鐵路軟土路基沉降觀測及快速

鐵路軟土路基沉降觀測及快速分析摘要：近年來，隨著鐵路列車不斷提速，許多路基工程出現(xiàn)不同程度的病害，給運營帶來較大安全隱患，已越來越引起鐵道部領(lǐng)導(dǎo)及專家的重視，在設(shè)計及施工方面提出更高的要求，路基沉降觀測工作沒通過專家組驗收，一律不予進行道碴、軌道施工，故路基沉降觀測工作也被作為一道必不可少的工序，貫穿整個施工過程。1工程概況我公司承建的漢宜鐵路xx標(biāo)路基工程xx段穿越江漢平原壟崗區(qū)，地勢較平坦、開闊，辟為旱地、水塘、道路、村莊等。路基基床處理：全段路基表層采用級配碎石，厚0.6m；基床底層及本體填筑采用滲水土或改良土填筑，路基填筑高4～6.5m，水塘地段防護標(biāo)高以下填筑滲水性好的A、B組填料。邊坡防護及支擋主要采用M7.5漿砌片石拱形截水骨架內(nèi)灌木防護、水平鋪設(shè)土工格柵坡面防護、坡腳設(shè)干砌片石護道或M7.5漿砌片石腳墻防護等形式。2軟基工況地層巖性為：表層種植土、人工填土等，厚0.3～0.5m；其下為：①粉質(zhì)黏土，灰褐色、黃褐色，軟塑～硬塑，厚16.75～27.68m；局部夾細砂，黃褐色，稍密～中密，飽和，厚1.5～10m；局部底部夾粉土，黃褐色，中密，飽和，厚9～14.8m；②底部為細砂層，淺灰色，中密～密實，飽和，厚大于20m。水文地質(zhì)：地下水發(fā)育，為第四系孔隙潛水，水位埋深0.6～2.4m；線路兩側(cè)穿越多個水塘、水溝，水深一般為0.5～1.5m，塘底淤泥厚0.5～1.5m。3沉降觀測方案3.1.路基沉降觀測目的根據(jù)實測數(shù)據(jù)控制軟基填筑速率以保證路堤在施工中的安全質(zhì)量與穩(wěn)定。對沉降觀測資料要當(dāng)天進行整理分析，繪制沉降與路堤填高及時間的關(guān)系曲線，指導(dǎo)路堤填筑施工，必要時根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整設(shè)計，判斷分析沉降穩(wěn)定的時間，以達到有效控制工后沉降的目的。根據(jù)實測曲線預(yù)測工后沉降，確定構(gòu)造物和面結(jié)構(gòu)的施工期，將工后沉降控制在設(shè)計允許范圍。路堤填筑完成后根據(jù)沉降觀測情況進行綜合分析，推算地基的最終沉降量，及時調(diào)整填土放置時間。實測路基沉降為施工計算提供依據(jù)。經(jīng)沉降估算分析，路基工后沉降滿足路基工后沉降設(shè)計要求時，方可進行上部軌道施工。3.2.路基沉降觀測施工工藝路基沉降觀測按設(shè)計要求進行。深層沉降監(jiān)測、加筋(土工格柵)變形和應(yīng)力監(jiān)測按不同的地質(zhì)地貌單元，選擇有代表性地基類型工點進行；在一般路基地段，監(jiān)測點布置于路基基底和基床底層頂面。路基沉降觀測施工工藝流程見圖1。未超填選擇觀測斷面埋未超填選擇觀測斷面埋設(shè)測點填土壓實位移及沉降觀測計算位移及沉降速率整理繪制“填土高-時間-沉降量”關(guān)系曲線推算預(yù)留沉降量暫停填筑超填圖1路基沉降觀測施工工藝流程3.3.沉降觀測控制標(biāo)準(zhǔn)軟土及松軟土路堤填筑時，沿線路縱向每隔20m在距坡腳2m、10m設(shè)水平位移觀測木樁，于路堤基底中心地面設(shè)置沉降觀測設(shè)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?biāo)準(zhǔn)為：路堤中心地面沉降速率小于1.0cm/d，坡腳水平位移速率小于0.5cm/d。地表沉降觀測：松軟土地基地段沿線縱向每40m左右一個沉降觀測斷面，且每個工點不小于2個觀測斷面，橋路過渡段起始位置各設(shè)一個沉降觀測斷面。每個沉降觀測斷面在地面埋設(shè)地面沉降板或單點沉降計。路基面沉降觀測：在路基面中心及左右兩側(cè)路肩處設(shè)路基面沉降觀測樁，觀測樁采用C15混凝土樁，縱向間距不大于100m，并保證每工點至少有一個觀測斷面。3.4.監(jiān)測測試項目以路基中心沉降監(jiān)測為重點，其他包括路基面位移監(jiān)測、基底沉降位移監(jiān)測、路堤本體沉降監(jiān)測、深厚層第四系地層的深層沉降監(jiān)測，另外還有軟土或松軟土地段的邊樁位移監(jiān)測等。3.4.1路基面沉降監(jiān)測路堤地段分別于路基中心、兩側(cè)路肩各設(shè)一個監(jiān)測點。每個監(jiān)測斷面共3個點。采用監(jiān)測樁方式，路基成形后設(shè)置。3.4.2路堤基底沉降監(jiān)測路堤填筑前，分別于路堤基底地面的線路中線、兩側(cè)路肩各設(shè)一個監(jiān)測點，每個監(jiān)測斷面共3個測點。測試設(shè)備可為沉降板或預(yù)埋單點沉降計。3.4.3路堤基底全斷面沉降監(jiān)測試驗段路基全斷面沉降監(jiān)測可采用剖面沉降儀進行。監(jiān)測設(shè)備選用水平測斜儀，以滿足測試精度要求。3.4.4地基深層沉降監(jiān)測土層、全風(fēng)化層厚度≥10m(軟土、松軟土厚度大于6m)地基，一般每隔50m設(shè)置一處深層沉降監(jiān)測斷面，過渡段路基必須設(shè)置。采用串聯(lián)式分層沉降儀，每斷面設(shè)1個，于路堤中心地基中設(shè)置。3.4.5軟土地基水平位移監(jiān)測軟土、松軟土路基地段，沿線路縱向每隔30m～50m在坡腳外2m處設(shè)置邊樁進行水平位移監(jiān)測，以控制軟土地段的填土速率。每監(jiān)測斷面設(shè)3個測點。3.5.測量的精度及頻度3.5.1測量精度按二級水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)進行邊樁水平位移和沉降觀測；3.5.2測量頻度在路堤填筑期間，應(yīng)每天觀測一次(軟土及松軟土早晚各一次)，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15～30天每星期觀測一次，第30～90天每15天觀測一次，以后每個月觀測一次。3.6.具體監(jiān)測類型和方法3.6.1一般路堤地段沉降監(jiān)測一般路堤地段沉降監(jiān)測見表1。表1一般路堤地段沉降監(jiān)測順序監(jiān)測類型監(jiān)測儀器單位數(shù)量適合條件1路基面沉降監(jiān)測測監(jiān)測樁3個/斷面一般路堤地段指指地基土良良好，無下下臥軟層，無無復(fù)合地基基處理地段段2路堤基底沉降監(jiān)監(jiān)測沉降板3個/斷面3.6.2一般軟弱土地基路堤地段沉降監(jiān)測一般軟弱土地基路堤地段沉降監(jiān)測見表2。表2一般軟弱土地基路堤地段沉降監(jiān)測表順序監(jiān)測類型監(jiān)測儀器單位數(shù)量適合條件1路基面沉降監(jiān)測測監(jiān)測樁3個/斷面軟土、松軟土地地基≤6.0mm；可塑狀狀的第四系系黏性土≤6.0mm；砂類土土、巖石風(fēng)風(fēng)化層≤8.0mm地段。2路堤基底沉降監(jiān)監(jiān)測沉降板3個/斷面3軟土水平位移監(jiān)監(jiān)測邊樁3個/斷面軟土，松軟土地地段設(shè)置3.6.3深厚覆蓋層地基地段沉降監(jiān)測深厚覆蓋層地基地段沉降監(jiān)測見表3。表3深厚覆蓋層地基地段沉降監(jiān)測表順序監(jiān)測類型監(jiān)測儀器單位數(shù)量適合條件1路基面沉降監(jiān)測測監(jiān)測樁3個/斷面軟土、松軟土地地基＞6..0m；厚層的可塑狀的的第四系黏黏性土＞6.0m；；厚層砂類類土、路堤地段。2路堤基底沉降監(jiān)監(jiān)測沉降板3個/斷面3水平位移監(jiān)測邊樁(監(jiān)測樁)3個/斷面4地基深層沉降監(jiān)監(jiān)測串聯(lián)式分層沉降降儀1個/斷面3.6.4低填路基地段沉降監(jiān)測低填路基地段沉降監(jiān)測見表4。表4低填路基地段沉降監(jiān)測表監(jiān)測類型監(jiān)測儀器單位數(shù)量適合條件路基面位移監(jiān)測測監(jiān)測樁3個/斷面路基填土高小于于3m。3.6.5過渡段路基位移監(jiān)測過渡段路基位移監(jiān)測見表5。表5過渡段路基位移監(jiān)測表監(jiān)測類型監(jiān)測儀器單位數(shù)量適合條件A-D類監(jiān)測類類型之一過渡段路基的沉沉降監(jiān)測可可根據(jù)具體體的地基條條件，選擇擇A-D類監(jiān)測類類型之一，同同時每個過過渡段沿縱縱向?qū)Τ两到挡钸M行監(jiān)監(jiān)測。過渡段沉降差監(jiān)監(jiān)測路基面監(jiān)測樁3～5個/斷面4軟土路基變形觀測實例及分析本工程適用上述3.6，具體監(jiān)測類型和方法中一般軟弱土地基路堤地段沉降監(jiān)測。2008～2XX年對軟土路基進行了連續(xù)沉降觀測和邊坡變形觀測。4.1觀測元件與埋設(shè)技術(shù)要求沉降觀測樁：沉降觀測樁采用C15混凝土方樁，邊長0.1m，其中埋設(shè)Ф16mm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)后用水平儀按二級測量標(biāo)準(zhǔn)測量樁頂標(biāo)高作為初始讀數(shù)。沉降板：由鋼底板、Ф40鋼管及保護套管Ф50PVC管組成。鋼底板尺寸為30cm×30cm，厚8mm。1、沉降板埋設(shè)于墊層頂面，埋設(shè)位置處設(shè)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3cm的墊層，再套上保護套管，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。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)高計數(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，每次接長高度為0.3m左右，接長前后測量桿頂標(biāo)高變化量確定接高量。4.2.選取DK183+800斷面沉降觀測數(shù)據(jù)進行觀測及分析我工區(qū)選用DINI電子水準(zhǔn)儀進行沉降觀測，精度滿足設(shè)計及規(guī)范要求，并成立以工區(qū)總工為組長的路基沉降觀測小組，安排3人作為兼職觀測人員，及時觀測、收集、分析有關(guān)資料，為路基施工提供指導(dǎo)依據(jù)。為確實有效保護沉降觀測樁，我們專門制作了下為有預(yù)留孔的鋼筋混凝土塊（長0.4m×寬0.4m×高0.3m），上為連接鋼筋圍欄，并涂刷紅白交錯的醒目標(biāo)志，置于觀測樁之上，以防被壓路機等大型設(shè)備碰撞，影響到觀測數(shù)據(jù)的真實性。為保證觀測樁周圍的填土密實度，我們專門準(zhǔn)備了小型打夯設(shè)備，對觀測樁周圍進一步夯實，以達到設(shè)計要求。4.2.1路基沉降記錄，詳見下表。路基沉降觀測記錄表施工單位：中鐵鐵十七局集集團有限公公司監(jiān)理單位位：鐵四院院監(jiān)理站標(biāo)段：5標(biāo)觀測斷面里程：：DK1883+8000觀測時間后視點觀測次數(shù)標(biāo)高相對上次沉降量量累計高差層數(shù)累計沉降備注2XX-9-4SM19127.2031100102XX-9-4接管27.49922296.1102XX-9-4227.49822-1295.12-12XX-9-4接管27.80022597.12-12XX-9-5327.79911-1.15963-2.12XX-9-7接管28.10200898.93-2.12XX-9-8428.10100-1897.94-3.12XX-9-100接管28.394221191.14-3.12XX-9-111528.39344-0.81190.35-3.92XX-9-133接管28.691001487.95-3.92XX-9-144628.69066-0.41487.56-4.32XX-9-166728.69033-0.31487.26-4.62XX-9-199接管28.991881788.76-4.62XX-9-200828.99133-0.51788.27-5.12XX-9-222接管29.294002090.97-5.12XX-9-244929.29366-0.42090.58-5.52XX-9-266接管29.596552393.48-5.52XX-9-2771029.5965502393.49-5.52XX-9-288接管29.897002693.99-5.52XX-9-3001129.8970002693.910-5.52XX-10-111229.89677-0.32693.610-5.8沉降觀觀測記錄表施工單位：中鐵鐵十七局集集團有限公公司監(jiān)理單位位：鐵四院院監(jiān)站標(biāo)段：5標(biāo)觀測斷面里：DDK1833+8000觀測時間后視點觀測次數(shù)標(biāo)高相對上次沉降量量累計高差層數(shù)累計沉降備注2XX-10-33SM191329.89655-0.226931062XX-10-551429.89633-0.22692.8106.22XX-10-771529.89622-0.12692.7106.32XX-10-110接管30.197222993.7106.32XX-10-1111630.1972202993.7116.32XX-10-112接管30.499113295.6116.32XX-10-1131730.49900-0.13295.5126.42XX-10-114接管30.803113599.6126.42XX-10-1151830.8031103599.6136.42XX-10-116接管31.105443901.9136.42XX-10-1171931.10522-0.23901.7146.62XX-10-118接管31.403004199.5146.62XX-10-1192031.4030004199.5156.62XX-10-221接管31.706334502.8156.62XX-10-2222131.70611-0.24502.6166.82XX-10-224接管32.008224804.7166.82XX-10-2262232.00800-0.24804.51772XX-10-2282332.0080004804.51772XX-11-11接管32.309335105.81772XX-11-222432.30911-0.25105.6187.22XX-11-33接管32.607555404187.22XX-11-442532.60744-0.15403.9197.32XX-11-772632.60733-0.15403.8197.4沉降觀測記錄表施工單位：中鐵鐵十七局集集團有限公公司監(jiān)理單單位：鐵四四院監(jiān)理站站標(biāo)段：5標(biāo)觀測斷面里：DDK1833+8000觀測時間后視點觀測次數(shù)標(biāo)高相對上次沉降量量累計高差層數(shù)累計沉降備注2XX-11-110SM192732.60722-0.15403.7197.52XX-11-1132832.6068805403.3197.52XX-11-1162932.6068805403.3197.52XX-11-1193032.6068805403.3197.52XX-11-2263132.6068805403.6197.52XX-12-333232.6068805403.6197.52XX-12-1103332.6068805403.6197.54.2.2觀測分析我工區(qū)采用雙曲線法進行路基沉降分析，具體如下：雙曲線方程為：St=So+（1-1）Sf=So+（1-2）其中：St—時間t時的沉降量；Sf—最終沉降量（t=）；So—初期沉降量（t=）；a、b—將荷載不再變以后的實測數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸求的系數(shù)。沉降計算的具體順序：確定起點時間（t=0），可取填方施工結(jié)束日為t=0；就各實測計算t／（St-So），見公式1-1；繪制t與t／（St-So）的關(guān)系圖，并確定系數(shù)a，b，見公式1-2；計算St；由雙曲線關(guān)系推算出沉降S~時間t曲線。圖2用實測值推算最終沉降的方法圖3求a，b方法雙曲線法事假定下沉平均速率以雙曲線形式減少的經(jīng)驗推倒法，要求恒載開始后的沉降實測時間至少6個月以上。路基沉降觀測數(shù)數(shù)據(jù)的處理理與回歸分分析一、建立下沉值值（U）隨時間間（T）發(fā)展的的時態(tài)函數(shù)數(shù)，根據(jù)量量測數(shù)據(jù)分分別進行下下列函數(shù)：：①①對數(shù)函數(shù)數(shù)U=a++b/㏒（1+tt）；②指數(shù)函數(shù)數(shù)U=a××e-（b/T）；③雙曲函數(shù)數(shù)U=T//（a+bTT）的回歸歸計算。時間（T）實測下沉值值U回歸值U歸U-U歸①對數(shù)函數(shù)111.0356-0.03566U=7.22808--2.0889/logg(1+TT)22.11.82730.2727r=0.9211843.12.95790.1421②指數(shù)函數(shù)73.94.0252-0.12522U=5.99552××e-1.44931//T104.34.7043-0.40433r=0.97661165.15.5189-0.41899③雙曲函數(shù)205.55.8569-0.35699U=T/(0..83677+0.12289×TT）265.86.2079-0.40799r=0.99946316.26.4146-0.21466以上三三種回歸方方程，③的相關(guān)系系數(shù)的絕對對值最接近近1，回歸精精度較高。故故選用該回回歸方程來來預(yù)測最終終下沉情況況。436.46.7403-0.340335276.89