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1、高速铁路（客运专线）线下工程 沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准和沉降计算与修正方法,西南交通大学,目 录,1 概述 1.1 测量点分类2 路基工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准 2.1观测断面及观测点的设置原则 2.2观测元件与埋设技术要求3 桥涵工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准 3.1观测点的设置原则 3.2观测元件与埋设技术要求4 隧道工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准 4.1观测断面和观测点的设置原则 4.2观测元件与埋设技术要求5 过渡段工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准,5.1观测断面和观测点的设置原则 5.2观测元件与埋设技术要求6
2、 沉降变形计算及修正方法 6.1 线下工程沉降变形计算与修正 6.2 梁体徐变上拱计算7 注意问题,1 概述,1.1 测量点分类 沉降变形测量点分为基准点、工作基点和沉降变形观测点。1）基准点。要求建立在沉降变形区以外的稳定地区，同大地测量点的比较，要求具有更高的稳定性，其平面控制点一般应设有强制归心装置。基准点使用全线二等精密高程控制测量布设的基岩点、深埋水准点；2）工作基点。要求这些点在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程和坐标的传递点，同基准点一样，其平面控制点应设有强制归心装置。工作点除使用普通水准点外，按照国家二等水准测量的技术要求进一步加密水准基点或设置工作基点至满足工点垂直
3、位移监测需要。加密后,的水准基点（含工作基点）间距200m左右时，可基本保证线下工程垂直位移监测需要。3）沉降变形观测点。直接埋设在要测定的沉降变形体上。点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。沉降变形点按路基、桥涵、隧道等各专业布点要求进行。其布设按下列要求：（1）每个独立的监测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点。基准点应选设在沉降变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。（2）工作基点应选在比较稳定的位置。对观测条件较好或观测项目较少的项目，可不设立工作基点，在基准点上直接测量沉降变形观测点。（3）
4、沉降变形观测点应设立在沉降变形体上能反映沉降变形特征的位置。,2 路基工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准,2.1观测断面及观测点的设置原则 2.1.1路基工程沉降变形观测以路基面沉降观测和地基沉降观测为主，应根据不同的结构部位、填方高度、地基条件、堆载预压等具体情况来设置沉降变形观测断面。同时应根据施工过程中掌握的地形、地质变化情况调整或增设观测断面。2.1.2观测断面一般按以下原则设置，同时应满足设计文件要求；1 沿线路方向的间距一般不大于50m；对地势平坦且地基条件均匀良好的路堑、填方高度小于5m且地基条件均匀良好的路堤可放宽到100m。2 对地形、地质条件变化较大地段应加密断面
5、，一般间距不大于25m，在变化点附近应设观测断面，以确保能够反映真实差异沉降。3 一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2个观测断面。,4 对地形横向坡度大于1：5或地层横向厚度变化的地段应布设不少于1个横向观测断面。2.1.3观测点一般按以下原则设置，同时应满足设计文件 要求；1 为有利于测点看护，集中观测，统一观测频率，各 观测项目数据的综合分析，各部位观测点须设在同一横断面上。2 一般路堤地段观测断面包括沉降观测桩和沉降板，沉降观测桩每断面设置2个，布置左右线中心两侧各3.2m处；沉降板每断面设置1个，布置于双线路基中心。,3 软土、松软土路堤地段观测断面一般包括剖面沉
6、降管（高速铁路工程一般不提倡采用）、沉降观测桩、沉降板和位移观测桩。沉降观测桩每断面设置2个，布置于两侧线路中心外各2m处，沉降板位于双线路基中心，位移观测边桩分别位于两侧坡角外12m、1012m处，并与沉降观测桩及沉降板位于同一断面上，剖面沉降管位于基底。,4 沉降板设置应严格按设计文件要求执行，一般按以下原则设置：（1）对路堤填高小于3m且压缩层厚度小于5m地段，设置断面间距为200m；（2）对压缩层厚度大于20m地段，设置断面间距为50m；（3）其余情况根据具体情况，设置断面间距为50100m；（4）地面横坡或压缩层底横坡大于1：5时，横断面布置两处沉降板，一处位于路基中心，另外一处根据
7、具体地形地质情况布置。,图2.1.3 松软土地段观测断面布置图,5 预压地段，预压期因基床表层尚未施工，路基顶面沉降观测应在预压土方底部（基床底层顶面）布置沉降元件进行，即在基床底层顶面临时布置沉降板，位移观测以及基底沉降观测布置与无预压段完全一致，预压土方卸除时临时沉降板随之拆除，基床表层施工后，于路基面上设置正式沉降观测桩。6 路堑地段观测断面分别于路基中心，左右中心线以外3.2m的路基面处各设1根沉降观测桩，观测路基面的沉降。7 路堤基底设置剖面沉降管进行全断面沉降观测时，严格按设计文件要求执行。2.1.4 路基水准路线观测按二等水准测量精度要求形成附合水准路线，沉降观测点位布设及水准路
8、线观测示意图如图2.1.4所示：,2.2观测元件与埋设技术要求 2.2.1 沉降观测桩：选择20mm钢筋，顶部磨圆，底部焊接弯钩，待基床表层级配碎石施工完成后，在观测断面通过测量埋置在设计位置，埋置深度不小于0.3m，桩周0.15m用C15混凝土浇筑固定，完成埋设后测量桩顶标高作为初始读数,图2.1.4 沉降观测点位布设及水准路线观测示意图,2.2.2 沉降板：应严格按设计要求进行埋设，一般情况如下:由底板、金属测杆（20镀锌铁管）及保护套管（49 PVC管）组成。钢筋混凝土底板尺寸为50cm50cm,厚3cm或钢底板尺寸为5050cm，厚1.0cm。,图2.2.1 路基沉降观测桩埋设布置图,
9、图2.2.2 路基沉降板埋设布置图,1 沉降板埋设位置处可垫10cm砂垫层找平，埋设时确保底板的水平与垂直度，确保测杆与地面垂直。2 放好沉降板后，回填一定厚度的垫层，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套管，完成沉降板的埋设工作。3 测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高读数作为初始读数，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0.5m为宜，接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。金属测杆用内接头连接，保护套管用PVC管外接头连接。4 接长套管时应确保垂直，避免机械施工等因素导致套管倾斜。2.2.3 位移边桩：采用C15钢筋混凝土
10、预制，断面采用15cm15cm正方形，长度不小于1.5m。并在桩顶预埋20mm钢筋，顶部磨圆并刻画十字线。1 边桩埋置深度在地表以下不小于1.4m，桩顶露出地面不应大于10cm。2 埋置方法采用洛阳铲或开挖埋设，桩周以C15混凝土浇筑固定，确保边桩埋置稳定。完成埋设后采用全站仪测量边桩标高及距基桩的距离作为初始读数。,2.2.4 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，导管内十字导槽应顺直，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十字导槽内，从一端按一定间距依次读数。,路基基底剖面沉降管在地基加固施工完毕后，填土至0.6m高度碾压密实后开槽埋设
11、，开槽宽度2030cm，开槽深度至地基加固表层顶面，槽底回填0.2m厚的中粗砂，在槽内敷设沉降管（沉降管内穿入用于拉动测头的镀锌钢丝绳），其上夯填中粗砂至与碾压面平齐。沉降管埋设位置挡土墙处应预留孔洞。沉降管敷设完成后，两头应砌筑观测坑，并加设盖板，以方便观测及对孔口进行长期保护，并做好坑内及其周围的排水。并于一侧管口处设置观测桩，观测桩采用C15素混凝土灌注，断面采用0.5 m0.5 m1.0m。,图2.2.2 路基剖面沉降管埋设布置图,待上部一层填料压实稳定后，连续观测数日，取稳定读数作为初始读数。采用横剖仪和水准仪进行横剖面沉降观测。每次观测时，首先用水准仪测出横剖面管一侧的观测桩顶高程
12、，再把横剖仪放置于观测桩顶测量初值，然后用横剖仪测量各测点。区间每2.0m测量一点，车站内测点间距可为3.0m。2.2.5 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108或127，钻孔垂直，孔深应达到硬质稳定层（最好为基岩），并与沉降仪总长一致。孔口应平整密实。安装前先在孔底灌浆以便固定底端锚板，安装时锚杆朝下，法兰沉降板朝上，注意要用拉绳保护以防止元件自行掉落，采用合适方法将底端锚板压至设计深度。每个测试断面埋设完成后，位移计引出导线用钢丝波纹管进行保护，并挖槽集中从一侧引出路基，引入坡脚观
13、测箱内。一般埋设完成后35天待缩孔完成后测试零点。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。,2.2.6 无砟轨道铺设时路基测点的转移技术要求待补充规定中详细要求。3 桥涵工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准 3.1观测点的设置原则 3.1.1 一般每个桥墩（台）均设置承台观测标、墩（台）身观测标。3.1.2 承台观测标：设置两个观测标，观测标-1设置于底层承台左侧小里程角上，观测标-2设置于底层承台右侧大里程角上。承台观测标为临时观测标，当墩身观测标正常使用后，承台观测标随基坑回填将不再使用。3.1.3墩身观测标：1观测点数量每
14、墩不少于2处，位于墩身两侧；2 桥墩标一般设置在墩底高出地面或水位1.0m左右。当墩身较矮立尺困难时，桥墩观测标位置可降低或设置在对应墩身埋标位置的顶帽上。特殊情况可按照确保观测精度、观测方便、利于测点保护的原则，确定相应的位置。桥墩上观测标的具体设置位置见图3.1.3。,3.1.4 桥台观测标：原则上应设置在台顶（台帽及背墙顶），测点数量不少于4处，分别设在台帽两侧及背墙两侧（横桥向）。桥台观测标的具体设置位置见图3.1.4。,图3.1.3 承台与墩身观测标设置,云,桂,图3.1.4 桥台观测标埋设位置示意图,3.1.5 梁体观测标：1 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
15、预制梁，每30孔选择1孔设置观测标，当实测弹性上拱度大于设计值的梁，前后未观测的梁应补充观测标，逐孔进行观测；其余现浇梁逐孔设置观测标。移动模架施工的梁，对前6孔进行重点观测，以验证支架预设拱度的精度。验证达到设计要求后，可每10孔选择1孔设置观测标，当实测弹性上拱度大于设计值的梁，前后未观测的梁应补充观测标，逐孔进行观测。2 观测点布置 简支梁的一孔梁设置观测标6个，分别位于两侧支点及跨中；连续梁上的观测标，根据不同跨度，分别在支点、中跨跨中及边跨1/4跨中附近设置，3跨以上连续梁中跨布置点相同，详见下图。,3 钢结构桥梁梁部不存在徐变，为了观测变形，每孔设置6个观测标，分别在支点及跨中设置
16、。4 对大跨度桥梁等特殊结构应由设计单位单独制定变形观测方案，施工单位按照设计方案进行观测。,3.1.6涵洞观测标：每座涵洞均要进行沉降观测，观测标原则上应设在涵洞两侧的边墙上，在涵洞进出口及涵洞中心分别设置，每座涵洞测点数量为6个。涵洞填土后观测点可从边墙位置移动到帽石上，涵洞进出口的帽石上各设置两个测点，位于帽石两侧位置。详见下图。,3.1.7 桥梁梁部水准路线观测按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测示意图如图3.1.7所示，其中测点1，2，3，4构成第一个闭合环，测点3，4，5，6构成第二个闭合环。所有观测线路形成闭合线以前必须置镜两次以上，以保证不会形
17、成相关闭合环。,图3.1.7 桥梁梁部沉降观测水准路线示意图,3.1.8 桥梁墩台水准路线观测按二等水准测量精度要求形成 闭合水准路线，沉降观测点位布设于墩台两侧，水准路线观测示意图如图 3.1.8所示：,图3.1.8 桥梁墩台沉降观测水准路线示意图,3.2观测元件与埋设技术要求 3.2.1 承台观测标 选择20mm钢筋，顶部磨圆并刻画十字线，埋置深度不小于0.1m，高出埋设表面3mm，表面做好防锈处理。完成埋设后测量桩顶标高作为初始读数。,图3.2.1 承台观测标设置,3.2.2墩身观测标：采用14mm不锈钢螺栓。见下图所示：,3.2.3 桥台观测标、梁体观测标、涵洞观测可参考图3.2.1、
18、图3.2.2设置。3.2.4无砟轨道铺设时梁体测点的转移技术要求待补充规定中详细要求。,图3.2.2 墩身观测标设置,4 隧道工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准,4.1观测断面和观测点的设置原则 4.1.1 隧道工程沉降观测是指隧道基础的沉降观测，即隧道的仰拱部分。其它如洞顶地表沉降、拱顶下沉、断面收敛沉降变形等不列入本沉降观测的内容。4.1.2 隧道的进出口进行地基处理的地段，从洞口起每25m布设一个断面。4.1.3 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，一般情况下级围岩每400m、级围岩每300m、级围岩每200m布设一个观测断面；4.1.4 明暗交界处、围岩级别
19、、衬砌类型变化段及沉降变形缝位置应至少布设两个断面；4.1.5 地应力较大、断层或隧底溶蚀破碎带、膨胀土等不良和复杂地质区段，特殊基础类型的隧道段落、隧底由于承载力不足进行过换填、注浆或其它措施处理的复合地基段落适当加密布设。,4.1.6 隧道洞口至分界里程范围内应至少布设一个观测断 面。4.1.7施工降水范围应至少布设一个观测断面。4.1.8路隧分界点处，路、隧两侧分别设置至少一个观测断面。4.1.9 长度大于20m的明洞，每20m设置一个观测断面。4.1.10 隧道工程完成后，每个观测断面在相应于两侧边墙处设一对沉降观测点。如图4.1.1所示。,图4.1.1 隧道观测标埋设位置示意图,4.
20、1.11隧道水准路线观测按二等水准测量精度要求形成附 合水准路线，沉降观测点位布设于观测断面隧道内壁两侧，水准路线观测示意图如图4.1.2所示：,图4.1.2隧道沉降观测水准路线图,4.2观测元件与埋设技术要求 4.2.1 观测点埋设参考图2.2.1设置。4.2.2无砟轨道铺设时隧道测点的转移技术要求待补充规定中详细要求。,5 过渡段工程沉降变形观测断面及测点布置原则与埋设标准,5.1观测断面和观测点的设置原则 5.1.1 过渡段应考虑线路纵向平顺性和不同结构物差异沉降的观测和评估，桥涵两端的过渡段、路隧过渡段及堑堤过渡段均需进行沉降观测。5.1.2 不同结构物起点处、距起点510m、2030
21、m处分别设置观测断面。每个横向结构物每侧各设置一个观测断面，沿涵洞轴线设路基观测断面。每个观测断面观测点设置参照路堤。5.1.3 路堤和路堑分界处设置观测断面，观测点设置参照路堤。5.1.4横向结构物顶面埋设一根剖面沉降管，具体要求详见设计文件。,图5.1.4.1纵断面示意图,图5.1.4.2平面示意图,5.2观测元件与埋设技术要求 5.2.1 沉降观测点与剖面沉降管埋设参考路堤设置。,6 沉降变形计算及修正方法,6.1 线下工程沉降变形计算与修正 6.1.1 沉降变形计算 对于任一期次的观测，测点沉降变形主要计算步骤如下：1）现场观测获得各观测点的水准测量记录数据。2）根据相应的工作基点（相
22、应水准路线上）高程结果，计算观测点的本期高程。3）用同一观测点的上一期次的高程减去本期高程，得到本期观测后该观测点的沉降增量。这样，“+”表示下沉，“”表示隆起。4）把到当前（各阶段提交资料时刻）为止的同一测点各期的沉降增量累加，即为该测点当前的累计沉降量。6.1.2 沉降变形修正 对于因工程地质条件、气候条件等因素引起的工作基点高程变化的情况，需要把工作基点高程变化引入观测点的高程结果中。一般而言，可以通过基准点联测来获得工作基点的高程。但是，由于基准点联测不可能同观测点观测,的频度一样，而且要远小于后者，所以，只有把定期的基准点的联测结果按一定的方法引入观测点的高程结果，即通过对工作基点的
23、高程修正而达到对观测点的高程结果修正。由于影响因素众多，工作基点的高程变化十分复杂，目前尚无统一的计算方法，考虑工程实际的简化操作，这里给出近似的线性内插法进行某一时刻的工作基点高程的修正。,对任一工作基点，其高程修正计算方法具体如下：1）在相邻两个时间间隔时刻t1、t2（设t1t2）进行了基准点联测，根据测量结果计算出此工作基点t1时刻的高程h1，t2时刻的高程h2。2）对于在t1至t2之间的任一时刻t，此工作基点的高程h计算如下：,在获得了各个工作基点的修正后的高程之后，就可对两个工作基点所限定的水准路线上的各个观测点进行高程计算，进而完成沉降计算，具体方法同6.1.1。在修正过程中，应该
24、注意：1）工作基点的高程修正是指时间上的修正，即修正不同时刻的变化情况；2）高程修正计算与观测时间段一一对应，即若某一时间段进行了工作基点修正，那么观测点的修正也只是针对这一时间段的数据，而对该观测点在本时间段以前的（已完成了修正）观测数据不予修正。6.2 梁体徐变上拱计算 6.2.1 两个基本概念（1）弹性上拱 弹性上拱是由于预应力混凝土梁在张拉过程由于张拉力而引起的上拱变形，梁的预应力张拉包括了3个阶段（预张拉，初张拉、终张拉），一般认为他们引起的弹性上拱是一瞬间完成的。,（2）徐变上拱 徐变上拱是指预应力混凝土梁在应力不变的情况下，因应变增加而引起的梁体上拱现象。6.2.2 梁体上拱变形
25、的组成与计算 在终张拉完成后，梁体任一时刻上拱变形量由弹性上拱e和徐变上拱c两部分组成，如下图所示。其中，弹性上拱即为终张拉完成时刻的上拱变形。,对于预应力梁，任一截面均存在上拱变形，但工程实践中最关心的是最大上拱变形，即梁体跨中上拱量。该上拱变形量实测值计算方法如下：,这样，梁体在终张拉完成后任一时刻实测跨中徐变上拱量即为：,其中，实测梁体跨中上拱量；,实测梁体跨中变形量（以向上为正）；,实测梁体端部（边端）变形量（以向上为正），注意取两端部的变形量的平均值。,其中弹性上拱量 即为终张拉完成时刻的实测跨中上拱变形值。,7 注意问题,沉降观测与评估是进行能否铺设无碴轨道的重要控制工作，其中评估
26、是核心，观测是基础，没有良好的观测数据就无法通过评估，从而延误工程进度。因此，观测是极为重要的关键环节，应该特别注意严格控制观测数据质量。为此，提出如下几点常见的观测数据问题：（1）观测数据中需要记录的工况信息不全面，不能进行评估；（2）观测频次和观测时间不满足阶段评估要求，不能进行评估；（3）同一测点观测数据各期次上下波动很大，难以进行拟合分析通过评估；（4）同一测点观测数据存在持续隆起上升现象，难以通过评估；（5）在荷载不变的情况下，同一测点观测数据出现急剧变化，难以通过评估；,（6）在荷载不变的情况下，同一测点观测数据连续多期出现明显变化，难以通过评估；（7）桥梁、隧道测点出现较大幅度的沉降变形值（如：超过10mm），难以通过评估；（8）过渡段测点设置未按照规范执行，观测断面不足，不能进行评估；（9）桥梁墩台左右测点沉降差异常，难以通过评估；（10）提交评估的区段存在某些测点观测时间缺失或不足，无法进行评估。为了保证以后正常通过评估，不至于拖延工期，需要各施工单位严格按照相关要求观测作业，若出现上述问题，要及时分析原因，采取合理对策，进一步加强观测，提高观测数据质量。,
