大麗高速5標(biāo)路基沉降及穩(wěn)定觀測方案

1、大麗高速公路五合同段(K23+793K27+900)軟基沉降觀測方案1 目的和意義復(fù)雜多變的地形、地貌、地質(zhì)條件是高速公路路基施工面臨的共同課題，對這些問題處理得成功與否直接影響到公路的整體質(zhì)量。然而，軟土地基、高填方路堤、陡坡路堤、填切交界頻繁和不良土質(zhì)等不利因素更是路基修筑的“攔路虎”。大麗高速是國家高速公路網(wǎng)橫12杭州至瑞麗的大理到麗江的聯(lián)絡(luò)線，是大香格里拉旅游生態(tài)圈主要通道之一，同時對鞏固國防具有重要的戰(zhàn)略意義。路線起于大理鳳儀，終于麗江。由于大地構(gòu)造背景，使得沿線地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，褶皺多變，斷層發(fā)育?；鶐r主要有白堊系的礫巖和砂巖，路塹邊坡巖土層易被水流沖刷，在地下水及地表面

2、流外界因素的作用下，其穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生局部小滑塌的可能性較大。以上這些不利因素給大麗高速公路路基修筑帶來了很大的難度。為了優(yōu)質(zhì)高效的建好大麗高速公路，就必須密切關(guān)注路堤填筑過程中或以后的地基變形動態(tài)，尤其是軟基的變形動態(tài)，也就必須進(jìn)行路基沉降和穩(wěn)定（水平位移）的動態(tài)觀測，及時為指導(dǎo)施工提供可靠的數(shù)據(jù)，以期達(dá)到如下目的： (1) 以觀測結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場施工，正確控制路堤施工填筑速率，合理確定預(yù)壓卸載時間和結(jié)構(gòu)物及路面施工時間，并提供施工期間的沉降土方計量依據(jù)，進(jìn)行信息化施工； (2) 根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)危險的先兆，分析原因，判斷工程的安全性，采取必要的工程措施，防止發(fā)生工程破壞事故和環(huán)境事故，確保

3、路堤施工中的安全和穩(wěn)定，控制和保證高速公路工程質(zhì)量； (3) 通過觀測，評價工程的技術(shù)狀況，預(yù)測沉降量，驗(yàn)證設(shè)計參數(shù)和設(shè)計理論的正確性，使工后沉降控制在設(shè)計的允許范圍內(nèi)； (4) 通過觀測，檢驗(yàn)地基工程處理效果和施工方案的正確性。2 沉降與穩(wěn)定觀測的依據(jù) (1) 交通部公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 017-96）(2) 大麗高速公路的兩階段圖施工設(shè)計及有關(guān)技術(shù)文件3 沉降與穩(wěn)定觀測點(diǎn)的布設(shè)3.1布置原則變形觀測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在需要觀測的位置處，它直接反映出測點(diǎn)處變形情況，因此，測點(diǎn)的設(shè)置位置不僅要根據(jù)設(shè)計要求，同時還應(yīng)針對施工掌握的地質(zhì)、地形情況調(diào)整或增設(shè)。沉降和穩(wěn)定等觀測點(diǎn)最好設(shè)在同

4、一斷面上，這樣有利于測點(diǎn)看護(hù)，便于集中觀測，統(tǒng)一觀測頻率，更重要的是便于各觀測項(xiàng)目數(shù)據(jù)的綜合分析。圖1 軟基沉降觀測管及位移邊樁埋設(shè)示意圖沉降觀測管采用內(nèi)徑40mm壁厚4mm的鍍鋅鋼管，埋設(shè)于路基中心線上。 位移邊樁采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，在路基中心線的法線上一個標(biāo)準(zhǔn)斷面左、右兩側(cè)各埋設(shè)3跟邊樁，即第一個點(diǎn)在擋土墻外邊側(cè)，第二個點(diǎn)為排水溝外溝幫外邊側(cè)外1米，第三個點(diǎn)為距離第二個點(diǎn)10米遠(yuǎn)的位置。沉降觀測管及位移邊樁具體埋設(shè)里程樁號及數(shù)量表1所示。表1：監(jiān)測工程數(shù)量表序號樁號位置位移邊樁根數(shù)沉降觀測管根數(shù)長度（m）1K26+840左、右側(cè)615.192K27+000右側(cè)318.533K27+140左、右

5、側(cè)616.474K27+540右側(cè)314.985K27+700左、右側(cè)617.106K27+840左、右側(cè)617.093.2 沉降與穩(wěn)定觀測點(diǎn)的布設(shè)步驟布設(shè)前應(yīng)該考慮地質(zhì)、地基處理及路堤設(shè)計方式、荷載、結(jié)構(gòu)物特征、施工作業(yè)方式和經(jīng)濟(jì)等因素。根據(jù)不同要求，觀測點(diǎn)的布設(shè)分為沉降觀測板、水平位移觀測邊樁。目的是能夠準(zhǔn)確而完整地反映出軟土地基路堤沉降和路堤自身壓縮變形沉降的規(guī)律性。3.3 沉降與穩(wěn)定觀測點(diǎn)的布設(shè)沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)沉降觀測采用外直徑48mm鍍鋅鋼管，外加內(nèi)徑80mm的鍍鋅鋼管護(hù)套管。沉降板埋設(shè)方法：首先，在埋設(shè)點(diǎn)地面挖500*500*200mm左右的土坑，坑內(nèi)用厚3050mm的砂壓實(shí)；然后

6、，將沉降板平放在坑內(nèi)，四周用黃砂填實(shí)，并用水準(zhǔn)校正水平，再用回填土整平壓實(shí)；最后，填料時，應(yīng)先在沉降板周圍填料壓實(shí)，以保護(hù)沉降板，護(hù)套管埋設(shè)于離底板30cm處。3.3.2 穩(wěn)定性觀測點(diǎn)的布設(shè)位移邊樁為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，埋深1.5m，露出地面5cm。埋入采用開挖埋設(shè)，樁周圍回填壓實(shí)，樁周上部50cm用C20砼澆注固定，確保邊樁埋置穩(wěn)固，最后在樁頂中心制作圓10的鋼筋測頭。4 沉降與穩(wěn)定觀測控制指標(biāo)高速公路軟土地基沉降量的變化相當(dāng)復(fù)雜，它與設(shè)計總沉降量的大小、觀測頻率、地質(zhì)條件(軟基厚度)、地基處理方式、填土速率、填土高度、沉降控制方法以及沉降趨于穩(wěn)定狀態(tài)等因素有關(guān)。在路堤堆筑期，填土速率控制在日沉降速

7、率不大于1015mm/d、位移速率不大于5mm/d;在預(yù)壓期，連續(xù)2個月實(shí)測沉降速率小于5mm/月為路基穩(wěn)定；在底基層、基層和油面層施工時，連續(xù)2個月實(shí)測沉降速率小于3mm/月為路面層穩(wěn)定。5 沉降與穩(wěn)定觀測周期由于觀測對象及其各種條件不同，關(guān)于觀測周期的確定，目前還不能得出確切的計算公式，一般根據(jù)現(xiàn)有的規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)而定。對于公路施工階段的沉降觀測，通常按加載階段和變形是否穩(wěn)定確定觀測周期。公路施工一般分為填筑期、預(yù)壓期和路面施工期三個階段。第一階段，荷載逐漸加大，沉降速度較快，正常情況下每填筑1層或7天左右觀測一次；第二階段，預(yù)壓初期每710天觀測一次，以后可每月觀測12次；第三階段，路面每填

8、筑一層觀測一次，若兩層施工間隔超過15天，應(yīng)增加一次觀測。但既定周期并不是一成不變的，當(dāng)有特殊要求或發(fā)現(xiàn)有異常情況時，適當(dāng)縮短觀測周期。6 沉降與穩(wěn)定觀測方法沉降觀測以及穩(wěn)定性觀測方法采用光電測距儀及精密水準(zhǔn)儀測量。7 沉降資料整理分析7.1 沉降資料整理內(nèi)容所有觀測數(shù)據(jù)及時記錄表內(nèi)，隨時計算、校核、匯總、繪制沉降過程曲線圖并整理分析，發(fā)現(xiàn)問題及時復(fù)查或復(fù)測并處理。當(dāng)沉降和水平位移速率驟增時，應(yīng)即時進(jìn)行動態(tài)跟蹤觀測及時分析原因，確保工程安全。資料整理包括：(1) 荷載一時間一沉降過程線； (2) 荷載一時間一地表水平位移過程線；(3) 利用實(shí)測的各種關(guān)系曲線推測t時段內(nèi)沉降和最終沉降S，或反算

9、地基的固結(jié)系數(shù)Cv、CH，以及判斷路基穩(wěn)定性。7.2 沉降資料預(yù)測方法采用科學(xué)的預(yù)測方法處理實(shí)測資料，有助于準(zhǔn)確地預(yù)測沉降，從而使后期施工組織安排達(dá)到最優(yōu)化，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)實(shí)測資料來推測最終沉降量，目前歸納起來，主要有四類方法:曲線擬合法、灰色系統(tǒng)法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和遺傳算法。（1）曲線擬合法該方法屬于經(jīng)驗(yàn)方法，即采用與沉降預(yù)測曲線相似的曲線進(jìn)行擬合，然后外延求出后期沉降量。常用的方法有:對數(shù)曲線法、雙曲線法等。（2）灰色系統(tǒng)法灰色系統(tǒng)法預(yù)測的基本思路是:把隨時間變化的一隨機(jī)正的數(shù)據(jù)列，通過適當(dāng)?shù)姆绞嚼奂?，使之變成非?fù)遞增的數(shù)據(jù)列，用適當(dāng)?shù)姆绞奖平?，以此曲線作為預(yù)測模型，對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)

10、測。一般意義的灰色模型為GM(n，h)，表示對h個變量建立n階微分方程。做預(yù)測用的模型一般為GM(n，1)，在沉降預(yù)測中實(shí)際應(yīng)用最多的是GM(1，1)模型。（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法地基沉降受多種因素的影響和制約，其變化的自然規(guī)律很難用一個顯式的數(shù)學(xué)公式予以表示。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是這一領(lǐng)域的一個突破，該方法視傳統(tǒng)函數(shù)的自變量和因變量為輸入和輸出，將傳統(tǒng)的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為高維的非線性映射，而不是顯式的數(shù)學(xué)表達(dá)式。該方法在處理非線性問題上，具有獨(dú)特的優(yōu)越性。在針對軟土地基沉降預(yù)測時，就是利用實(shí)測資料對復(fù)雜的非線性的土工結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接建模。具體做法是:先應(yīng)用ANN建立沉降影響因素參數(shù)(如處理方式、軟土層厚度、地

11、基硬殼層厚度、軟土的壓縮模量、硬殼層的壓縮模量、路堤寬高比、施工期和竣工時沉降量)與沉降之間的非線性關(guān)系，再將待測點(diǎn)的實(shí)測沉降影響因素參數(shù)輸入到已訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)中，即可得到預(yù)測的沉降量。（4）遺傳算法軟土地基沉降非線性模型的參數(shù)識別實(shí)質(zhì)上是一個優(yōu)化問題，而建立在種群遺傳和自然選擇的基礎(chǔ)上，模擬了自然界“物競天擇，適者生存”的遺傳算法是處理復(fù)雜優(yōu)化問題的理想方法。遺傳算法是一種具有高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)搜索的新計算方法。它同常規(guī)的優(yōu)化方法相比(如梯度下降法)相比，遺傳算法不直接和模型參數(shù)打交道，而是處理代表參數(shù)的編碼；遺傳算法在整個操作過程中，同時控制著一個解群，而不是局限于一個點(diǎn)，這就大大提高了

12、搜索效率，并避免陷入局部極值；求解時，不計算目標(biāo)函數(shù)的微分，故對目標(biāo)函數(shù)和約束條件沒有苛刻要求，這在處理高度非線性問題方面與傳統(tǒng)方法比較，具有明顯的優(yōu)勢。為了得到較為準(zhǔn)確的后期沉降量推算結(jié)果，必須對路基的沉降進(jìn)行準(zhǔn)確的觀測，應(yīng)該在路堤開始填筑時就進(jìn)行觀測，同時應(yīng)盡可能地進(jìn)行長期觀測，在數(shù)據(jù)處理時應(yīng)選擇有實(shí)際意義的數(shù)據(jù)。而且在實(shí)際的沉降預(yù)測中，并不單純地依賴某一種方法， 了解每一種計算方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和計算結(jié)果的精度，在實(shí)際的運(yùn)用過程中靈活地選擇。以上預(yù)測計算均由軟件程序?qū)崿F(xiàn)。8 項(xiàng)目的組織8.1 項(xiàng)目主要參加人員為了全面正確地貫徹本沉降與穩(wěn)定觀測方案，需要一個管理科學(xué)、運(yùn)行有效、技術(shù)過硬的項(xiàng)

13、目組織做保證。因此，一方面為該項(xiàng)目配備了一批具有豐富的相應(yīng)技術(shù)知識和工程經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任性強(qiáng)的專業(yè)人員，并根據(jù)項(xiàng)目的具體需要，同時結(jié)合個人的知識、能力和經(jīng)驗(yàn)特點(diǎn)實(shí)行定崗定責(zé)任，分工明確，注重發(fā)揮每個技術(shù)人員的特長將其放在最恰當(dāng)?shù)膷徫簧?；另一方面，制定一整套完善的觀測項(xiàng)目管理制度，以規(guī)范項(xiàng)目實(shí)施的每一個環(huán)節(jié)，確保測試的技術(shù)方法正確實(shí)現(xiàn)，觀測人員操作合符規(guī)程，儀器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正?？煽?，觀測的數(shù)據(jù)結(jié)果全面、真實(shí)、準(zhǔn)確，處理和分析觀測數(shù)據(jù)迅速科學(xué)，提供的報告及時、全面、正確。表2： 項(xiàng)目部沉降觀測及位移觀測人員配備情況人員分工崗位職務(wù)紀(jì)海濤主管總工朱光測量測量主管李若測量測量員張兵測量測量員周旺仁數(shù)據(jù)整理施工員

14、羅宏現(xiàn)場協(xié)調(diào)陳忠埋設(shè)沉降板、位移邊樁等8.2 擬投入的儀器設(shè)備和計算軟件根據(jù)以往在沉降與穩(wěn)定觀測中的經(jīng)驗(yàn)，本著測試精度高、性能穩(wěn)定、操作簡便而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的原則，本項(xiàng)目擬選擇以下主要儀器設(shè)備和軟件，見下表3：表3 ： 擬投入的主要儀器設(shè)備一覽表序號儀器設(shè)備名稱類型及型號數(shù) 量備 注1沉降觀測管1.5寸鍍鋅沉降管62位移邊樁鋼筋砼位移邊樁303水準(zhǔn)儀蘇光DS2（配套測微器）14全站儀SOKKIA set 2x18.3 有關(guān)部門的協(xié)調(diào)配合沉降觀測的路線長，點(diǎn)多面廣，歷時長，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，所有觀測元件的保護(hù)是個大問題，而且元件的完好程度，直接關(guān)系到觀測工作的成??；另一方面，埋設(shè)元件需要根據(jù)施工進(jìn)度分批次