深軟土地基橋變形監(jiān)控觀測方案

深軟土地基橋變形監(jiān)控觀測方案摘要：根據(jù)沿海和珠江三角洲地區(qū)深軟土地基上修建橋梁的失敗教訓(xùn)，總結(jié)出深軟土地基路段橋梁變形監(jiān)控觀測的原理、內(nèi)容和方法，供設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理和施工各方交流參考。關(guān)鍵詞：軟土地基橋梁變形監(jiān)控觀測方案1前言沿海和珠江三角洲地區(qū)分布著大量的深軟土地基，該軟土具有高壓縮性、高含水量、低強度、沉降穩(wěn)定時間長等特性。在軟土地基上修建橋梁，除考慮沉降及普通荷載外，還有極為重要的因素，即軟土地基失穩(wěn)引起土體位移的偏壓荷載，它使深層軟弱土層產(chǎn)生塑性流變，推擠橋梁墩臺，以致墩臺變形開裂破壞，致使橋梁伸縮裝置損壞失效，上部梁板頂緊臺背，使梁板產(chǎn)生壓曲。如已建成的廣東國道206線K2327+176小橋、京珠高速公路廣珠段宮華互通F匝道橋和廣東沿海高速公路，部分橋梁在施工中已嚴重變形開裂破壞。其中國道206線K2327+176小橋在臺背回填過程中，0#橋臺向河中傾斜1.45米，相臨墩臺嚴重傾斜開裂，0#臺后路基全寬塌陷長度12米，高3.2米（數(shù)據(jù)來源見參考文獻4）。這一切主要歸咎于軟土地基的變形狀況。按常規(guī)，軟土路堤的施工一般都進行土體穩(wěn)定監(jiān)控，而橋梁施工變形監(jiān)控未引起足夠重視。橋臺的變形破壞模式見圖1示。因此，研究深軟土地基橋梁施工變形監(jiān)控已刻不容緩?，F(xiàn)通過臺山沿海高速公路施工實踐總結(jié)出適合于深軟基橋梁的變形監(jiān)控方案，旨在引導(dǎo)、交流，使軟基橋梁變形監(jiān)控技術(shù)有所提高、完善，確保橋梁在施工和運營中的安全性和可靠性。2橋梁變形監(jiān)控觀測的原理2.1通過對圖2所示A-A斷面橋頭路堤填筑及預(yù)壓期的沉降、側(cè)向水平位移、土壓力、孔隙水壓力監(jiān)測，保證橋臺路堤安全穩(wěn)定，同時了解土體內(nèi)部變位、應(yīng)力分布和發(fā)展變化情況，分析土體固結(jié)程度、穩(wěn)定狀態(tài)，為橋臺預(yù)壓土方卸載和樁基礎(chǔ)施工提供依據(jù)。2.2通過布設(shè)A、B監(jiān)測斷面，對橋臺施工、臺背回填及橋頭超載土方預(yù)壓過程進行側(cè)向水平位移、沉降、土壓力及孔隙水壓力觀測。一方面監(jiān)控臺后路堤土體固結(jié)程度和穩(wěn)定狀態(tài)，確保橋臺施工安全；另一方面，根據(jù)臺前B斷面土體的累計水平位移量，推算臺后土體（包括深層軟土）對橋梁墩臺的推擠力（含土壓力），計算出墩臺樁基、承臺、墩臺身、臺帽的抗推剛度，與墩臺設(shè)計允許抗推剛度比較，若實際抗推剛度小于設(shè)計允許值，說明墩臺尚處于安全狀態(tài)。否則應(yīng)采取緊急措施，避免橋梁因抗推剛度集成影響，整體受到破壞。特別是斜交橋，更應(yīng)引起足夠重視，因斜交比正交的抗推剛度更大。2.3通過對橋梁墩臺上布設(shè)的沉降、位移、扭轉(zhuǎn)測點觀測，計算分析變形對橋梁墩臺和上部構(gòu)造的受力影響。若累計沉降和位移超過設(shè)計規(guī)范限值，應(yīng)立即采取措施分析處理，科學(xué)地指導(dǎo)橋梁施工。2.4結(jié)合墩臺和橋頭路堤的實測數(shù)據(jù)，建立墩臺變形破壞荷載與施工中的位移、沉降、土壓力、水壓力、溫度、土體的性質(zhì)之間的函數(shù)模型和實測數(shù)據(jù)庫（篇幅所限，模型和公式未列），從理論上研究探討。3變形監(jiān)測的內(nèi)容3.1橋臺樁位預(yù)壓期間，臺后路堤觀測斷面的沉降、側(cè)向水平位移、土壓力、空隙水壓力的變化情況，以及臺前縱向坡角處水平位移，圖2示。3.2橋梁臺背回填及施工過程中，臺后土壓力及深層軟土向墩臺處產(chǎn)生的水平位移推擠和土壓力。3.3在各種條件下，墩臺的沉降、位移和扭轉(zhuǎn)觀測。3.4橋梁在施工或受荷過程中，檢查墩臺結(jié)構(gòu)表面是否出現(xiàn)裂縫，觀測其長度、寬度和深度變化趨勢。4監(jiān)控觀測的方法4.1橋位預(yù)壓期間臺后路堤監(jiān)測斷面A和橋頭縱向坡角處斷面B的觀測。4.1.1據(jù)圖2儀標布設(shè)圖，埋設(shè)各種儀標。其中A、B斷面的儀標應(yīng)在軟土地基處理之后埋設(shè)，并在觀測到穩(wěn)定的初始值后，方可進行路堤的填筑。4.1.2儀標的埋設(shè)和觀測要求、方法A、地表位移邊樁主要用于穩(wěn)定管理，監(jiān)測橋位附近地表水平位移及隆起情況，確保橋頭路堤施工安全與穩(wěn)定。該邊樁宜采用鋼筋混凝土預(yù)制樁，直徑10～20cm，長度大于150cm，樁頂埋設(shè)測頭。邊樁埋置深度以140cm為宜，樁頂露出地面不超過10cm，并保證穩(wěn)固。水平位移邊樁的觀測，對通視良好的平原區(qū)，采用視準線法，地形起伏較大或水網(wǎng)地區(qū)采用單三角前方交會法，觀測儀器宜用全站儀。觀測精度：測距±１mm，水平角±2.5"。B、地表沉降觀測通過在橋頭A-A斷面埋設(shè)沉降板進行高程觀測。主要用于橋頭路段沉降管理。根據(jù)實測數(shù)據(jù)調(diào)整填土速率，預(yù)測沉降趨勢，確定橋頭預(yù)壓卸載時間和墩臺樁基的開工時間。沉降板由鋼筋混凝土底板（或鋼板）、金屬測管和保護套管組成。鋼筋混凝土底板平面尺寸為50cm×50cm，厚5cm，測桿直徑4cm，保護套管為內(nèi)徑5cm的聚氯乙烯管，為保護測桿避免路基施工的破壞，在套管的外側(cè)加一混凝土管，每次測桿頂面高出路基面不超過10cm。沉降板觀測采用DS1型精密水準儀，以二等水準測量控制，觀測精度：紅、黑面尺讀數(shù)較差≤0.5mm；紅、黑面尺高差較差≤0.7mm；往返較差附合允許閉合差≤±0.6n。每填一層土，觀測一次，當?shù)孛娉两邓俾拭繒円勾笥?0mm時，立即停止填筑，并繼續(xù)加強觀測，直到沉降速率減小，均勻為止，方可填筑下一層。同時繪制沉降-荷載-時間曲線圖，分析判斷沉降穩(wěn)定趨勢。C、地基分層沉降觀測主要用于橋臺臺后地基深層沉降監(jiān)控，為橋臺施工及臺后回填提供決策依據(jù)。分層沉降標布設(shè)見圖2中A-A斷面，每斷面埋設(shè)2個。分層沉降標采用特制的鐵環(huán)套在測管的外側(cè)。埋設(shè)時，用鉆機鉆孔至預(yù)定深度，先埋測管，測管底部須封死，再將分層沉降標逐個套在測管外側(cè)，埋在預(yù)定土層中。為保證分層沉降標能牢固地嵌入土層中，在鐵環(huán)外側(cè)配置了3個彈性利爪，并在相鄰鐵環(huán)之間用膨潤性粘土球填塞。土體分層沉降觀測采用G-1型磁感應(yīng)分層沉降儀，在套管中放入感應(yīng)探頭，測出各分層沉降標離管口的距離，測出管口高程，計算出各分層沉降標的高程?？煞謩e測出土體沿深度方向不同層次的沉降量。各層的平均沉降速率按每晝夜不大于10mm控制，若超過此限應(yīng)停止填筑，采取處理措施。D、橋臺附近土體水平位移觀測測斜管布置見圖2示。用于觀測橋臺前縱向坡腳和臺后路堤地基各層位土體側(cè)向位移量，以判斷土體沿路基縱向和橫向滑動穩(wěn)定性，指導(dǎo)土體填筑速率?？刂茦藴剩核轿灰扑俾拭繒円剐∮?mm。橋臺錐坡坡角一般都是沿河或溝渠，存在一定的臨空面，因此縱向位移一般都大于路堤橫向坡角位移。測斜管采用彎曲性能與軟土的側(cè)向位移相適應(yīng)的聚氯乙烯管，管內(nèi)有縱向的十字導(dǎo)槽。埋設(shè)時，先用鉆機鉆孔至無水平位移的土（巖）層中至少50cm，并保證測斜管有足夠的錨固深度，然后將測斜管逐根放入孔中，管端接口保證密合，管內(nèi)的十字導(dǎo)槽應(yīng)對準路基的縱橫方向。土體水平位移的觀測采用伺服式加速度測斜儀，沿測斜管的十字導(dǎo)槽逐段測定其輸出電壓值，通過計算分析，確定土體的水平位移值，繪制水平位移與觀測深度曲線，判斷最大水平位移位置。E、土壓力觀測如圖2示A-A斷面，挖坑埋設(shè)土壓力盒，坑槽底面應(yīng)平整密實，土壓力盒上下四周約20cm范圍內(nèi)用細砂填實，并逐個將外引電纜編好號碼，引入觀測箱中，用GXS-937型頻率接收儀測定每個土壓力盒的頻率，然后計算出每個測點的土壓力值，了解土體的應(yīng)力分布情況。F、孔隙水壓力觀測孔隙水壓力計埋設(shè)于圖示2A-A斷面路中心，埋設(shè)時用鉆機鉆孔至預(yù)定深度后，在孔內(nèi)填入少量砂，將孔隙水壓力計放至設(shè)計深度處，再用干燥的膨脹土球?qū)⒖追忾]。為保證孔隙水壓力計的成活率，每個鉆孔最多埋設(shè)2個孔隙水壓力計，然后用GXS-937型頻率接收儀測定每個水壓力計的頻率，計算出孔隙水壓力值，確定橋臺處地基土的固結(jié)情況。4.2臺背回填及臺背預(yù)壓過程中，臺后土壓力和深層軟土對橋臺的水平推移觀測，主要觀測側(cè)斜管的水平位移，方法同前。4.3墩臺的沉降觀測在每個墩臺的左右幅布設(shè)固定觀測點。測點的布設(shè)應(yīng)符合測量精度和規(guī)范要求。用DS1型精密水準儀兩次觀測精度≤0.5mm。4.4墩臺位移觀測位移觀測點的布設(shè)同沉降觀測點相一致，充分利用布設(shè)好的沉降觀測點。觀測儀器采用高精度的全站儀，測出該點坐標，與前一次所測坐標的差值，即為這一觀測期內(nèi)墩臺該點的位移值。4.5扭轉(zhuǎn)觀測測點布設(shè)在墩臺左右兩邊（橫橋向），如圖3中A、B兩點所示。在A點處懸掛一帶細鋼絲的垂球，通過下邊固定的不銹鋼水平刻度尺（精度為0.1mm）讀數(shù)，當墩臺發(fā)生轉(zhuǎn)動時，垂線偏離初始讀數(shù)，即可從刻度尺B上讀出由于轉(zhuǎn)動引起的位移Δ，其轉(zhuǎn)角a=arctanΔ/L式中：L為A、B間距離（mm）。另外，也可由設(shè)在墩臺上的位移觀測值的相對差值推算出，作為校核，即：α=arctan（s1-s2）/L式中：s1、s2——同一墩臺上兩點測的位移量（mm）Ｌ——觀測點間距離（mm）４.6結(jié)構(gòu)物裂縫觀測當墩臺結(jié)構(gòu)發(fā)生位移或沉降時，一般都會出現(xiàn)裂縫，觀測方法如下：4.6.1在裂縫的起點和終點劃上與裂縫走向垂直的標記線，并將裂縫登記編號，記下裂縫的部位、走向、分布狀況。4.6.2用DM型讀數(shù)顯微鏡觀測裂縫的寬度，用鋼尺可以量出裂縫的長度；用NM-3B型混凝土超聲波探測儀測定裂縫的深度。每次觀測值與前次的差值，即為裂縫的發(fā)展變化趨勢。4.6.3測出裂縫區(qū)域混凝土保護層厚度、碳化深度，分析判斷鋼筋的銹蝕情況。4.6.4根據(jù)裂縫的變化趨勢，分析出現(xiàn)裂縫的原因。為驗算結(jié)構(gòu)是否安全，以及加固設(shè)計、養(yǎng)護提供依據(jù)。5檢查及觀測的頻率在臺后路堤填筑和橋臺臺背回填過程中，每填筑一層，觀測一次；橋梁墩臺施工過程中，每天觀測一次；橋梁建成通車后三個月中，每星期觀測一次。連續(xù)三個月觀測穩(wěn)定為止。若出現(xiàn)異常時，增加觀測和檢查頻率。6