京石鐵路客運專線JS-3標段路基沉降變形觀測控制

1、京石鐵路客運專線京石鐵路客運專線 JS-3JS-3 標段標段（DK237+753.0-DK250+012.65DK237+753.0-DK250+012.65）路基沉降變形觀測控制路基沉降變形觀測控制二二一二年二月一二年二月目目 錄錄1.1.沉降變形相關基本概念沉降變形相關基本概念 .11.1.變形的定義.11.2.沉降的定義.12.2.路基沉降的組成路基沉降的組成 .23.3.路基沉降觀測的目的及相關指標路基沉降觀測的目的及相關指標 .34.路基沉降變形觀測范圍、內(nèi)容路基沉降變形觀測范圍、內(nèi)容 .44.1.路基沉降變形分類：.44.2.過渡段:路橋、路涵過渡段不均勻沉降觀測。.55.路基沉降

2、變形觀測方案路基沉降變形觀測方案 .55.1.路基沉降觀測規(guī)定.55.2.路基沉降監(jiān)測剖面布置說明.55.3.觀測斷面類型及組成.65.4.監(jiān)測元件埋設說明.85.5.監(jiān)測方法與要求.96.沉降觀測結(jié)果的分析、評估沉降觀測結(jié)果的分析、評估 .116.1.路基觀測資料整理.117.附表附表 .14附件附件 2 路基沉降常用預測方法路基沉降常用預測方法.24隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，旅客對于乘坐車輛安全性、舒適度和速度的要求越來越高，具體到客運專線而言，即是對路橋結(jié)構(gòu)變形和強度指標的要求越來越高。從德、法、日三國針對我國高速鐵路設計咨詢結(jié)果來看，德、法強調(diào)控制路基的不均勻沉降，其

3、追求沉降的目標是不均勻沉降為零；工后沉降5cm或3cm的指標相對而言較為嚴格，如何確保路基沉降變形滿足質(zhì)量標準要求成為路基工程的重點課題。我國很早開始對高速鐵路基礎關鍵技術進行了一系列的研究,在借鑒國外高速鐵路大量理論、試驗和建設實踐的基礎上，相繼制定了有關設計暫行規(guī)定和設計指南，初步形成了我國客運專線技術體系。為保證列車高速、平穩(wěn)、舒適、安全運行，我國相關規(guī)定路基工后沉降量不應大于5cm，沉降速率應小于2cm/年，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量不應大于3cm；無蹅軌道路基工后沉降量不大于15mm，不均勻沉降變形20mm/20m。無砟軌道鋪設條件評估的重點應是線下工程的沉降變形，評估應綜合考慮沿

4、線路方向各種結(jié)構(gòu)物間的沉降變形關系，以標段為單位實施。無砟軌道鋪設條件的評估數(shù)據(jù)必須采用先進、成熟、科學的檢測手段取得，且必須真實可靠，全面反映工程實際狀況。沉降變形觀測、評估過程是確定鋪設無砟軌道的關鍵時間節(jié)點和關鍵工序的主要依據(jù)之一，必需加強沉降變形觀測的過程控制。下面就京石鐵路客運專線路基沉降觀測控制對路基沉降觀測進行簡要介紹：1. 沉降變形相關基本概念1.1.變形的定義 線下結(jié)構(gòu)由于荷載、環(huán)境等作用引的起隨時間發(fā)生的位移。1.2.沉降的定義 基礎設施在豎直方向產(chǎn)生的變形，包括下沉和隆起，向下為“正” ，向上為“負” 。 主要包括以下五項：1.2.1.工后沉降：在鋪軌工程完后（指有蹅軌道

5、工程竣工或無蹅軌道道床工程完后，下同）以后，基礎設施產(chǎn)生的沉降量。工后沉降標準與項目建設速度目標、軌道類型、施工類型、施工日期、軌道維修養(yǎng)護標準和維修周期、工程投資大小等因素相關，同時也與地質(zhì)勘探試驗、沉降計算、沉降觀測、工后沉降預測等的方法和精度密切相關。1.2.2.均勻沉降：鋪軌工程完成后，一定區(qū)域范圍內(nèi)路基沉降量的相同性及其分布。1.2.3.不均勻沉降：鋪軌工程完成后，一定區(qū)域范圍內(nèi)不同測點路基沉降量的差異大小及其分布。1.2.4.臺后沉降：鋪軌工程完成后，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量。1.2.5.差異沉降：鋪軌工程完成后，路基與橋臺、隧道等結(jié)構(gòu)物間的沉降變形量差。2. 路基沉降的組成路

6、基的變形主要由路基本體和地基基礎的變形組成；路基本體的變形通常指基床表層、基床底層和基床下路堤的變形。路堤結(jié)構(gòu)各部的沉降組成見表 2-1。（1） 、基床表層：通常由級配碎石或級配砂礫石組成?；脖韺拥淖冃卧谔钪瓿杉s 1 周后基本自調(diào)完畢，該變形量可以忽略不計。（2） 、基床底層：通常采用容易碾壓密實的 A、B 組填料或采用改良的 C 組填料。（3） 、基床以下路堤：其變形量大小主要取決于土體的物理特性和土體自身的壓密特性以及壓實時的含水量；其變形調(diào)整和穩(wěn)定時間取決于土體自身特性、含水量大小、壓實功大小和上覆土體的壓實過程，當填料為化學改良土（摻加石灰、水泥）時，由于壓實功以及改良劑的作用，路

7、基本體變形逐漸減小并趨于穩(wěn)定。當填料為砂礫土或碎石土時，其變形量大小和穩(wěn)定時間可認為是確定的，一般在路基施工完成后一年趨于穩(wěn)定。表表 2-12-1 路基沉降的組成路基沉降的組成項目基床表層基床底層路基本體地基基礎備注材料組成級配碎石A、B 組投料A、B 填料或改良土壓實指標N190Mpa/mK150Mpa/mK110Mpa/mK3090Mpa/m無碴軌道沉降分析不計入不計入按 6 月T18 月計入計入分析（4） 、地基下沉引起的工后沉降地基下沉引起的工后沉降主要與地基類型、處理措施、填土高度、施工周期等因素有關。對于一般地基而言，其工后沉降有限，都能滿足要求，但對于軟土地基來說，由于壓縮性大、

8、滲透系數(shù)小、強度低等特點，路基建成后的沉降量大且延續(xù)時間較長才能完成。路基工后沉降主要是由地基沉降而引起的。 3. 路基沉降觀測的目的及相關指標通過對路基工程的沉降觀測資料進行分析，指導現(xiàn)場路基施工填筑速率，預測工后沉降，確定無碴軌道的鋪設時間，評估路基工后沉降控制效果，確保無碴軌道結(jié)構(gòu)的安全。鐵路特殊路基設計規(guī)范要求：“在軟土地基上填筑路堤時，應在邊坡坡腳外設置邊樁，在路堤中心線地面上設置沉降觀測設備，進行水平位移和沉降觀測，控制填土速率，測定地基沉降值，同時作為驗交時控制工后沉降量的依據(jù)。 ” 時速300-350公里新建客運專線鐵路設計暫行規(guī)定要求：“軟土及松軟土地基上填筑路堤時，應在邊坡

9、坡腳外設置邊樁進行水平位移觀測，在路堤基底地面設置沉降觀測設備進行沉降觀測。在路堤填筑過程中，必須控制填土速率?？刂茦藴蕬獮椋郝返讨行牡孛娉两邓俾?.0cm/每晝夜，坡腳水平位移速率0.5cm/每晝夜。應根據(jù)沉降觀測情況進行綜合分析，以推算地基的最終沉降量，并及時調(diào)整工藝、工法使地基處理達到預定的控制要求，同時應作為驗交時控制工后沉降量的依據(jù)。 ” 客運專線無碴軌道鐵路設計指南要求：“軟土路堤在填筑過程中，必須控制填土速率?？刂茦藴蕿椋郝返讨行牡孛娉两邓俾拭繒円共坏么笥?0mm，坡腳水平位移速率每晝夜不得大于5mm。 ” “土質(zhì)地基路基均應進行工后沉降分析。路基在無碴軌道鋪設完成后的工后沉降應

10、滿足扣件調(diào)整和線路豎曲線圓順的要求。 ” 京石鐵路客運專線要求路基工后沉降控制標準要求：一般地段15mm，路橋過渡段5mm。4. 路基沉降變形觀測范圍、內(nèi)容路基沉降變形觀測范圍、內(nèi)容4.1.路基沉降變形分類：根據(jù)不同的路基高度及不同的地基條件，主要內(nèi)容有：4.1.1.路基面的沉降變形觀測4.1.2.路基基底沉降觀測4.1.3.路堤本體的沉降觀測4.2.過渡段:路橋、路涵過渡段不均勻沉降觀測。5. 路基沉降變形觀測方案路基沉降變形觀測方案路基上鋪設無砟軌道前，應對路基變形作系統(tǒng)的評估，確認路基的工后沉降和變形符合設計要求。路基填筑完成或施加預壓荷載后應不少于6個月的觀測和調(diào)整期，觀測數(shù)據(jù)不足以評

11、估時，應繼續(xù)觀測；工后沉降評估不能滿足設計要求時，應采取必要的加速完成沉降或控制沉降的措施。路基沉降觀測應以路基面沉降和地基沉降觀測為主，并有針對性的對路橋涵過渡段差異沉降進行重點觀測。觀測期內(nèi)，路基沉降實測值超過設計值20及以上時，應及時查明原因，必要時進行地質(zhì)復查，并根據(jù)實測結(jié)果調(diào)整計算參數(shù)，對設計預測沉降進行修正或采取沉降控制措施。5.1.路基沉降觀測規(guī)定 5.1.1.沉降觀測采用二等幾何水準測量，觀測精度：不低于1.0mm，讀數(shù)精度 0.1mm。5.1.2.位移觀測測距儀誤差5mm，豎向位移10mm/d，路基中心沉降板沉降量10mm/d，當大于要求時停止施工。5.1.3.剖面沉降觀測精

12、度應不低于 8mm/30m，剖面沉降儀最小讀數(shù)不得大于 0.1mm。5.2.路基沉降監(jiān)測剖面布置說明5.2.1.路基沉降監(jiān)測斷面根據(jù)不同的地基條件，不同的結(jié)構(gòu)部位等具體情況設置。沉降監(jiān)測斷面的間距一般不大于 50m，對于地勢平坦、地基條件均勻良好、高度小于 5m 的路堤可放寬到 100m；對于地形、地質(zhì)條件變化較大地段應適當加密。路堤與不同結(jié)構(gòu)物的連接處應設置沉降監(jiān)測斷面，每個路橋過渡段在距離橋頭 5m、15m、35m 處分別設置一個沉降監(jiān)測斷面，每個橫向結(jié)構(gòu)物每側(cè) 2m 處各設置一個監(jiān)測斷面。5.3.觀測斷面類型及組成5.3.1.路堤均采用堆載預壓。路堤地段采用、型監(jiān)測斷面，一般每間隔 3

13、個型監(jiān)測斷面設置一個型監(jiān)測斷面。 5.3.2.型監(jiān)測斷面包括沉降監(jiān)測樁和沉降板。沉降監(jiān)測樁每斷面設置 5 個，施工完基床底層后，預壓土填筑前，距左、右線中心4.7m 處于基床底層頂面埋設 2 個沉降監(jiān)測樁，其余 3 個于基床表層施工完成后布置于雙線路基中心及距兩側(cè)路肩 1m 處的基床表層頂面上；沉降板位于路堤中心，基底鋪設碎石墊層的地段埋設于墊層頂面，基底設混凝土板地段置于板頂面，隨填土增高而逐漸接高測桿及保護套管。5.3.3.型監(jiān)測斷面包括沉降監(jiān)測樁、沉降板和剖面管。沉降監(jiān)測樁每斷面設置 3 個，布置于雙線路基中心及距兩側(cè)路肩 1m 處的基床表層頂面上；沉降板位于路堤中心，底板埋設于基床底層

14、頂面上，隨填土增高而逐漸接高測桿及保護套管，橫剖面管埋設于路堤基底碎石墊層頂面處。5.3.4.路堤與橫向結(jié)構(gòu)物過渡段，于橫向結(jié)構(gòu)物頂部沿橫向結(jié)構(gòu)物的對角線方向鋪設剖面沉降管。橫向結(jié)構(gòu)物兩側(cè)外邊緣各 2m 處設置一個 I 型觀測斷面，平面布置見型。5.4.監(jiān)測元件埋設說明5.4.1.沉降監(jiān)測樁：樁體選擇 20mm 不銹鋼棒，頂部磨圓并刻畫十字線，底部焊接彎鉤，待基床底層改良土或基床表層級配碎石施工完成后，通過測量埋置在監(jiān)測斷面設計位置，埋置深度 0.3m，樁周0.15m 用 C20 混凝土澆筑固定，完成埋設后按二等水準標準測量樁頂標高作為初始讀數(shù)。5.4.2.沉降板：由底板、金屬測桿（40mm

15、鍍鋅鐵管）及保護套管（75mmPVC 管）組成。底板尺寸為 50cm50cm，厚 10mm。按二等水準標準測量沉降板標高變化。（1）沉降板埋設位置應按設計測量確定，埋設位置處可墊10cm砂墊層找平，埋設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，再套上保護套管，保護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填料穩(wěn)定套管，完成沉降板的埋設工作。（3）按二等水準標準測量埋設就位的沉降板測桿桿頂標高讀數(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套管，每次接長高度以0.5m為宜，接長前后測量桿頂標高變化量確定接高量。金屬測桿用螺絲套扣連接，保護套管用PVC

16、管外接頭連接。5.4.3.剖面沉降管：路基基底剖面沉降管在地基加固及墊層施工完畢后，填土至 0.6m 高度碾壓密實后開槽埋設，開槽寬度2030cm，開槽深度至地基加固墊層頂面，槽底回填 0.2m 厚的中粗砂，在槽內(nèi)敷設沉降管（沉降管內(nèi)穿入用于拉動測頭的鍍鋅鋼絲繩） ，其上夯填中粗砂至與碾壓面平齊。型斷面中剖面管在涵頂填土0.6m厚開槽施工埋設，原則同基底剖面管埋設方法。沉降管埋設位置擋土墻處應預留孔洞。沉降管敷設完成后，在兩頭設置0.5 m0.5 m0.95m C20素混凝土保護墩。并于一側(cè)管口處設置監(jiān)測樁，監(jiān)測樁采用C20素混凝土灌注，斷面采用0.5 m0.5 m1.6m，并在樁頂預埋半圓形

17、不銹鋼耐磨測頭，監(jiān)測樁用鋼筋混凝土保護盒保護。待上部一層填料壓實穩(wěn)定后，連續(xù)監(jiān)測數(shù)日，取穩(wěn)定讀數(shù)作為初始讀數(shù)。5.5.監(jiān)測方法與要求5.5.1.監(jiān)測方法 （1）橫剖面沉降監(jiān)測方法采用剖面沉降儀和水準儀進行橫剖面沉降觀測。每次觀測時，首先用水準儀按二等水準精度測出橫剖面管一側(cè)的觀測樁頂高程，再把剖面沉降儀放置于觀測樁頂測量初值，然后將剖面沉降儀放入橫剖管內(nèi)測量各測點。 （2）沉降板觀測方法采用水準測量方法，按測量精度要求和頻次定期觀測沉降板測桿頂面測點高程。沉降板觀測時應在測桿頭上套一個專用的測量帽。測量帽下部以剛好套入測桿為宜，測量帽上部以中心為一半球型的測點。在沉降板測桿接高時應同時測量接高

18、前后的測桿高程。 （3）路肩沉降觀測樁觀測方法采用水準測量方法，按測量精度要求和頻次定期觀測路肩觀測樁頂面測點高程。5.5.2.監(jiān)測測量頻度 路基沉降監(jiān)測的頻次不低于下表中的規(guī)定。 監(jiān)測階段監(jiān)測頻次一般1 次/天沉降量突變23 次/天填筑或堆載兩次填筑間隔時間較長1 次/3 天第 1 個月1 次/周第 2、3 個月1 次/2 周堆載預壓或路基施工完畢3 個月以后1 次/月第 1 個月1 次/2 周第 2、3 個月1 次/月無砟軌道鋪設后312 個月1 次/3 月5.5.3.元件保護要求：（1）元器件的埋設、測量和保護工作要分工明確，責任到人。（2）元件埋設時應根據(jù)現(xiàn)場情況進行編號，有導線的元件

19、應將導線引出至路基坡腳監(jiān)測箱內(nèi)。（3）凡沉降板附近1米范圍內(nèi)土方應采用人工攤平及小型機具碾壓，不得采用大型機械推土及碾壓，并配備專人負責指導，以確保元器件不受損壞。（4）施工隊應制定穩(wěn)妥的保護措施并認真執(zhí)行，確保元器件不因人為、自然等因素而破壞，元器件埋設后，制作相應的標示旗或保護架插在上方。路堤填筑過程中，派專人負責監(jiān)督監(jiān)測斷面的填筑。5.5.4.資料整理要求（1）采用統(tǒng)一的路基沉降監(jiān)測記錄表格，做好監(jiān)測數(shù)據(jù)的記錄與整理。監(jiān)測資料應齊全、詳細、規(guī)范，符合設計要求。所有測試數(shù)據(jù)必須真實準確，不得造假；記錄必須清晰，不得涂改；測試、記錄人員必須簽名。（2）所測數(shù)據(jù)必須當天及時輸入電腦，分析，整理

20、，核對無誤后在計算機內(nèi)保存。（3 )按照提交資料要求及時對測試數(shù)據(jù)進行整理、分析、匯總，及時繪制路基面、填料及路基各項監(jiān)測的荷載-時間-沉降過程曲線。并按有關規(guī)定整理成冊，報送有關單位進行沉降分析、評估。（4）路基填筑過程中應及時整理路堤中心沉降監(jiān)測點的沉降量，當路堤中心地基處沉降觀測點沉降量大于10mm/天時，應及時通知項目部，并要求停止填筑施工，待沉降穩(wěn)定后再恢復填土，必要時采用卸載措施。6. 沉降觀測結(jié)果的分析、評估沉降觀測結(jié)果的分析、評估6.1.路基觀測資料整理采用統(tǒng)一的客運專線路基沉降觀測記錄表 （見附表）做好觀測數(shù)據(jù)的記錄與整理。根據(jù)觀測資料，及時完成有關圖表的繪制，主要包括：(1

21、)每個觀測標志點的荷載時間沉降曲線；(2)繪制每個觀測標志點的曲線nsnnss 00.050.10.150.20.250.30.350.40.4500.050.10.150.20.250.30.350.40.45系列1系列2 曲線 （為橫坐標，縱坐標）1 ns1 nnss ns1 nnss sn為時間段每 n 天的沉降值，為時間段每 n 天沉降值的累計值，ns在同一圖上繪有沉降標準曲線，曲線示意如上圖。對沉降觀測資料及時分析，尤其是在預壓期，應對路基沉降的發(fā)展趨勢進行分析，分析意見及時報項目部，以便在必要時采取補救措施。6.1.1.路基沉降分析評估工作應根據(jù)下列資料綜合分析：（1）路基沉降觀測

22、資料。（2）路基地段的線路設計縱斷面圖、工程地質(zhì)縱橫斷面圖、設計圖紙和說明書、沉降計算報告(包括不同階段的設計沉降值與時間的關系曲線)等相關設計資料。（3）施工過程、施工核查以及填料、級配、地基和壓實檢驗情況等施工資料。（4）施工質(zhì)量控制過程和抽檢情況等監(jiān)理資料。6.1.2.評估分析方法路基沉降預測應采用曲線回歸法，常用方法有：雙曲線法、固結(jié)度對數(shù)配合法（三點法） 、拋物線法、指數(shù)曲線法、 修正指數(shù)曲線法、沉降速率法、 星野法、 泊松曲線法等曲線擬合方法推算工后沉降（詳見附件二路基沉降常用預測方法 ） 。路基沉降預測曲線回歸法應滿足以下要求：（1）根據(jù)路基填筑完成或堆載預壓后不少于 3 個月的

23、實際觀測數(shù)據(jù)作回歸分析，確定沉降變形的趨勢，曲線回歸的相關系數(shù)不應低于0.92；（2）沉降預測的可靠性應經(jīng)過驗證，間隔不少于 3 個月的兩次預測最終沉降的差值不應大于 8 mm；（3）路基填筑完成或堆載預壓后，最終的沉降預測時間應滿足下列條件：s(t)/s(t=)75%式中 s(t)預測時的沉降觀測值；s(t=)預測的最終沉降值。注：沉降和時間以路基填筑完成或堆載預壓后為起始點。（4）設計沉降計算總沉降量與通過實測資料預測的總沉降量之差值原則上不宜大于 10mm。（5）路基填筑完成或施加預壓荷載后應有不少于 6 個月的觀測和調(diào)整期，持續(xù)沉降觀測不少于 6 個月的時間，根據(jù)這 6 個月以上的監(jiān)測

24、數(shù)據(jù)，繪制“時間-沉降量曲線，按實測沉降數(shù)據(jù)分析并推算總沉降量、工后沉降值，初步確定無碴軌道鋪設時間。觀測數(shù)據(jù)不足以評估或工后沉降評估不能滿足設計要求時，應繼續(xù)觀測或采取必要的加速或控制沉降的措施。（6）在 3 個月后進行第一次預測，根據(jù) 3 個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制“時間-沉降量曲線，按實測沉降數(shù)據(jù)初步預測 6 月的沉降量及剩余沉降量，以決定運架梁的時間。（7）當推算的工后沉降值滿足評估標準時，才能鋪設無碴軌道。當沉降分析結(jié)果表明無碴軌道不能在計劃的工期鋪設時，則要研究確定是延長路基擺放時間，還是采取調(diào)整預壓土高度、調(diào)整預壓土卸荷時間、增加地基加固等工程措施。6.1.3.評估標準（1）根據(jù)實測沉

25、降觀測資料推算的路基工后沉降量不超過扣件允許的沉降調(diào)高量 15mm；（2）沉降比較均勻的路基，推算最大工后沉降量不超過 30mm，并且調(diào)整軌面高程后圓順的豎曲線半徑應不小于 （為設計最高240sjV.sjV速度，km/h） ；（3）路橋涵交界處的差異沉降不應大于 5mm，過渡段沉降造成的路基與橋梁的折角不應大于 1/1000 。7. 附表附表沉降觀測記錄手簿格式沉降觀測記錄手簿格式1封面新建鐵路北京至石家莊客運專線 橋（路基）里程范圍： 沉降觀測手簿 No 前接手簿： 后接手簿： 測量時間： 測量單位： 2副封面儀器名稱： No 制造廠名： 望遠鏡放大倍率： 視距常數(shù) 水準器分劃值： 測微器分

26、劃值： 傾斜螺旋分劃值： 儀器檢驗校正情況： 標尺名稱： No No 制造廠名： 讀數(shù)差常數(shù)： 刻劃間隔： 標尺檢查校正情況： 觀測者： 記簿者： 3沉降觀測路線示意圖xxx 段路基沉降觀測路線示意圖斷面 1 斷面 2 斷面 3 斷面 4 斷面 5 斷面 6北京 石家莊 BMXX BMXX說明：以上示意圖根據(jù)現(xiàn)場情況繪制，可分段單頁繪制并對每頁進行編頁；也可按成卷圖方式繪制，成卷圖高度與手簿幅面高度同，長度不限，但應以便于裝訂為宜，建議每個獨立的路基工點繪制在一卷圖上。對于示意圖中繪制的內(nèi)容不限于本示例，可根據(jù)需要增加有關內(nèi)容（如斷面中心里程等） 。4觀測記錄、計算自 點測至 點 20 年 月

27、 日時間 始 時 分 末 時 分 成 像 溫度 云量 風向風速 天氣 土質(zhì) 太陽方向 第 頁 共 頁下絲下絲后尺上絲前尺上絲標尺讀數(shù)后距前距測站編號視距差dd方 尺及向 號基本分劃（一次）輔助分劃（二次）基+K減輔（一減二）備考（1）（5）后（3）（8）（14）（2）（6）前（4）（7）（13）（9）（10）后-前（15）（16）（17）（11）（12）h（18）后前后-前1h后前后-前2h后前后-前3h后前后-前4h支（附合）水準路線長度（m）前后視距差累計（m）往測（第一次置鏡）高差（m）返測（第二次置鏡）高差（m）往返測（兩次置鏡）高差之差或附合水準路線閉合差（mm）沉降點高程計算沉降點

28、高程（m） 計算： 日期： 復核： 日期： 路基沉降觀測斷面觀測儀標編號一覽表路基沉降觀測斷面觀測儀標編號一覽表工程名稱：觀測工點里程：至 第 頁 共 頁序號觀測斷面里程觀測標 1沉降板橫剖面?zhèn)渥⑻畋恚?日期： 復核： 日期：表 1：沉降觀測記錄表路基沉降板觀測記錄表里程段落： 觀測日期： 第 頁 共 頁斷面里程沉降板編號沉降板位置沉降板類型原始板底標高(m)本次路基頂面標高(m)板頂填土高度(m)上次板底標高(m)本次管口標高(m)本次管口至板底距離(m)本次板底標高(m)本次沉降(mm)單位： 測量： 記錄： 年 月 日 時表 2：沉降觀測記錄表路基沉降板觀測記錄匯總表斷面里程： 第 頁共

29、 頁路基基底沉降板（編號： ）路基頂面沉降板（編號： ）觀測日期累計天數(shù)(天)兩次觀測時間間隔(天)板頂填土高度(m)本次沉降(mm)總沉降(mm)沉降速率(mmd)板頂填土高度(m)本次沉降(mm)總沉降(mm)沉降速率(mmd)備注單位： 整理： 復核： 年 月 日表 3：沉降觀測記錄表路基觀測樁沉降量記錄表工點里程范圍： 觀測日期: 第 頁 共 頁斷面里程觀測樁編號位置類型原始標高（m）上次標高（m）本次標高（m）本次沉降（mm）累計總沉降（mm）單位： 測量： 記錄： 年 月 日表 4：沉降觀測記錄表路基觀測樁沉降量記錄匯總表 斷面里程： 第 頁共 頁路肩左側(cè)觀測樁（編號： ） 路肩右

30、側(cè)觀測樁（編號： ）觀測日期累計天數(shù)(天)兩次觀測時間間隔(天)路堤填高(m)本次沉降(mm)總沉降(mm)沉降速率(mmd)路堤填高(m)本次沉降(mm)總沉降(mm)沉降速率(mmd)備注單位： 整理： 復核： 年 月 日表 5 ：路基沉降測量記錄表（剖面管）觀測點編號測次觀測點 編號測次觀測點里程時間觀測點 里程時間填土高度（m）管口相對高程（m）填土高度（m）管口相對高程（m）測量位置觀測時間正向讀數(shù)反向讀數(shù)測量位置觀測時間正向讀數(shù)反向讀數(shù)myy-mm-ddmmmm備注myy-mm-ddmmmm備注填表： 日期： 復核： 日期：附件附件 2 路基沉降常用預測方法路基沉降常用預測方法地基

31、在荷載作用下，沉降將隨時間發(fā)展，其發(fā)展規(guī)律可以通過土體固結(jié)原理進行數(shù)值分析來估算。但是由于固結(jié)理論的假定條件和確定計算指標的試驗技術上的問題，使得實測地基沉降過程數(shù)據(jù)在某種意義上較理論計算更為重要。通過大量的沉降觀測資料的積累，可以找出地基沉降過程的具有一定實際應用價值的變形規(guī)律，還可以根據(jù)路基施工時的實測沉降資料和已取得的經(jīng)驗進行估算，是工程中最為常用的方法。通常利用沉降資料進行預測路堤沉降隨時間發(fā)展的常用方法有以下幾種：一、雙曲線法雙曲線方程為：（11）btatSSt0（12）bSSf10時間 t 時的沉降量；tS最終沉降量(t)；fSS0初期沉降量(t0)；a、b將荷載不再變化后的 3

32、組早期實測數(shù)據(jù)代入上式組成方程組求得的系數(shù)；沉降計算的具體順序：1、確定起點時間(t0)，可取填方施工結(jié)束日為 t02、根據(jù)實測資料計算 t（St-S0），見圖 1。圖 1用實測值推算最終沉降的方法3、繪制 t 與 t/(St-S0)的關系圖，并確定系數(shù) a，b 見圖 2。圖 2求 a，b 方法4、計算 St5、由沉降時間雙曲線關系推算出 S-t 曲線。上述公式反映了平均沉降速度，按雙曲線規(guī)律減少的假定前提下繪出的。說明：起點日之前的沉降量 S0 即為初期沉降量，見圖 1。圖 1，預壓時間至少應大于三個月，否則偏差大。當?shù)鼗翞槌蓪拥鼗鶗r，應分層繪制各層沉降過程線，否則會對殘余沉降估計偏低。雙

33、曲線法是一種經(jīng)驗方法，推算原理不強，理論性不夠明確，也會因?qū)崪y沉降時間不夠，無法用雙曲線法推測，但比較簡單明了，所以有一定的實用性。二、固結(jié)度對數(shù)配合法（三點法）該法由曾國熙于 1959 年提出。由于固結(jié)度的理論解普遍表達式為：（21）teU1不論豎向排水、向外或向內(nèi)徑向排水，或豎向和徑向聯(lián)合排水等情況均可使用，所不同的只是、值。根據(jù)固結(jié)度定義:（22）ddttSSSSU軟土路基的沉降機理及其發(fā)展規(guī)律預測方法研究式中： Sd 一瞬時沉降量一最終沉降量S由式(5.1)和式(5.2)聯(lián)立可得:（23）)1 (ttdteSeSS為求 t 時刻的沉降，上式右邊有四個未知數(shù)，即 S、Sd、。在實測初期沉

34、降一時間曲線(S-t)上任意選取三點:(t1，.S1)，(t2， S2)， (t3，S3)并使 t3-t2=t2-tl，將上述三點分別代入上式中，聯(lián)立求解得參數(shù)和最終沉降量 S 以及Sd 的表達式，其中 Sd 的表達式中還含有這個變量。一般在求 Sd 時，可采用理論值：，將所28求得的，S， Sd 分別代入式(2-3)中便可取得任意時刻的沉降。以下是具體求解過程：（24）11)1 (1tdteSeSS（25）1212)1 (2eSeSSd（26）33)1 (3eSeSSd由此解得（27）2312)(21SSSSett（28）231212ln1SSSStt（29）)()()()(23122321

35、23SSSSSSSSSSS（210）eeSSStd)1 (三、拋物線法河海大學通過對滬寧高速公路塑板處理段的工后沉降資料分析，發(fā)現(xiàn)公路完建后的沉降曲線在初期并不表現(xiàn)雙曲線或指數(shù)曲線的形式，而在沉降一時間對數(shù)坐標系(S-lnt)中沉降曲線可由兩部分組成，第一部分可由拋物線來擬合，第二部分即次固結(jié)部分可由直線擬合;第一部分和第二部分發(fā)生的量級和時間取決于土層固結(jié)后達到的孔隙比所對應的當量固結(jié)應力，只要運營期的有效應力小于預壓期末的固結(jié)應力，次固結(jié)可以忽略不記，否則，就應該考慮次固結(jié)的影響。實踐證明，除有機質(zhì)含量很高的土外，沉降量主要集中在第一部分，沉降曲線的一般表達式為：S =a(lgt)2 +b

36、lgt +c (3-1)式中參數(shù) a， b， c 可用優(yōu)化方法求得。應用該法，僅需掌握短期的實測資料即可求得滿足工程精度要求的工后沉降量及鋪筑路面時對應的沉降速率，并可以及時指導施工，該法實際推算結(jié)果比雙曲線法更加可靠。四、指數(shù)曲線法指數(shù)法方程為 （41）mBttSAeS 1式中:Sm最終沉降;A， B系數(shù)求法同雙曲線法中 a， b。上兩式簡單實用，但是前提是假定荷載一次施加或者突然施加的，這與實際情況不符，因此上述方法尚可改進，下面的修正指數(shù)曲線法將路堤荷載分為若干個加載階段，將各級荷載增量所引起的沉降疊加。五、修正指數(shù)曲線法圖 3加荷與沉降發(fā)展曲線對于多級加荷的、路堤沉降曲線“臺階狀”發(fā)展

37、的情況，可把常規(guī)的指數(shù)曲線模型拓展為（5-1）mkkBttSAeS11式中：m 為加荷的總級數(shù)；t 為沉降預測時刻 ti 到第 k 級荷載施加時刻 tk 的時間間隔(圖 3)； Sk 為第 k 級荷載增量所引起的最終沉降量，當加荷速率與土層狀況不變時， Sk 與Pk 比值近似為定值，若令 C 為比例常數(shù)，則有 Sk= C Pk ， Pk 為第 k 級荷載增量；A，B，C 均為反應土體固結(jié)性質(zhì)的參數(shù)，設其與荷載的施加無關，視為常量。式 4-1 就變?yōu)椋海?-2）mkkBttPCAeS11根據(jù)沉降實測值，采用試算法確定式(4-2)中的參數(shù) A，B，C；將已確定出的參數(shù)帶回上述經(jīng)驗公式模型中，分別計

38、算各級荷載在 ti 時刻所引起的沉降量，將各級荷載在 ti時刻所引起沉降量進行疊加，即得 ti 時刻總沉降量。六、沉降速率法方程為（61）ctttSUPPmS0) 1(（62）tteU1式中： Sc固結(jié)沉降量;m綜合性修正系數(shù);Ptt 時的累計荷載:P0總的累計荷載;Utt 時的固結(jié)度。在恒載條件下，可得沉降速率為:（63）tcveASS（64）)(81120nneeqPAnin式中： qn第 n 級的加荷速率tn，tn-1第 n 級加荷的終點和始點時間。七、星野法星野根據(jù)現(xiàn)場實測值證明了總沉降(包括剪切應變的沉降在內(nèi))是與時間平方根成正比。沉降計算公式為: （71）)tt (K1ttAKSS

39、0200t0 SS式中： S0 一一假定的瞬時沉降;St 一一隨時間變化的沉降量;t0 一一假定瞬時沉降時的時間:A， K-一待定參數(shù)。將上式改變?yōu)橹本€方程形式:（72）)(11)(0222200ttAKASStt式(6-1)適合于荷載瞬時施加情況下的沉降曲線，但在實際施工中，荷載是逐級增加的，因此必須加以修正，在加載方法規(guī)則的情況下，以加載期間的中點作為瞬時起點t0，在加載方法不規(guī)則的情況下，應根據(jù)實測沉降曲線的趨勢在加載的初期適當假定一個瞬時加載的起點 t0 和相應的沉降 S0。星野法推求最終沉降量的步驟如下:(1)假定幾組 t0 和 S0，根據(jù)實測值點繪(t-t0)l(S-SO) 一 (

40、t-t0)的關系曲線。(2)取最符合線性關系的直線，求出相應的系數(shù) A， K；(3)將 A， K 值代入式(6-1)計算。八、 Asaoka 法用以下簡化遞推關系可近似地反應一維條件下以體積應變表示的固結(jié)方程，利用此簡化遞推關系可用圖解法來求解最終沉降值。（81）110iiSS圖解法推算步驟如下:將時間劃分成相等的時間段t，在實測的沉降曲線上讀出 t1， t2.所對應的沉降值 Sl，S2. .，并制成表格。再以 Si-1 和 Si 坐標軸的平面上將沉降值 Sl， S2以點(Si， Si-1)畫出，同時作出 Si=Si-1 的直線。45過一系列點(Si， Si-1)作擬合直線與直線相交，交點對應

41、的沉降為最終沉降45值。在 Asaoka 法推算的過程中，的取值對最終沉降量的推算結(jié)果有直接的影響。t過小會造成擬合點的波動性較大，擬合直線的相關系數(shù)較?。?過大，Si 點過少，tt易產(chǎn)生較大的偏差，而且對是否已進入次固結(jié)階段不易作出判斷。一般取在 30-100dt之間。在實際的推算過程中，宜同時多計算幾個不同的得出相應的最終沉降值，而后t在其中選取相關系數(shù)較好的沉降值作為最終沉降值。九、 泊松曲線法宰金珉在研究沉降與時間的關系時發(fā)現(xiàn)全過程的沉降量與時間的關系包括兩個方面：一是(S - t)曲線不通過原點；二是 S 一 t 曲線呈“S”形。1、不通過原點的機理分析對于飽和土來說，在荷載作用下會

42、立即發(fā)生瞬時沉降(亦稱初始沉降或不排水沉降)。其變形是在體積不變情況下由負載區(qū)域下的剪應變引起的。當粘土的滲透性很低時，則幾乎不發(fā)生排水。在荷載中心線下，垂直壓縮和側(cè)身膨脹同時發(fā)生，Bjerrum (1972)年指出，這一沉降的組成部分更確切地說應是側(cè)身的屈服。對非飽和土，荷載施加后，空隙中的氣體可立即壓縮，土骨架可變形，故開始荷載就由骨架、水和氣三者來承擔。隨著水和氣的排出，骨架進一步壓縮，水和氣的應力逐漸轉(zhuǎn)移到骨架上。這表現(xiàn)到沉降過程線上存在一個瞬時的沉降，且飽和度愈小，初始沉降愈大。對工程上所涉及的土，通常都遭到擾動，在荷載的作用下也會存在瞬時沉降。綜上所述，由于初始沉降的存在，故不通過

43、原點。2、 “S”形機理分析成長曲線反映的實際上是事物的發(fā)生、發(fā)展、成熟并達到一定極限的過程。這一點和荷載逐步增加與測點逐步發(fā)生沉降的關系十分相似。加載過程中的沉降也可分為四個階段:（1）發(fā)生階段在剛加載時，測點的土體尚處于彈性狀態(tài)。隨著荷載的增加，測點的沉降量近乎線性增加。（2）發(fā)展階段隨著荷載的不斷加大，測點土體所受的荷載也越來越大，并使其逐步進入到彈塑性狀態(tài)。隨著塑性區(qū)的不斷開展，測點的沉降速率也在不斷地增加，直到荷載不再增加為止。（3）成熟階段當荷載不再增加時，由于固結(jié)尚未完成以及土體的流變，測點的沉降將隨著時間的推移而繼續(xù)，但沉降速率遞減。（4）到達極限理論上講，當時間為無窮大時，到

44、達極限狀態(tài)。事實上，我們?nèi)?t 足夠大即可，如對公路 t 取為 15 年+填筑時間;而對于建筑物，t 取 5 年即可。泊松曲線亦稱邏輯斯蒂或推理曲線，也有人稱之為飽和曲線。在時間序列預測中，泊松曲線的表達式為(8-1)bttaeky1式中 yt 為 t 時刻對應的預測值，t 為時間；a， b 和 k 為待定參數(shù)且為正，a 無量綱，b 的單位為時間的倒數(shù)，k 的單位為與 yt 相對應的長度單位。利用時間序列求出上述三個待定參數(shù)，即可建立泊松曲線方程，從而可以對今后的yt 進行預測。十、灰色理論灰色理論屬于系統(tǒng)科學理論，它提供了在貧信息情況下求解系統(tǒng)問題的新途徑。它將一切隨機變量看作是在一定范圍內(nèi)

45、變化的灰色量，將隨機過程看作是在一定范圍內(nèi)變化的、與時間有關的灰色過程。對灰色量用數(shù)據(jù)生成的方法，將雜亂無章的原始數(shù)據(jù)整理成規(guī)律性較強的生成序列，然后建立模型而進行預測。這樣，就能在較高的層次上處理問題，從而較全面揭示系統(tǒng)的長期變化規(guī)律。十一、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡神經(jīng)網(wǎng)絡模型就是采用物理可實現(xiàn)的系統(tǒng)來模仿人腦神經(jīng)細胞的結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)，它是由大量功能簡單的神經(jīng)元相聯(lián)結(jié)而成的高度非線性動力系統(tǒng)，是并行的結(jié)構(gòu);并有較強的容錯能力，少量的神經(jīng)元和連接發(fā)生差錯對整體功能影響較小:同時具有很強的自適應性能，可通過自身學習，以適應外部環(huán)境的變化。尤其在處理信息復雜、背景不清楚、規(guī)則不明確的問題，更求救其獨特的優(yōu)

46、越性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡較強的非線性映射能力，根據(jù)實測沉降資料，通過神經(jīng)網(wǎng)絡的 BP 網(wǎng)絡進行建模，具有很強的客觀性和適應性。地基沉陷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)學公式予以表示。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡是這一領域的一個突破，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)關系轉(zhuǎn)化為高維的非線性映射，而不是顯式的數(shù)學表達式。該方法在處理非線性問題上，具有獨特的優(yōu)越性。在針對軟土地基沉降預測時，就是利用實測資料對復雜的非線性的土工結(jié)構(gòu)進行直接建模。具體做法是:先應用 ANN 建立沉降影響因素參數(shù)(如處理方式、軟土層厚度、地基硬殼層厚度、軟土的壓縮模量、硬殼層的壓縮模量、路堤

47、寬高比、施工期和竣工時沉降量)與沉降之間的非線性關系，再將待測點的實測沉降影響因素參數(shù)輸入到己訓練好的網(wǎng)絡中，即可得到預測的沉降量。采用修正雙曲線法為主要分析方法，同時考慮修正指數(shù)函數(shù)法、雙曲線法和星野法。修正雙曲線法具有較好適用性，并且可預測在未來某個時間點施加荷載后產(chǎn)生的沉降，而雙曲線法和星野法均不能預測在未來某個時間點施加荷載產(chǎn)生的沉降。同時從大量分析結(jié)果看，修正雙曲線法預測的結(jié)果一般偏大，而京石客運專線要求標準高，選用修正雙曲線法其結(jié)果偏于安全，是比較適宜的。路基沉降觀測類型及觀測斷面里程統(tǒng)計表（一）序號斷面里程沉降觀測斷面類型剖面沉降管沉降板壓力計路基面觀測樁備注1DK242+723

48、.000115路橋過渡段2DK242+733.001103路橋過渡段3DK242+753.000105路橋過渡段4DK242+783.0001055DK242+816.000105路涵過渡段6DK242+822.001000涵洞頂7DK242+828.000105路涵過渡段8DK242+870.0001059DK242+910.00010510DK242+953.000105路涵過渡段11DK242+959.001000涵洞頂12DK242+965.000105路涵過渡段13DK243+020.00010514DK243+070.00110315DK243+120.00010516DK243+

49、183.000105路涵過渡段17DK243+189.001000涵洞頂18DK243+195.000105路涵過渡段19DK243+245.00010520DK243+295.00010521DK243+351.000105路涵過渡段22DK243+360.001000涵洞頂23DK243+369.000105路涵過渡段24DK243+420.00010525DK243+470.00010526DK243+520.00110327DK243+570.00010528DK243+620.00010529DK243+681.00010530DK243+687.001000涵洞頂31DK243+693.000105路涵過渡段32DK243+752.000105路橋過渡段33DK243+772.001103路橋過渡段34DK243+782.000115路橋過渡段小計9292137序號斷面里程沉降觀測斷面類型剖面沉降管沉降板壓力計路基面觀測樁備注1DK247+201.000115路橋過渡段2DK247+221.001103路橋過渡段3DK247+231.000105路橋過渡段4DK247+260.000105路橋過渡段5DK247+310.0001056DK247+360.0011037 7DK247+394.00DK247+394.000105路涵過渡段路涵過渡段8 8DK2