高速鐵路路基沉降觀測的技術(shù)與要求

1、摘要:結(jié)合高速鐵路對路基沉降的嚴(yán)格要求,提出了沉降測量的重要性,詳述了高速鐵路路基沉降觀測的技術(shù)與要求,以確保施工質(zhì)量和運(yùn)營安全,可為今后路基沉降測量提供參考。 關(guān)鍵詞:高速鐵路;路基;沉降觀測;要求近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,高速鐵路的建設(shè)更加發(fā)展迅猛。然而,速度達(dá)200km/h以上的高速鐵路,其路基、軌道和橋梁的列車動力作用遠(yuǎn)大于普通鐵路,軌道的不平順對快速行車引起的列車振動也遠(yuǎn)比相同條件下普通速度的列車嚴(yán)重,即旅客感受的舒適度因速度的提高而惡化。因此,高速鐵路對軌道的平順性提出了更高的要求。路基是鐵路線路工程的一個重要組成部分,是承受軌道結(jié)構(gòu)重量和列車載荷的基礎(chǔ),也是線路工程中最

2、薄弱最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)。路基沉降觀測對控制鐵路工程質(zhì)量,確保工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求至關(guān)重要。本文結(jié)合漢宜高速鐵路對路基沉降的嚴(yán)格要求,對路基沉降觀測技術(shù)和要求進(jìn)行了深入研究,通過正確、完整地觀測及分析,掌握、控制路基觀測可以預(yù)測沉降趨勢,驗(yàn)證和指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)及施工,以保施工質(zhì)量和運(yùn)營安全,也可為今后路基沉降測量提供參考。漢宜高速鐵路區(qū)間正線路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)按設(shè)計(jì)速度200km/h控制:一般地段150mm;路橋過渡段80mm;沉降速率40mm/年。漢宜鐵路HYZQ-6標(biāo)段六項(xiàng)目部門起止里程樁號為DK265 490.27DK275 849.3,共計(jì)10.36公里,其中路基約4.3公里,沿線以黏土、粉質(zhì)

3、黏土為主。其沉降觀測分以下內(nèi)容。1 沉降觀測的目的1)根據(jù)觀測數(shù)據(jù)控制、調(diào)整填土速率;2)預(yù)測沉降趨勢,確定預(yù)壓卸載時間和結(jié)構(gòu)物及路面施工時間;3)提供施工期間沉降土方量的計(jì)算依據(jù);4)預(yù)測工后沉降,使工后沉降控制在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi);5)通過實(shí)測沉降量,預(yù)測沉降量并驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性;進(jìn)行設(shè)計(jì)的再優(yōu)化,控制和保證工程的建設(shè)量。2儀器設(shè)備、人員素質(zhì)的要求美國Trimble(DINI)精密水準(zhǔn)儀,銦合金水準(zhǔn)尺;索佳SET1X全站儀。人員素質(zhì)的要求:必須接受專業(yè)學(xué)習(xí)及技能培訓(xùn),熟練掌握儀器的操作規(guī)程,熟悉測量理論能針對不同工程特點(diǎn)、具體情況采用不同的觀測方法及觀測程序,對實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題能夠分析原因

4、并正確的運(yùn)用誤差理論進(jìn)行平差計(jì)算,做到按時、快速、精確地完成每次觀測任務(wù)。3 路基沉降觀測技術(shù)與要求3.1 觀測斷面設(shè)置原則3.1.1 路基工程沉降變形觀測以路基面沉降觀測和地基沉降觀測為主,路基沉降觀測斷面根據(jù)不同的地基條件,不同的結(jié)構(gòu)部位等具體情況設(shè)置。同時應(yīng)根據(jù)施工過程中掌握的地形、地質(zhì)變化情況調(diào)整或增設(shè)觀測斷面。3.1.2 觀測斷面一般按以下原則設(shè)置,同時應(yīng)滿足設(shè)計(jì)文件要求:1)a.基底沉降監(jiān)測:每200m設(shè)一個監(jiān)測斷面。b.地表沉降觀測:松軟土地基地段沿線縱向每40m左右設(shè)一個沉降觀測斷面,且每個工點(diǎn)不小于2個觀測斷面,橋路過渡段起始位置各設(shè)一個觀測斷面。c.路基面沉降監(jiān)測:在路基面

5、中心及左右兩側(cè)路肩處設(shè)路基面沉降觀測樁,觀測樁采用C15混凝土樁,每100m設(shè)一個監(jiān)測斷面,并保證每工點(diǎn)至少有一個觀測斷面。2)路堤與不同結(jié)構(gòu)物的連接處應(yīng)設(shè)置沉降觀測斷面。路橋過渡段、路基橫向結(jié)構(gòu)物兩側(cè)均應(yīng)設(shè)置沉降觀測斷面。3)一個沉降觀測單元(連續(xù)路基沉降觀測區(qū)段為一單元)應(yīng)不少于2個觀測斷面。4)對地形橫向坡度大于1:5或地層橫向厚度變化的地段應(yīng)布設(shè)不少于1個橫向觀測斷面。5)軟土及松軟土路堤填筑時,沿線路縱向每隔2050m,在兩側(cè)坡腳外約2.0m、10m處設(shè)水平位移觀測木樁。3.2 觀測點(diǎn)設(shè)置原則3.2.1 為有利于觀測點(diǎn)看護(hù),集中觀測,統(tǒng)一觀測頻率,各觀測項(xiàng)目數(shù)據(jù)的綜合分析,各部位觀測

6、點(diǎn)須設(shè)在同一橫斷面上。3.2.2 為了能夠反映出路基的準(zhǔn)確沉降情況,沉降觀測點(diǎn)要埋設(shè)在最能反映沉降特征且便于觀測的位置。特別要考慮到因施工而破壞或掩蓋住觀測點(diǎn),不能連續(xù)觀測而失去觀測意義。3.2.3 路基水準(zhǔn)路線觀測按國家二等水準(zhǔn)測量精度要求形成附合水準(zhǔn)路線,沉降觀測點(diǎn)位布設(shè)及水準(zhǔn)路線觀測示意圖如圖1所示:3.3 觀測元件與埋設(shè)技術(shù)要求3.3.1 沉降觀測樁:沉降觀測樁采用C15混凝土方樁或圓樁(邊長或直徑0.1m),其中埋設(shè)16mm鋼筋一根,樁長0.6m,埋入基床表層以下0.55m;待基床表層級配碎石施工完成后,通過測量埋置在設(shè)計(jì)位置,樁周0.15m用C15混凝土澆筑固定,完成埋設(shè)后用水平儀

7、按二級測量標(biāo)準(zhǔn)測量樁頂標(biāo)高作為初始讀數(shù)。3.3.2 沉降板:應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行埋設(shè),一般情況如下:由鋼底板、金屬測桿(20mm鋼管)及保護(hù)套管(50mm PVC管)組成。鋼底板尺寸為30cm×30cm,厚8mm。采用二級測量標(biāo)準(zhǔn)測量沉降板標(biāo)高變化。1)沉降板位于路堤中心,基底鋪設(shè)碎石墊層的地段埋設(shè)于墊層頂面,基底設(shè)混凝土地板地段置于板頂面;沉降板埋設(shè)位置應(yīng)按試驗(yàn)設(shè)計(jì)測量確定,埋設(shè)位置處可墊10cm砂墊層找平,埋設(shè)時確保測桿與地面垂直。2)放好沉降板后,回填一定厚度的墊層,再套上保護(hù)套管,保護(hù)套管略低于沉降板測桿,上口加蓋封住管口,并在其周圍填筑相應(yīng)填料穩(wěn)定套管,完成沉降板的埋設(shè)工作

8、。3)按二等水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測量埋設(shè)就位的沉降板測桿桿頂標(biāo)高讀數(shù)作為初始讀數(shù),隨著路基填筑施工逐漸接高沉降板測桿和保護(hù)套管,每次接長高度以0.5m1.0m為宜,接長前后測量桿頂標(biāo)高變化量確定接高量。金屬測桿用內(nèi)接頭連接,保護(hù)套管用PVC管外接頭連接。4)接長套管時應(yīng)確保垂直,避免機(jī)械施工等因素導(dǎo)致套管傾斜。3.3.3 路堤位移邊樁:采用10cm的圓木,長度不小于1.0m。頂部圓心處釘一小鐵釘。1)邊樁埋置深度在地表以下不小于0.9m,樁頂露出地面不應(yīng)大于10cm。2)完成埋設(shè)后采用全站儀測量邊樁標(biāo)高及距線路中線垂線或法線方向距離作為初始讀數(shù)。3.3.4 在路基左右兩側(cè)坡腳200500m范圍內(nèi)根據(jù)埋設(shè)元

9、件的具體位置,設(shè)置沉降觀測箱或觀測房,對相關(guān)測試進(jìn)行數(shù)值化集中測試管理。3.4 觀測技術(shù)要求3.4.1 監(jiān)測元件保護(hù)要求沉降觀測設(shè)備的埋設(shè)是在施工過程中進(jìn)行的,施工單位的填筑施工要與設(shè)備的埋設(shè)做好協(xié)調(diào),做到互不干擾、影響。觀測設(shè)施的埋設(shè)及沉降觀測工作應(yīng)按要求進(jìn)行,不能影響路基填筑質(zhì)量;路基施工不能影響到觀測設(shè)備。1)各工程項(xiàng)目部應(yīng)成立專門試驗(yàn)小組,進(jìn)行元器件的埋設(shè)、測量和保護(hù)工作,小組人員分工明確,責(zé)任到人。2)元件埋設(shè)時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行編號,有導(dǎo)線的元件應(yīng)將導(dǎo)線引出至路基坡腳觀測箱內(nèi)。3)凡沉降板附近一米范圍內(nèi)土方應(yīng)采用人工攤平及小型機(jī)具碾壓,不得采用大型機(jī)械推土及碾壓,并配備專人負(fù)責(zé)指導(dǎo)

10、,以確保元器件不受損壞。4)各施工隊(duì)?wèi)?yīng)制定穩(wěn)妥的保護(hù)措施并認(rèn)真執(zhí)行,確保元器件不因人為、自然等因素而破壞。元器件埋設(shè)后,制作相應(yīng)的標(biāo)示旗或保護(hù)架插在上方。路堤填筑過程中,派專人負(fù)責(zé)測試斷面的元件保護(hù)。3.4.2 路堤地段從路基填土開始進(jìn)行沉降觀測,路基填筑完成后應(yīng)有不少于6個月的觀測期。觀測數(shù)據(jù)不足以評估或工后沉降評估不能滿足設(shè)計(jì)要求時,應(yīng)延長觀測時間或采取必要的加速或控制沉降的措施。3.4.3 路基填筑過程中應(yīng)及時整理路堤中心沉降觀測點(diǎn)的沉降與邊樁的位移量,當(dāng)中心地基處沉降觀測點(diǎn)沉降量大于10mm/天或邊樁水平位移大于5mm/天、豎向位移大于10mm/天時,應(yīng)及時通知項(xiàng)目部,并要求停止填筑施

11、工,待沉降穩(wěn)定后再恢復(fù)填土,必要時采用卸載措施。3.4.4 觀測方法及精度要求沉降板、沉降監(jiān)測樁、邊樁沉降等所有標(biāo)高測量應(yīng)達(dá)到二級水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn),測量精度應(yīng)達(dá)到±1mm;邊樁位移采用全站儀或經(jīng)緯儀進(jìn)行測量。路基沉降觀測水準(zhǔn)測量的精度為±1.0mm,讀數(shù)取位至0.01mm;位移觀測測距誤差±3mm;方向觀測水平角誤差為±2.5,水平角觀測技術(shù)要求應(yīng)滿足導(dǎo)線邊長測量,讀數(shù)至毫米.距離和豎直角各觀測2測回。3.4.5 觀測頻次要求所有元件埋設(shè)后,必須測試初始讀數(shù),在路堤正式填筑前,必須對所有元件進(jìn)行復(fù)測,作為正式初始讀數(shù)。路基沉降觀測的頻次應(yīng)根據(jù)沉降的發(fā)生與發(fā)展

12、規(guī)律及沉降大小確定,一般應(yīng)按照如下觀測頻率進(jìn)行:路堤填筑期間,應(yīng)每天觀測一次,各種原因暫時停工期間,前2天每天觀測一次,以后每3天測試一次。施工完成后,前15天內(nèi)每3天觀測一次,第1530天每星期觀測一次,第3090天每15天觀測一次,以后每個月觀測一次。測量數(shù)據(jù)突變時,每天觀測23次。監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)異常必須及時查明原因并加密監(jiān)測次數(shù),盡快妥善處理。注:架橋機(jī)(運(yùn)梁車)通過時觀測要求:每1次/3天,連續(xù)3次;以后1次/1周,連續(xù)3次;以后1次/2周。實(shí)際工作進(jìn)行時,觀測時間的間隔還要看地基的沉降值和沉降速率。當(dāng)兩次連續(xù)觀測的沉降差值大于4mm時應(yīng)加密觀測頻次;當(dāng)出現(xiàn)沉降突變、地下水變化及降雨等

13、外部環(huán)境變化時應(yīng)增加觀測頻次。觀測應(yīng)持續(xù)到工程驗(yàn)收交由運(yùn)營管理部門繼續(xù)觀測。3.4.6 安全控制要求觀測點(diǎn)(標(biāo))的設(shè)置應(yīng)設(shè)在安全穩(wěn)定處,監(jiān)測人員在元件埋設(shè)和測試過程中應(yīng)裝備好相關(guān)安全設(shè)備,按規(guī)范要求進(jìn)行操作,避免不必要安全事故發(fā)生。4 沉降觀測數(shù)據(jù)處理4.1 統(tǒng)計(jì)表匯總1)根據(jù)各觀測周期平差計(jì)算的沉降量,列統(tǒng)計(jì)表,進(jìn)行匯總。2)繪制各觀測點(diǎn)的下沉曲線(如示意圖2和3)首先建立下沉曲線坐標(biāo),橫坐標(biāo)為時間坐標(biāo),縱坐標(biāo)上半部為荷載值,下半部為各沉降觀測周期的沉降量。將統(tǒng)計(jì)表中各觀測點(diǎn)對應(yīng)的觀測周期所測得沉降量畫于坐標(biāo)中,并將相應(yīng)的荷載值也畫于坐標(biāo)中,連線,就得到對應(yīng)于荷載值的沉降曲線。3)根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖,我們可以預(yù)測路基沉降趨勢,將沉降情況及時的反饋到有關(guān)主管部門,正確地指導(dǎo)施工。通過正確、完整地觀測及分析,及時掌握、控制路基觀測,可以預(yù)測沉降趨勢,驗(yàn)證和指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)及施工,控制和保證工程的建設(shè)質(zhì)量。4.2 沉降觀測中常見問題及其處理措施1)曲線第二次觀測即出現(xiàn)回升,至第三次后,曲線又逐漸下降原因:一般都是由于首次觀測成果存在較大誤差引起措施:第一次觀測成果作廢,采用第二次的觀測成果作為首次成果。2)曲線在中間某點(diǎn)突然回