高等級公路軟基沉降觀測的精度指標

1、高等級公路軟基沉降觀測的精度指標及觀測規(guī)范化問題白忠良徐澤中【河海大學南京210024】摘要：在滬寧高速公路江蘇段沉降觀測實踐的基礎上，探討適合于 公路軟基沉降觀規(guī)范化問題。提出沉降觀測的精度指標、觀測頻率、水準測量等級及 沉降觀測測的實施的具體要求，作為高等級公路正確掌握沉降觀測標準的建議。 關鍵詞：公路軟基理論沉降觀測指標規(guī)范化1 前言高等級公路軟基路段的沉降問題，直接影響到工程的質量。建 設單位為確保質量成立了專門的機構進行沉降和穩(wěn)定管理，指定施工單位進行連續(xù)的 沉降觀測，使有害的沉降在工前發(fā)生，觀測成果用以作為判斷路堤施工進展中安全與 否和預壓是否到穩(wěn)定的依據(jù)，以便使工程順利進行。鑒于

2、目前高等級公路的沉降觀測 沒有專門規(guī)范可循，施工單位的測量多般習慣于用標高測設的方法進行沉降觀測。 這種操作方法實際上是一種等外水準（一次儀器高）配用塔尺，不過多考慮觀測精度的 一種水準測量方法。這種方法當?shù)鼗两蛋l(fā)生為幾 mm寸，很難獲得真實的結果，把 沒有沉降的點測成幾個毫米的量值，或者相反。其次，各個施工隊測量員的技術水平 相差甚大，盡管有熟練操作儀器的技能，但對觀測精度、操作限差及手薄格等規(guī)范化 問題往往注意不夠，特別是手薄格式的五花八門，導致數(shù)據(jù)混亂，易于出錯。因此，研究沉降觀測的精度、統(tǒng)一測量方法及操作規(guī)范、統(tǒng)一 記錄格式和成果整理等技術問題已刻不容緩。本文根據(jù)國家標準 （GB50

3、026-93）工程測 量規(guī)范，結合高等級公路沉降觀測的實踐經(jīng)驗和具體條件，探討適合于公路軟基沉降 觀測規(guī)范化問題，旨在使沉降觀測的技術有所發(fā)現(xiàn)、有所提高。2沉降觀測的精度指標及頻率2.1沉降觀測的精度指標通常，確定沉降觀測的精度指標有三條標準：一是根據(jù)沉降量 的大小確定精度指標；二是探討沉降觀測中誤差與建筑物允許變形值的比值關系；三 是采用規(guī)范中規(guī)定的固定值，例如前蘇聯(lián)水工建筑物變形觀測規(guī)范規(guī)定軟土地基沉降 觀測精度為2mm本文著重討論沉降量大小與觀測精度的關系，即沉降量越小，觀測精 度越高，反之，要求為低。就公路軟土地基的沉降量來說：沉降量的變化是相當復雜 的，它與設計總沉降量的大小、觀測頻

4、率、軟基厚度、地基處理的方法、填土高度、 沉降控制的方法以及沉降趨于穩(wěn)定狀態(tài)等因素有關。所謂穩(wěn)定狀態(tài)有兩方面含義：一 是路槽層（或95層，以下稱95層）完成后，經(jīng)過一定時間預壓（堆載或等、超載），若連 續(xù)兩個月實測沉降速率小于5mm月時稱為路基穩(wěn)定；二是路基穩(wěn)定后，進行底基層、基 層和油面層施工時，若連續(xù)兩個月實測沉降速率小于 3mm月時稱為路面層穩(wěn)定。顯 然，若考慮穩(wěn)定狀態(tài)時的小沉降量（35mm月），則要求很高的觀測精度，應采用精密 的儀器和方法進行沉降觀測，增加了測量難度和工作量。因此，對施工全過程（路堤填筑、預壓期及路面施工期）分階段確定觀測精度是合理的，下面用實測資料來分析沉降 量變化

5、的規(guī)律。2.1.1 路堤填筑的沉降量取滬寧高速公路江蘇段 A-D標的路基沉降觀測資料（計331個觀 測點、3680次觀測的時段沉降量），以15d為觀測時段，劃分05mm 510mm大于10mm 的三個沉降量的區(qū)間，經(jīng)統(tǒng)計得各區(qū)間出現(xiàn)的次數(shù)與百分比，見表1所示。A-D標段已發(fā)生的沉降量百分 比，見表2所示15d沉降量的統(tǒng)計表沉降量 的區(qū)間（mm）A 標(37km)B 標(32km)C 標(45km)D 標(42 km)126點794次95點1094次66點1020次44點772次出現(xiàn)次 數(shù)%出現(xiàn)次 數(shù)%出現(xiàn)次 數(shù)%出現(xiàn)次 數(shù)%0519023.961556.233032.432542.151015

6、519.518617.020019.616721.7> 1044856.629326.849048.028036.2路堤填筑期發(fā)生的沉降量統(tǒng)計量表2沉降量（cm）標段V 3030 5050 60> 60A標（昆山段）46.73%38%4.4%10.86%B標（蘇州段）88.7%4.5%4.4%2.2%C標（無錫段）23.4%32.8%23.4%20.3%D標（常州段）82.3%16.7%1%0表1中，若將大于10mm勺沉降量看作是大沉降量，則各標出現(xiàn) 的百分比：A標為56.6%、B標為26.8%、C標為48% D標為36.2%。這些大沉降量一 般出現(xiàn)在路堤施工期的大部分時間中；而0

7、5mm勺小沉降量大部分出現(xiàn)在95層即將到位 的時段中。表2可知，由于每個標段的地基土質和軟基深度厚度不完全一 致，所發(fā)生的沉降量也有所區(qū)別。例如，以大于30mn的沉降量為界限，A、C標出現(xiàn)的百 分比分別為53.3%和76.6%,而B標、C標為11.3%和17.7%。若取路堤填筑施工期為500d， 則折算為月平均沉降量為2cm可見，A、C標的測量精度可放低一些，而 B、C標應作 較高的要求。2.1.2 堆載，等、超載預壓期的沉降量95層完成以后，路段采用堆載或等載預壓；橋的兩端應進行超 載預壓。這種等、超載預壓技術措施，可使后續(xù)施工路面結構荷載對地基引起再沉降 量達到最小程度。資料表明：堆載或等

8、載路段預壓36個月后，實測總沉降量一般在 26cm之間；橋頭超載為520cm其中第一個月的沉降量要大一些，但很快地衰減為 毫米級的小沉降量。沉降速率至35mm月，趨于穩(wěn)定。這個結論可在一份抽檢報告 中給予證實。抽檢時間為1995年1月15日到1995年5月15日（每個月觀測一次）。 江蘇段全線抽檢92個點計322次觀測。其結果大于10mm占 28% 小于10mm占 72% 可見，大 部分的沉降量為毫米級的小沉降量。2.1.3路面施工期的沉降量取滬寧高速公路A標段沉降量最大的路段作資料統(tǒng)計，該段于1994年10月完成全線油面底層的施工。根據(jù)實測資料，將底基層、基層及油面層（中面層施工未完，暫不統(tǒng)

9、計）施工中的沉降量出現(xiàn)的次數(shù)及百分比列于表 3。表中可知，05mm 的小沉降量出現(xiàn)頻率在80%以上。至于其它標段，例如B標，全線僅有2個點達10mm 的沉降量，其它均小于5mm因此，路面施工期的沉降觀測必須講究提高觀測精度。A標路面施工期沉降量統(tǒng)計表表3出現(xiàn)頻率施工期0 5mm5 10mm> 10mm次數(shù)百分比次數(shù)百分比%次數(shù)百分比%底基層（二灰）T5372.679.61317.8基層（二灰碎石）15580.82211.4157.8油底面層14288.2148.753.1統(tǒng)計資料表明：隨著路堤填筑的升高，沉降變化的規(guī)律是由厘 米級的大沉降量變?yōu)楹撩准壍男〕两盗?。因此，沉降觀測的精度也應隨

10、筑堤的升高而 提高。本文提出：在路堤填筑期中，由于沉降量一般較大，觀測精度可適當?shù)鸵恍?取32mm為宜，但在預壓期和路面施工期中，觀測精度要求較高，一是因為觀測的沉 降量為毫米級的小沉降量，特別是趨于穩(wěn)定時要求更高；二是因為路堤填筑結束后，在穩(wěn)定荷載的作用下，仍有一部分后期沉降量，通過觀測達到穩(wěn)定標準35mm月求得 沉降過程線，并推算出最終沉降量，滿足設計工后沉降的要求。但測點的觀測精度將 直接影響到最終沉降量值的精度。因此，95層完成以后，沉降觀測精度取21mm才有 意義。2.2 沉降觀測的頻率沉降觀測的頻率取決于沉降量的大小、 加載方法和觀測目的等。 通常要求觀測的次數(shù)能反映出沉降變化的

11、過程，又不遺漏變化的時刻。為了說明確定觀測頻率的方法，現(xiàn)取軟土較薄的粘土層路段， 沉降過程線呈現(xiàn)單一走向的曲線（圖1）。圖中看出：第I階段為路堤填筑期，隨著土的 荷載加大，沉降速率較大，觀測頻率應大一些。一般每填 12層或710d觀測一次。 第U階段為預壓期，該階段沉降的特點，先是發(fā)生較大的沉降量，經(jīng)轉折點T后（圖1），很快趨于緩和，因此預壓初期的觀測頻率每 710d觀測一次，以后每個月觀測 12次。第川階段為路面施工期，分底基層、基層和油面層三期施工。根據(jù)設計厚度， 每層分一次或二次碾壓。該階段沉降量較平穩(wěn)，觀測頻率為每做一層觀測一次。若 下層與上層施工間隔較長，則增補隔月觀測一次。3水準測

12、量的精度與方法觀測精度指標確定后，選用何種等級的水準測量是眾所關心的 問題?，F(xiàn)取水準測量規(guī)范中，二、三、四等水準測量的觀測中誤差 m觀（尺上一次讀數(shù)中誤差)分別為0.18mm 0.78mm 1.04mm以此來分析一測站的高差中誤差和兩期觀測測站之差的中誤差，見表4。水準測量精度分析表達式表4等級m觀(mm)一測站基、輔 分劃或紅、黑面平均 值的咼差中誤差 (mm)二期觀測咼差 之差的中誤差(mm)沉降點由二個或三個測站 完成，二期觀測高差之差的中誤 差(mm)二個測站三個測站-二二0.18m 站=mrn=0.180.18根號2=± 0.25± 0.35± 0.43

13、-三0.78m 站=mrn=0.780.78根號2=± 1.1± 1.6± 1.9四1.04m 站=mrn=1.041.04根號2=± 1.5± 2.1± 2.6水準測量若考慮其它一些誤差影響，表 4所列的誤差值還略大 一些，若不考慮水準基點高程中誤差，則沉降點二期觀測高程之差的中誤差就是表4中所列的各項誤差值。表4可見，若觀測精度為21mm時，預壓期及路面施工期的沉 降觀測選用三等或二等水準測量。施工單位配有 DSI水準儀時，可采用二等水準，否則 至少用三等水準觀測。目前高等級公路的建設單位和各個監(jiān)理組配有進口的精密水準 儀，可以用

14、二等水準要求檢查三等水準的沉降觀測成果。這樣比較合理地判別沉降觀 測的正確性。在路基填筑過程中，要求達到32mm的觀測精度時應采用四等 水準測量或紅、黑面五等水準測量。4沉降觀測的實施4.1 準備工作4.1.1 沉降板的埋設軟土路基一般每隔200m埋設一個沉降點；非軟土路基每1km埋 設一個。沉降板由一根直桿（直徑=2030mm勺鋼管或自來水管）和600X 600X 9mml的沉 降鋼板組成。直桿用三根斜鋼筋焊接在沉降板上，沉降板埋設在路基的底面或砂墊層下（圖 2）。為了使沉降桿不受破壞，桿長應隨填土升高而逐段接高。每段接管的長度為2030mm兩端有螺紋接頭與空心管緊絞連接。觀測時，每段接管的

15、頂面應有相鄰兩期的 觀測標咼。也就是說：第一段接管埋好后，隨即測量管頂標高，作為第一期觀測值。 待填筑一層土后，先在原頂管面處觀測標高，作為第二期觀測值。隨即接上第二段接 管，觀測管頂標高。這樣，循序逐節(jié)升高，計算出每期觀測的沉降量。片圖2為了不使填壓的土質嵌入空心螺紋管內，每段接管應套上一段 塑料圓管，圓管的高度略高于接管頂面，圓管的直徑略大于水準尺的寬度。套管頂面 蓋上一個圓蓋板，蓋板中心穿一段紅布線條，以便下次測量找出沉降點位。4.1.2 位移樁的設置在路基填筑過程中，由于路堤荷重的作用，使路堤坡腳處可能 產(chǎn)生水平位移和垂直位移，因此要在路堤坡腳處設置若干位移樁（圖3）。位移樁長度為 1

16、00200cm 斷面為10X 10cm的方樁打入地基內。樁的入土深度是隨土基軟硬程度不 同而異，以不被踩動為原則。位移樁的布置根據(jù)地基及路堤場地條件確定，一般從路堤 坡腳起，在垂直于路中心線方向每隔23m布設5個位移樁，并用經(jīng)緯儀定線方法使5個樁在一條直線上，最后用小釘在木樁上標定樁位。為了觀測水平位移，在移位樁的延 長線上設置二個固定樁A B（AB為2030m）。每次觀測時，安置經(jīng)緯儀于 A點，后視 B點，倒轉望遠鏡觀測5個樁是否在一直線上，否則量出偏出直線的垂距（即橫向位移）。用 鋼尺丈量固定點A到各位移的距離，兩期觀測的距離差為縱向位移。鋼尺丈量時要記 上氣溫，以便進行溫度改正。用水準儀

17、測量位移樁的垂直位移，用首次觀測的標高減 去第i次觀測的標高即為垂直位移。規(guī)定“正”號為下沉；“負”號為上升，如上升到 一定量級，則表示地基有破壞的趨向，應及時上報，以便采取措施。圖3位移樁布設示意圖4.1.3水準點布設及轉置橋上水準點水準點應選在垂直于路中心線50m外的距離，土質堅硬便于長 期保存和使用的地點，并埋設混凝土水準標石，以便在路堤施工時進行沉降觀測。隨 著路堤升至一定咼度時，這些地面水準點的觀測就不太方便了。因此，當橋梁工程結 束時，為了減少沉降觀測由地面水準點傳遞到路面的高差影響?？蓪⑺疁庶c轉設到有 灌注樁的耳墻橋角上。橋角水準點必須鉆孔埋設有球狀頂面的水準標點，各橋上水準 點

18、應組成水準線路，求得正確高程后，才能使用。4.1.4 水準儀及水準尺二等水準測量儀器采用DS1精密水準儀，配用因瓦水準尺；三、 四等水準測量采用DS3水準儀，配用3m長的紅、黑面木質水準尺。水準尺各部分轉動 應靈活，望遠鏡制微動螺旋作用應可靠，調焦鏡運用及目鏡調節(jié)不能有明顯的晃動現(xiàn)象。 每次觀測前除檢驗圓水準器、十字絲位置正確性，自動安平水準儀補償器靈敏度等 項目外，必須正確進行i角的檢驗。精密水準儀按國家一、二等水準測量規(guī)范進行檢 驗；普通水準儀按國家三、四等水準規(guī)范進行檢驗。DS1水準儀i角不應超過15； DS3 型水準儀不應超過20。水準尺必須牢固無損，尺底板不應有松動，尺的中線與尺底成

19、 垂直，尺面不能有彎曲。水準尺應進行標尺零點不等差、1米長度和分米長度等項目的 檢驗，水準尺必須裝有圓水準器，不符合要求不能使用。著重提出：大多數(shù)施工隊習 慣用塔尺進行沉降觀測，這是不能允許的，因為塔尺上沒有圓水準器，尺子的垂直度 難以控制。若尺子前、后有傾斜，加上風的影響，則尺子上35m處的讀數(shù)可達510mm 的誤差影響，這樣就失去了沉降觀測的精度意義。4.2 沉降觀測的外業(yè)為了提高沉降觀測精度，按如下要求進行操作：（1）每期觀測做到四個固定：固定觀測人員；固定儀器及水準尺； 固定后視尺讀數(shù)；固定測站及轉點。在實際工作中，由于路堤逐層升高，導致測 站位置難以固定。筆者建議：在首次觀測時，將水

20、準儀大致安置在路中心線處，使前、 后視距滿足要求，讀取一個前視距離作為固定值。這樣在以后各期觀測中儀器安 置于相同位置，既固定了測站，又不必在每次觀測時讀取前、后視距。當沉降觀測點轉置到人孔井上（人孔點用標釘標志）時，可利用 橋上水準點和人孔井的固定關系固定測站位置。操作時有三種情況：一是觀測橋頭兩 端人孔點時，儀器安置在橋的中部（中央分隔帶的左側或右側，并在橋面板上用紅漆繪 上“不”的記號）位置，視距一般1030m左右（中、小型橋）；二是當橋上水準點離 人孔點為200m左右時，儀器固定在這二點中間的那個人孔旁（人孔井100m左右有一個）， 視距可能在100m左右；三是橋上水準點離人孔100m

21、左右時，儀器固定在距水準點 50m等距離處）。用上述方法固定測站，視距不等差可能會超出規(guī)定的若干米。但由于沉 降量是兩期觀測高程之差求得，每次觀測的高程即使有的誤差，只要固定儀器，i角校正到很小，且變化不大，不等差引起的高程誤差mh可以在兩期高程相減中給予 消除，所求得的沉降量是正確的。可以認為，根據(jù)公路人孔沉降觀測的實際情況，操 作中不必嚴格使前、后視距控制在3m(三等)或5m(四等)之內。這就是采用四固定方 法的優(yōu)點所在。(2) 觀測時必須攜帶尺墊，嚴禁用磚石或不設尺墊作為轉點。(3) 一測站觀測高差必須用紅、黑面(或基鋪面)讀數(shù)，各項限差 及路線允許閉合差見表5。當沉降量較大時，可用五等

22、水準代替四等水準測量。這里所指 的五等水準，其操作方法與三、四等水準測量完全相同，限差見表5。水準測量的主要技術指標表5等 級水準儀的型號視 線 長 度(m)刖 后 視距差(m)前后視累距差(m)紅、黑面 (基、 輔面) 讀數(shù)較差(mm)紅、黑面 (基、 輔面) 咼差較差(mm)往、返較 差，附合允許 閉合差(mm)二二二DS150130.50.7± 0.6 根 號n-三DS1100361.01.5± 1.4 根 號nDS3752.03.0四DS31005103.05.0±2根號n五DS312020/4.06.0/注：n-測站數(shù)；路線允許閉合差取自工程測量規(guī)范93

23、4款(4) 每次觀測結束后，應及時填寫沉降觀測記錄表 (表6)沉降觀測記錄表表6沉降板編號A 7-06路槽底面標高8.35m地基處理方法 砂墊層埋設樁號K16+480 原地面標高 7.04m 設計總沉降量 350mm觀測 日期填土項 面標咼(m)累計填 土高度(m)接管 頂標咼(m)本次 沉降量(mm)累計 沉降量(mm)荷載 名稱備 注1994.4.303.3707.33700路堤底1994.5.267.660.297.3117.5232626加載第一層1994.6.17.750.377.5097.7171440加載第二層1994.6.177.990.627.7117.935646加載第三層1994.7.158.371.007.9338.346248路槽層1994.8.108.371.008.346-148路槽層1994.9.128.691.398.3438.673351底基層:表中本次沉降量一欄，“正”號表示下沉；“負”號表示上升。 在沉降觀測中，上升情況一般不會出現(xiàn)，除非在等、超載土下卸時，由于路基的回 彈可能出現(xiàn)上升的“負”值。因此，在卸土完畢后，隨即進行觀測，