沉降观测技术总结

来源:互联网 由 船舶建造工程师 贡献 责任编辑:王小亮  

一、工程概况

海南东环铁路DHZQ-1标无砟轨道路基起讫里程DIK4+800~DK21+300,长36024.03m,其中DIK4+800~D1K26+623.81段,时速80公里,DK7+100~DK21+300段时速250公里。沉降观测板布设间距50m,大桥特大桥3座(新海口高架双线特大桥、东线高速双线特大桥、南渡江双线特大桥)中桥1座(采石坑中桥)、框架桥3座(石塔框架桥、美兰互通1#框架桥、美兰互通2#框架桥)、涵洞23座,桥尾均设置了路桥过渡段。

海南东环铁路DHZQ-1标有砟轨道路基分三段:K3+700~K4+125段,还建西环线0.425km,时速80公里。D1K1+700~D1K4+800段,时速80公里,线路长度为3.1km。DK21+300~DK45+700段,时速250公里,长24.4km。共37处路基软基设计工点,其中堆载预压处理9处、水泥搅拌桩6处、碎石桩加固处理1处、强夯加固处理1处,其余软基工点均采用CFG桩处置。大桥特大桥16座、中桥2座,桥尾均设置了路桥过渡段。

二、沉降观测设置情况

1 沉降变形观测范围、内容

1.1 路基:根据不同的路基高度及不同的地基条件,主要内容有:

1.1.1 路基面的沉降变形观测

1.1.2 路基基底沉降观测

1.1.3 路堤本体的沉降观测

1.2 桥涵:桥各墩、台;预应力混凝土梁的徐变上拱变形;涵洞沉降观测

1.3 隧道:隧道口仰拱、隧道一般地段和不良、复杂地质区段沉降观测

1.4 过渡段:路桥、路隧、路涵、堤堑过渡段沉降观测

1.5 U型槽沉降观测

2. 路基沉降变形观测

2.1 观测断面及点的设置原则

2.1.1 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、地形等情况调整或增设。

2.1.2 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。

2.1.3 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100m;地形、地质条件变化较大地段应适当加密观测断面。

2.1.4 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。

2.1.5 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。

2.2 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:

2.2.1 路堤填高<3m,且地基压缩层厚<5m地段

顺号

观测内容

观测元件

观测点数量

断面间距

附注

1

路基面沉降观测

观测桩

3个/断面

50m

地势平坦、地基条件良好地段可100m

2

基底沉降观测

沉降板

1个/断面

200m

根据工点工期等具体情况适当增设

2.2.2 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

顺号

观测内容

观测

元件

观测点数量

断面

间距

附注

1

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100m

2

路堤基底沉降观测

沉降板

1~2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

一般地段和各类过渡段路基25%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

观测

单点

沉降计

1个/断面

200m

根据改良土工点、土质等具体情况,且改良土路堤填高大于5m时适当增设。

2.2.3 路堤加载预压地段

路堤加堆载预压地段按上述2.2.2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。

2.2.4 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2~3个/断面,断面间距50m,地势平坦、地基条件良好地段间距100m;当地基地层为红黏土、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。

2.3 观测元件的选取、埋设

2.3.1 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。由各施工单位采购。

2.3.2 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。

2.3.2.1 沉降观测桩(点):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),路基面两侧观测桩一般设在距左右线路中心3.2 m处。埋设规格见附图2.3.2.1,观测点钢筋头为半球形,高出埋设表面5mm,表面做好防锈处理。

附图2.3.2.1 路基面沉降观测点设置参考图(单位:mm)

2.3.2.2 沉降板:由钢底板、金属测杆(φ40mm厚壁镀锌铁管)及保护套管(直径不小于φ75mm、壁厚不小于4mm的硬PVC管)组成,钢底板尺寸为50cm×50cm,厚1 cm;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。

2.3.2.3 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Ф108或Ф127,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;观测路基本体变形按设计断面图埋设。

2.3.2.4 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,按一定间距依次读数,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,再通过数据处理计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,槽底中粗砂找平,表面回填5cm中粗砂并与褥垫层相平,两端部应进行有效保护。

2.3.3 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-01表。

2.4 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测量值的1%,灵敏度为0.01mm。

2.5 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2.5 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

2~3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/周

第2、3个月

1次/10天

3个月以后

1次/2周

6个月以后

1次/月

无砟轨道铺设后

第1个月

1次/2周

第2、3个月

1次/月

3~12个月

1次/3月

3 桥涵沉降变形观测

3.1 一般要求

3.1.1 桥梁变形观测应以墩台基础的沉降和预应力混凝土梁的徐变变形为主,涵洞除应进行自身的沉降观测外,尚应进行洞顶填土的沉降观测。

3.1.2 桥梁变形观测应逐跨、逐墩(台)布置测点,涵洞应逐个布置。岩石地基、嵌岩桩基础的桥涵可选择典型墩(台)、涵进行观测。对原材料变化不大、预制工艺稳定、批量生产的预应力混凝土预制梁,徐变变形观测可每30孔选择1孔进行;其余桥梁变形观测应逐跨、逐墩(台)布置测点,涵洞应逐个布置。

3.1.3 桥涵主体工程完工后,沉降观测期一般应不少于6个月;岩石地基等良好地质区段的桥梁,沉降观测期应不少于60天。观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时,应适当延长观测期。

3.2 观测点的布置

3.2.1 墩台沉降观测点可在墩身及承台上布置,一般在墩、台各设一点及在承台四个角设置四点。涵洞则在进出口处各设两点,详见图3.2.1-1 承台沉降观测点布置,3.2.1-2 墩身沉降观测点布置,3.2.1-3 涵洞沉降观测点布置。

3.2.1-1 承台沉降观测点布置

3.2.1-2 墩身沉降观测点布置

3.2.1-3 涵洞沉降观测点布置

3.2.2 预应力混凝土梁徐变上拱变形观测点设置在箱梁四个支点和跨中截面两侧腹板梁顶处,每孔梁的测点数应不少于6个。

3.2.3 涵洞沉降观测点设在涵洞边墙两侧帽石顶上,每个涵洞测点数4个。

3.2.4 桥涵变形观测点可参考附图3.2.4-1埋设,观测点钢筋头为半球形,高出埋设表面3mm,表面做好防锈处理。

附图3.2.4-1 桥涵变形观测点设置参考图

3.3 观测精度:桥涵基础沉降和梁体徐变变形的观测精度为±1mm,读数取位至0.1mm。

3.4 观测频次

3.4.1 墩台观测频次见表3.4.1。

表3.4.1 墩台沉降观测频次

观测阶段

观测频次

备 注

观测期限

观测周期

墩台基础施工完成

/

/

设置观测点

墩台混凝土施工

全程

荷载变化前后各1次

或1次/周

承台回填时,测点应移至墩身或墩顶

预制梁桥

架梁前

全程

1次/周

预制梁架设

全程

前后各1次

附属设施施工

全程

荷载变化前后各1次

或1次/周

桥位施工桥梁

制梁前

全程

1次/周

上部结构施工中

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

附属设施施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

架桥机(运梁车)通过

全程

前后各1次

至少进行2次通过前后的观测

桥梁主体工程完工~

无砟轨道铺设前

≥6个月

1次/周

岩石地基的桥梁,一般不宜少于2个月

无砟轨道铺设期间

全程

1次/天

无砟轨道铺设完成后

24个月

0~3个月

1次/月

工后沉降长期观测

4~12个月

1次/3个月

13~24个月

1次/6个月

注:观测墩台沉降时,应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

3.4.2 预应力混凝土徐变上拱观测频次见表3.4.2。

表3.4.2 梁体竖向变形观测频次

观测阶段

观测频次

备 注

观测期限

观测周期

梁体施工完成

/

/

设置观测点

预应力张拉期间

全程

张拉前后各一次

测试梁体弹性变形

桥梁附属设施安装

全程

安装前后各一次

测试梁体弹性变形

预应力张拉完成

~无砟轨道铺设前

≥60天

1次/1、3、5天

后期1次/周

无砟轨道铺设期间

全 程

1次/天

无砟轨道铺设完成后

24个月

0~3个月

1次/月

残余徐变变形

长期观测

4~12个月

1次/3个月

13~24个月

1次/6个月

注:测试梁体徐变上拱变形时,应同时记录梁体荷载状态、环境温度及天气日照情况。

3.4.3 涵洞观测频次见表3.4.3。

表3.4.3 涵洞沉降观测频次

观测阶段

观测频次

备 注

观测期限

观测周期

涵洞基础施工完成

/

/

设置观测点

涵洞主体施工完成

全程

荷载变化前后

或1次/周

观测点移至边墙两侧

洞顶填土施工

全程

荷载变化前后

或1次/周

架桥机(运梁车)通过

全程

前后

至少进行2次通过前后的观测

涵洞完工~

无砟轨道铺设前

≥6个月

1次/周

岩石地基的涵洞,一般不宜少于2个月

无砟轨道铺设期间

全程

1次/天

无砟轨道铺设完成后

24个月

0~3个月

1次/月

工后沉降长期观测

4~12个月

1次/3个月

13~24个月

1次/6个月

注:测试涵洞沉降时,应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

4 隧道基础沉降观测

4.1 一般要求

4.1.1 隧道主体工程完工后,变形观测期一般不应少于3个月。观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时,应适当延长观测期。

4.1.2 隧道内一般地段沉降观测断面的布设根据地质围岩级别确定,不良和复杂地质区段适当加密布设。

4.2 观测断面的布设

4.2.1 一般情况下,Ⅲ级围岩每400m、Ⅳ级围岩每300m、Ⅴ级围岩每200m布设一个观测断面。地应力较大,断层破碎带,膨胀土等不良和复杂地质区段适当加密布设。

4.2.2 隧道洞口至分界里程范围内应至少布设一个观测断面。

4.2.3 隧底工程完成后,每个观测断面在相应于两侧边墙处设一对沉降观测点。观测点的埋设参照附图3.2.4-2进行。

附图3.2.4-2 隧道变形观测点设置参考图

4.2.4 隧道基础沉降观测的频次不低于表4.2.4的规定,沉降稳定后可不再进行观测。

表4.2.4 隧道基础沉降观测频次

观测阶段

观测频次

观测期限

观测周期

隧底工程完成后

3个月

1次/周

无砟轨道铺设后

3个月

0~1个月

1次/周

1~3个月

1次/2周

4.2.5 沉降水准的测量精度为±1mm,读数取位至0.1mm。

4.3 评估方法及判定标准

4.3.1 评估前应收集下列资料:

1 隧道基础沉降观测资料。

2 隧道地段的线路设计纵断面土、工程地质纵横断面图、地质勘察报告、设计图纸和说明书、沉降计算报告(包括设计沉降值与时间的关系曲线)等相关设计资料。

3 隧道开挖地质描述及开挖围岩分级记录、不同围岩地段基底承载力检测情况、施工监控量测资料、仰拱施工分项工程验收记录等施工资料。

4 施工质量控制过程和抽检情况等监理资料。

4.3.2 隧道内无碴轨道铺设条件的评估应根据有关设计、施工和监理的资料及交接检验和复检的结果进行综合分项。

4.3.3 沉降预测应采用曲线回归法,并满足以下要求:

1 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 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=∞)-预测的最终沉降值

4.3.4 地质条件较好、沉降趋于稳定且设计及实测沉降总量不大于5mm时,可判定满足无碴轨道铺设条件。

4.3.5 预测的隧道基础工后沉降值不应大于15mm。

5 U型槽沉降观测

U型槽观测同涵洞,沿线路方向每50米在槽身边墙顶对称布置两观测点。

6 过渡段沉降观测

6.1 过渡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。

6.2 分别在路桥、路涵、路隧过渡段的结构物起点、距结构物起点5~10m处、15~25m处、50m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。

6.3 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。

6.4 沉降观测水准的测量精度不低于1mm,读数取位至0.1mm。

6.5 沉降观测的频次不低于表6.5的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。

表6.4 过渡段沉降观测频次

观测阶段

观测频次

填筑或堆载

1次/周

堆载预压或路基施工完毕

第1、2、3个月

1次/周

无砟轨道铺设后~全线开通

第1个月

1次/2周

第2、3个月

1次/月

3~12个月

1次/3月

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