工队习卷惯用塔尺鞭进行沉降包观测，这闻是不能允径许的，因粉为塔尺上冬没有圆水帖准器，尺奖子的垂直哑度难以控科制。若尺诚子前、后抬有倾斜，颈加上风的枝影响，则及尺子在上知3无～砖5惨m阅处的读数篮可伸达男5甩～稻10m惩m俭的误差影我响，这样永就失去了构沉降观测薪的精度意尾义辱。驼4.着2呜沉降观少测的外业恨为了律提高沉降嘉观测精度醒，按如下以要求进行弦操作：私队(1团)氏每期观测蓄做到四个域固定：固丑定观测人尺员；固定钉仪器及水可准尺；固覆定后视尺孤读数；固慨定测站及搂转点。在怜实际工作污中，由于唤路堤逐层卵升高，导缸致测站位活置难以固酿定。笔者娱建议：在服首次观测辟时，将水贪准仪大致睛安置在路策中心线处孤，使前、甲后视距满符足要求，释读取一个准前视距离单作为固定冬值。这样井在以后各勉期观测中同仪器安置刷于相同位搂置，既固渠定了测站畜，又不必秀在每次观料测时读取著前、后视俩距。焦当沉降观造测点转置未到人孔井栏上俯(坑人孔点用痕标钉标特志厘)阁时，可利床用桥上水捕准点和人灾孔井的固眨定关系固恋定测站位孤置。操作雀时有三种环情况：一滔是观测桥绩头两端人卸孔点时，县仪器安置荐在桥的中惰部暖(锄中央分隔鲁带的左侧千或右侧，务并在桥面嚼板上用红赵漆绘醉上蝶“如不塘”叙的记歼号朽)享位置，视值距一档般扬1粉0退～幕30受m震左吵右棒(谢中、小型凉桥爽)眠；二是当兼桥上水准梳点离人孔娱点矛为阿200哥m弓左右时，愧仪器固定抹在这二点鹿中间的那记个人孔厉旁成(醋人孔足井停100宝m邻左右有一厕个门)俗，视距可泊能灯在酷100蚕m师左右；三歪是桥上水番准点离人宰孔拉100湾m写左右时，饼仪器固定们在距水准撇点挤50m挨(裳等距离胞处是)泊。用上述母方法固定翼测站，视纵距不等差泰可能会超对出规定的亏若干米。属但由于沉欺降量是两嘉期观测高写程之差求球得，每次梁观测的高扯程即使黄有柔m尘△帐h毛的误差，筐只要固定办仪器刷，影i纯角校正到今很小，且陪变化不大宇，不等差划引起的高景程误天差逢m施△增h仔可以在两芹期高程相安减中给予熟消除，所披求得的沉肌降量是正峰确的。可题以认为，音根据公路呀人孔沉降倒观测的实饿际情况，锣操作中不辜必严格使匙前、后视克距控制略在点3m扶(拴三栋等耕)高或鸡5m踪(病四章等停)踢之内。这钓就是采用夫四固定方烂法的优点粗所在。骄炼(2榨)需观测时必余须携带尺敌垫，严禁厘用砖石或响不设尺垫岔作为转点息。队身(3役)授一测站观泥测高差必碧须用红、印黑自面介(华或基铺位面胖)俯读数，各吐项限差及民路线允许村闭合差见演表桨5生。当块沉降量较吓大时，可妖用五等水键准代替四滤等水准测班量。这里许所指的五秧等水准，拦其操作方睬法与三、饶四等水准例测量完全啄相同，限熟差见米表朝5话。安恐佳锐筒水准测量盘的主要技高术指标崭视表５杰等级波水准仪的剩型号稼视线长通度席(题m)恰前后视塘距致差连(逗m)眉前后视累章距零差煌(声m)糕红、黑延面奖(辆基、辅大面绿)叮读数较幻差乘(侮mm)它红、黑医面拍(子基、辅皮面袍)熄高差较塑差春(冒mm)座往、返较启差，附合坟允许闭合浓差劳(线mm)葛二境DS1棚50叠1经3室0.5置0.7杏±0.棒6资根闹号茫n都三锁DS1患100封3畏6械1.0钞1.5承±1.字4悦根卖号年n进DS3热75狼2.0胶3.0扣四邻DS3龙100裕5厨10芒3.0劫5.0遮±神2别根猛号确n贺五拾DS3济120五20范/椅4.0深6.0线/被注归：榆n躬-举测站数；脊路线允许饺闭合差取狭自［工程兰测量规盘范恒9.3.口4书款］屠收锹(4微)纽每次观测沉结束后，破应及时填掏写沉降观骗测记录猜表拒(此表堆6键)搭。肢沉降观测差记录表乒较表采6因沉降块板编号距Ａ裳7-06莫路槽按底面标高挣滴8.35顽m压地基处理苹方法串砂垫层静埋设桩勤号袭Ｋ鸣16+4盘80丝原地面启标高贞7.04麻m裤设计密总沉降量鞭350m庙m姥观测日期他填土项面自标圾高满(致m)权累计填土求高妈度普(承m)拳接管顶标记高杆(弯m)季本次沉降打量礼(湖mm)鸡累计沉降专量职(孩mm)奴荷载名称炎备注枪1994饲.4.3柳0即3.37骗0判7.33冒7炮0梢0齐路堤底颤1994夜.5.2扁6垒7.66谷0.29犬7.31迎1义7.52距3羽26笋26羡加载第一柜层透1994蛙.6.1盼7.75搬0.37剧7.50枪9烂7.71柿7沈14棕40野加载第二偶层洁1994生.6.1爽7肯7.99颈0.62藏7.71屡1疑7.93济5主6玻46盆加载第三奶层家1994状.7.1闪5现8.37良1.00厦7.93撇3耗8.34执6浓2掀48欣路槽层勤1994趟.8.1倘0豆8.37烦1.00特8.34秃6饮-1摸48捕路槽层昌1994贷.9.1池2针8.69昌1.39蛙8.34胶3爽8.67漠3亦3咐51斩底基层束：享：跌：赶表中纤本次沉降备量一栏宏，限“祥正猴”厨号表示下遮沉索；桌“浑负蚕”劲号表示上答升。在沉蛙降观测中追，上升情哀况一般不贩会出现，怠除非在等史、超载土性下卸时，踏由于路基之的回弹可婚能出现上录升跑的散“仙负膜”饲值。因此康，在卸土杰完毕后，栋随即进行誓观测，以深便积累路疏堤土回弹侧的观测资址料。必须穗注意：当锹计算的沉挤降量出撒现袖-1m传m湾或只-2m枣m炒时，表明难测量误差沫所致。如坑出现较大鱼的岭“棚负哈”樱值歼(-3m袜m资以