路基沉降動態(tài)變形監(jiān)測技術(shù)

xx客運專線路基課題研究之二路基沉降動態(tài)變形監(jiān)測技術(shù)研究1概述鐵路路基因組成材料顆粒之間存在空隙，在運營荷載的長期作用下，沉降變形是不可避免的。鐵路客運專線的路基，為滿足在列車高速運行條件下線路的平順，保障運營舒適和行車安全，必須對路基總沉降量和工后沉降有所掌握并嚴格控制。xx鐵路客運專線借鑒國外高速鐵路路基工程建設(shè)的經(jīng)驗，并大量吸收近幾年在秦沈、遂渝、京滬等鐵路路基施工沉降變形的監(jiān)測成果，在設(shè)計文件中，設(shè)置了路基沉降動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng)。沉降動態(tài)變形監(jiān)測的內(nèi)容包括路基面沉降監(jiān)測、路基本體沉降監(jiān)測、基底沉降監(jiān)測、深厚層地基分層沉降監(jiān)測、軟土地基水平位移監(jiān)測、復(fù)合地基加筋（土工格柵）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測共六個方面。其中前五項是路基沉降動態(tài)變形監(jiān)測的主要內(nèi)容。路基沉降變形監(jiān)測的目的，是以實際變形監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用科學(xué)的方法對路基的沉降變形綜合分析和評估，驗證設(shè)計并檢驗施工質(zhì)量，全面掌握路基的變形動態(tài)，分析和推算路基的最終沉降量和工后沉降。這既是保障客運專線路基工程質(zhì)量的需要，也是鐵路工程科學(xué)設(shè)計、科學(xué)施工的重要體現(xiàn)和基本要求。近些年，在我國部分鐵路建設(shè)項目上，通過對路基沉降變形監(jiān)測的試驗段試驗，積累了許多寶貴的經(jīng)驗，這次在xx客運專線路基設(shè)計上，充分地吸收了其中的成果，為在施工中系統(tǒng)收集xx客運專線路基沉降變形資料奠定了基礎(chǔ)。在路基沉降動態(tài)變形監(jiān)測方面，過去我們做的工作很有限。通過對這一課題的研究，可以使我們對路基沉降動態(tài)變形監(jiān)測的方法、沉降變形的規(guī)律以及沉降變形綜合分析和評估有一個初步的認識，進而對以后在客運專線路基工程施工階段如何進行沉降動態(tài)變形監(jiān)測和控制做好必要的準備。2xx客運專線路基沉降的控制要求xx客運專線路基沉降，規(guī)定了工后沉降、沉降速率、不均勻沉降、過渡段差異沉降形成的折角和差異沉降錯臺五項要求，控制標準見下表：碑線愧但路展勾等踩款級饑工膨尼膀后危傲討沉蹤臥紐降蒸cm牌沉降速率眾cm纖/奪年未不均勻沉降移cm/20m謙過渡段差異沉南降形成的折角質(zhì)差異沉降甩錯臺凍cm錘一般地段蝴橋尾過渡段氏有碴軌道奸200km/笑h萍15參8薄4呈/寫/睬/否有碴軌道感200km/冷h除以上材5榜3杰2惕/眾/敬/兼無碴軌道丹200km/率h殺以上吸3頓/腿/杰2宗<1/100攻0咸0.53路基工后沉降的組成路基沉降變形的控制，核心內(nèi)容是工后沉降和總沉降量的控制。路基工后沉降變形的分類方法很多，從引起路基變形的受力條件分析，主要有下列三個方面因素所組成：（1）路基面在列車荷載作用下發(fā)生的變形；（2）路堤本體在自重作用下的壓實沉降；（3）地基的壓密沉降。根據(jù)資料，路基面在列車荷載作用下發(fā)生的變形，雖然在列車運營期間始終存在，但通過提高路基面材料的質(zhì)量、提高壓實標準等控制措施，該部分變形大多在5mm以內(nèi)；路堤本體在自重作用下的壓實沉降隨路堤填料的性質(zhì)、填筑高度的不同雖大小不一，但一般都在路基填筑高度的0.1%~0.55%范圍，路基填筑施工后1～2年基本完成；而地基的壓密沉降，因路基高度和地基條件的不同，沉降差異較大，這部分變形一般經(jīng)歷的時間比較長，是路基沉降變形監(jiān)測的重點。4監(jiān)測剖面與監(jiān)測點的設(shè)置4.1監(jiān)測剖面設(shè)置原則（1）監(jiān)測數(shù)據(jù)可比性強，便于分析評估。依據(jù)這一原則，對路基面沉降監(jiān)測、路基本體沉降監(jiān)測、基底沉降監(jiān)測、深厚層地基分層沉降監(jiān)測四項內(nèi)容，設(shè)置于路基同一剖面。寸（分2壘）電密度合理，慘具有代表性慨。掃沸亂依據(jù)這一原則啊，監(jiān)測宮剖面赴的布置，在路繩基工點及段落疾、路基長度、兇地質(zhì)條件方面欲需良相互兼顧。森xx漁客運專線闊設(shè)計規(guī)定：路曉基池每個工點不少濁于術(shù)2頸個常監(jiān)測味剖面活，且讓剖般面爸間距難不大于挖50m煎。在地質(zhì)條件耗差異大、地形駛變化大系的地段及發(fā)生背沉降差異較大管的過渡段范圍屢需適當加密贏，一般棗20m叮布置一處，過偷渡段折角處必占須有監(jiān)室測報剖面周。郊此外，軟土地騰基的水平位移靜監(jiān)測佛及復(fù)合地基加糕筋（土工格柵殘）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)沫測蒸與路基面沉降支監(jiān)測、路基本及體沉降監(jiān)測、覆基底沉降監(jiān)測灰、深厚層地基只分層沉降監(jiān)測滑剖面涂的位置應(yīng)協(xié)調(diào)盒。反4.睛2猛布置方法滔當路基基底或城下臥壓縮層為毯平坡時，仙路堤主腹監(jiān)測滴點設(shè)置在杯線路中心；當豆地表橫坡或下適臥土層橫坡大圣于職20晶%避時，在填方較衡高側(cè)或壓縮層雨較厚側(cè)麻增加監(jiān)測點。跡路潑基底沉降與路股堤本體沉降淺的望監(jiān)測當點，包一般布置于路件基基底和基床淋底層頂面意。湯軟土及松軟土小路基填筑時，植沿線路縱向每閣隔少30~50概m棍在距坡腳悶外矮2附m叉處設(shè)置位移邊脈樁，以控制填訴土速率，控制較標準為：路堤章中心地面沉降養(yǎng)速率小撫于來1.0隔cm/紋d部，坡腳水平位法移速率小莖于移0.5cm/征d網(wǎng)。搶4.披3瘦xx搖客運專線絲路基沉降決變形四監(jiān)測點布置挖圖撲路基沉降變形劃監(jiān)測，一般路接堤地段監(jiān)測剖載面監(jiān)測點布置情見下圖：路基面沉降監(jiān)測樁路基面沉降監(jiān)測樁路基本體沉降監(jiān)測壓縮變形層加固層底線或地層分界線單點沉降計或分層沉降計路基沉降變形監(jiān)測剖面基本布置示意圖邊樁單點沉降計或分層沉降計邊樁壓縮變形層沉降板路基面沉降監(jiān)測樁路基本體基床底層基床表層地基深層沉降監(jiān)測路堤基底沉降監(jiān)測毀4.麥4茂監(jiān)測點布置說逼明躺泛路基面沉降監(jiān)覆測家路堤地段分別虎于路基中心、浩兩側(cè)路肩各下設(shè)吩一個監(jiān)測點，劇每個監(jiān)測祝剖面牙共磁3壯個點，采用監(jiān)贏測樁（包樁）局，路基成形后嫌設(shè)置。婦路塹地段，對丈厚層土質(zhì)及全冬風化層路塹、蟲紅粘土和膨脹攀土路塹、花崗虹巖全風化層路施塹冬與與淺挖路塹（挖餡深丈≤薦3.0孤m籃）士，分別于路基芽中心、兩側(cè)路求肩各設(shè)一個監(jiān)婚測點，每個監(jiān)尸測蛛剖面案共災(zāi)3壽個點，采用監(jiān)揀測樁（包樁）宏，路基成形后呆設(shè)置。遭4.4.混2額路基本體沉降漲監(jiān)脹測猾怖于路基本體內(nèi)貓設(shè)置監(jiān)測點。鐮當路基采影用恩A貸、冤B綱組填料填筑時怎，采用高精度暫智能型單點固沉降性計埋設(shè)于線路割中心的路基基瓜床表層底部，羽一個均監(jiān)測蟲剖面吹設(shè)一個測點；問當路基采用改道良土填筑時，姥用高精度智能蠢型分層沉降計疫分層埋設(shè)被，分層句厚錢2.0~3.凳0名m綿，分別于基床撲表層底部、吃基床底層底部聰設(shè)置，路基填鑰高大抬于逐6.0于m么，在基床以下竿路基中增加一脾個監(jiān)測點。路雖基成形后鉆孔茅埋設(shè)。暑當?shù)乇頇M坡大非于捆20詞%待時，于線路中凱心、較高側(cè)的淘線路外薦側(cè)翼3.1快m搶處，分別采用兵高精度智能型曾單點槍位移且計監(jiān)測，每個隔剖面爛設(shè)少2搜個測點。矩4.4.俗3蛙基底沉降監(jiān)測撐分別于液路堤基底地面臥的線路中心（刮當?shù)乇頇M坡大執(zhí)于倍20溉%供時，于線路中鍵心、較高側(cè)的撲線路外爐側(cè)涂3.1遇m棵處）除埋設(shè)高根精度智能型單暫點沉降計監(jiān)測娛外，每隔一個師剖面寸增設(shè)沉降板進擠行校核，各逃剖面蕩設(shè)恐1~典2辱個測點，路堤平填筑前埋設(shè)。賊4.4.匹4如深厚層地基分血層沉降監(jiān)測畏土層、全風化濃層厚度蹄≥足10棗m膽（軟土、松軟焰土厚飛度抗>6醋m督）的地基，每諸隔姑50境m間設(shè)置一處深層合沉降監(jiān)測閱剖面躍，過渡段路基晉必須設(shè)置。采伏用高精度智能家型串聯(lián)式分層表沉降吸計走，于路基中心筐地基中設(shè)置，垃分層厚度簽2.0~3.俊0鉤m察，在路基填筑黎前鉆孔埋設(shè)這。蔽每個敲剖面防一個測孔。沃當?shù)乇頇M坡大擁于想20架%柏時，于線路中購心、較高側(cè)或哥壓縮層較厚側(cè)域的線路外六側(cè)默3.1河m云處分別采用智乏能型分層沉降嚷計監(jiān)測，除埋艷設(shè)高精度智能榨型單點沉降計甜監(jiān)測外，每個慌剖面俊設(shè)陷2幕個測點。千4.4.沸5吩軟土地基水平律位移監(jiān)測砍離所軟土、松軟土暮路基地段，沿偷線路縱向每崗隔豪30~50睛m帥在距坡腳賤外喘2窩m秤處設(shè)置邊樁進旱行水平位移監(jiān)珠測，繳每個質(zhì)剖面弱設(shè)豎2您個測點。塵4.4.里6構(gòu)加筋（土工格殺柵）應(yīng)力應(yīng)變膨監(jiān)測啊犧艙高填方或陡坡索填土地段邊坡沃土工格柵加筋立補強罩，分別于路堤拒兩側(cè)邊坡（邊幟坡中部、地面向以樹上末2~3倍m醬處）的土工格拼柵設(shè)置智能數(shù)攀碼柔性普位移他計，對土工格屈柵的拉伸和壓味縮變形進行監(jiān)宇測，每個走剖面遼設(shè)萄4籌個測點?，F(xiàn)啟路堤基底鋪土就工格柵加筋（鋤特別是低路堤漫地基采用樁網(wǎng)化結(jié)構(gòu)加固蹈）時，于路堤雙基底地面的線擠路中心、左右涉線中心至坡腳郊中間點附近的機樁間土或樁盟頂處分別設(shè)置冬智能數(shù)碼柔性束位移姓計，對土工格厭柵的應(yīng)力應(yīng)變孩進行監(jiān)測，每牙個撞剖面造測圾3版?zhèn)€點。詞4.搞師5柳路基踏工點秘沉降監(jiān)測即剖面衣位置面環(huán)對擋xx跑客運專線路基蟲沉降監(jiān)測，按篩路基工點設(shè)計杜圖給出牌的具體位置和敵監(jiān)測內(nèi)容追實施扒。根5摩沉降監(jiān)測元器膚件及精度紹5.給1毅對監(jiān)測元器件內(nèi)的要求竿里xx窩客運專線變形串監(jiān)測元器件，走采用對填土施溉工干擾小、無逼測桿的智能數(shù)愛碼型監(jiān)測元器鋤件，重要監(jiān)測幅點采用傳統(tǒng)的所、數(shù)字直觀的汽沉降板作輔助娛元件；對路基柴面觀測誠樁的測量，精煩度按二等水準練測量短標準歸控制葛，觀測精度不鑄低據(jù)于祖±局1mm仁。顧5.肯2璃主要羅監(jiān)測適元件技術(shù)參數(shù)扎主要夜監(jiān)測烘元件技術(shù)參數(shù)位見下表：樹名水揪稱婦量尺蠢程嘴靈敏度麗適用范圍浩主滿撕要謊蓬特小捷點響備好腥注惱沉降板翁測量土體垂直逃變形冊讀數(shù)直勻觀泰,紛對填土施工干暫擾求大促,管精度一般。五輔助監(jiān)測元餓恰件潑智能數(shù)碼沉降萄計獎測量土體垂直背變形倆不干擾填土施朱工暑,怪精度確高擱,鉤數(shù)據(jù)量蝕大購,符能實現(xiàn)自動采名集和無線傳碑輸循.攤主要監(jiān)測元菌野件墻智能數(shù)碼分層繡沉降計屢土體分層沉降溫量測卻智能數(shù)碼柔性恢位移計運100mm婆0.01mm蠅土工材料的變席形量測劣智能數(shù)碼靜力邪水準儀偵100mm溫0.01mm書沉降差監(jiān)測艱智能數(shù)碼多點測位儀計達100mm古0.01mm脾分層測量巖土驅(qū)不同層面的變枝形舍6宿沉降監(jiān)測姻的階段和閃頻度望6.灣1爽監(jiān)測階段隙xx金客運專線路基修變形監(jiān)測，根受據(jù)工程進展分屈成四個階段：紫第一階段：路均基填筑施工期彩間的監(jiān)測，主衣要監(jiān)測路基填瀉土施工期間地葵基土的沉降以偽及路堤坡腳邊與樁位亦移資。裝第二階段：路關(guān)基填土施工完遞成后，自然沉媽落期及擺放期喜的變形監(jiān)測，肺主要對路基面慌沉降、路基填柏筑部分沉降以爺及路基基底沉怪降進行系統(tǒng)的驢監(jiān)測，直到工論后沉降評估可改滿足鋪設(shè)無碴咸軌道為止。醉第三階段：鋪膊設(shè)無碴軌道施陜工期間的監(jiān)測欠。碼第四階段：鋪碎軌完成后及試紫運營期的監(jiān)測處。摸6.燒2榆監(jiān)測頻度才依據(jù)《客運專吼線鐵路路基工杠程施工質(zhì)量驗拐收暫行標準》饞第洪1濁4突章的規(guī)定，辰路基填筑施工曉期間，監(jiān)測頻毫度歇一般每填筑層謙監(jiān)測一次灑；張在沉降量突變濁的情況下，每元天監(jiān)龜測返2~克3威次。如果兩次客填筑間隔時間持較長母，籮每姓3愛天芳至少嘩監(jiān)測一次。果路堤經(jīng)過分層邊填次筑達到預(yù)壓高攀程后，在預(yù)壓驟期的粉前秤2~遼3祝個月內(nèi)，顏每撈5該天監(jiān)測一次，腫三個月宇后草7乎~紛15鋤天監(jiān)測一次，剝半年皆后鼓一個月筒監(jiān)測一次，江一直監(jiān)測到設(shè)謹計要求的時間米。柿7厲路基工后悉沉降量的推算講與禁評估鼠路基賊沉降需要經(jīng)過恩一個較長的過樂程，在施加荷桶載的初期，沉慢降速率由小到母大，隨著時間將增長，沉降的揮速度由大變小寺，沉降過程趨吊于穩(wěn)定。填土發(fā)高度不同的路綱基，沉降曲線獲的斜率不同。閥沉降速率越大檢，沉降穩(wěn)定需張要的時間越長安。但當路堤達籮到設(shè)計高度后拳，其沉降可以丸某種曲線方程邀描述。路基沉肺降在荷載保持征穩(wěn)定條件下的僅地基沉降可用來下列三種曲線例來擬合：卸對數(shù)曲線：殘S鑰t幻－伐S珠0陰=alg(突t升－鴨t宣0湯)嚴雙曲線雨S值t套=S哥o屠+紹指數(shù)曲線：刺S柔t(yī)凍－本S犁0微=翠a酒[跌1-e再]宏利用這些曲線鋼方程可以計算綢任一時袍刻累t(蘿t宣≥疫t腳0塊)站沉降徹量額S舅t浩，沉降速呀率更S短t盼以及沉降速率雷變化具率拆S類〃膜t菊，逢當排t頌→郵∞建時，利用極限囑方程可以推算貸出最終地基沉緒降量豈S拌∞寧。其然中仙t辜0聯(lián)為荷載穩(wěn)定之撤后的某一時刻客。問三種曲線在擬挎合沉降規(guī)律時蕩計算結(jié)果是有蓮有差別的，就搞推算最終沉降醒量而言，對數(shù)阿曲線推算的結(jié)目果最大，指數(shù)守曲線推算結(jié)果遼最小，受荷載傲大小、地基條臟件、地基處理校方法等多種因項素制約，需要互用多種方法作傭出綜合判斷。檢其中雙曲線法桿和對數(shù)曲線法竄在不少工程中漿得到應(yīng)用，并臨取得一定成果軍。梅7.康1搞繪制沉降竿曲線仆路基施工至設(shè)名計潛預(yù)壓洲標高后，持續(xù)討監(jiān)測不少蔥于贈6川個月，摸將監(jiān)測數(shù)據(jù)分中剖面羊繪制程成商“脹時咸間茂—透填土泡高夕—描沉降爛量擺“忽曲線，如下圖陡所示。再按實下際沉降推算法潮推算總沉降量愉、工后沉降值盲及后仿期的牙沉降速率，根氣據(jù)分析結(jié)果并后結(jié)合工期要求五，驗證設(shè)計、賺調(diào)整措施使沉覆降滿足嘆施工象控制要求。繞7.2獎沉降推算方法舌利用實測數(shù)據(jù)交推算最終沉降大量避的壩，常用池方法有，峰雙曲線法、三爹點法（對數(shù)曲郊線法）、沉降甲速率法、星野攔法屬（指數(shù)曲線法箏）海及修正有雙曲根線法等。根據(jù)勸現(xiàn)有的研究成區(qū)果，推算方法摸與實際沉降對大比，殘積累經(jīng)驗較多排的五的推算方法主甲要有雙曲線法葬和沉降速率法砍。筑時赤間株—背填土楚高隊—承沉降量曲線誦7.吉3義沉降推算附7.3.活1逢雙曲線法諒根據(jù)有關(guān)資料亡，么滬寧高速甲公路地路基沉降近的研究成果認遺為暮，牙假定沉降平均闊速度以雙曲線私形式減少的推藥算方法比較合授適，將實際的嫂路基填筑施工斥情況與沉降監(jiān)說測結(jié)果械繪制訴成梢效“揉時強間墊—貪填土劣高沾—每沉降睬量濱“摟曲線咱后奔，其圖形如下圖所玻示，墾路基填筑完成起后，沉降變形枯曲線與雙曲線棋線型比較接近旗。采用雙曲線伐線型推算，國自填土完成后徹的任意時刻，嘴地基沉降竹量靠S毫t嗽可由下落式計算求得：St=So+做當適t樸→崖∞換時，總沉降翅量彎S施∞駐為留：蓄S巧∞葛=S掠o依+棄若預(yù)壓時間翻為右t繁，則工后沉降清量浮△四S照為窯：輛△虹S=靜S生∞疼-S牽t纖式中前，極S爛o鳴為填土完成時瓶的沉降量幼（治t萌0?。┩?；潮t洋為預(yù)壓時間，頭以填土（含當鷹量上部結(jié)構(gòu)荷鐘載在內(nèi)的全部蜓荷載）施工結(jié)電束日為起算日居（譽t幼0排,碑可取值為企t拌0家=模0灣）蘇；遭a暴、凈b沖為由實測值求駛得的推算系數(shù)侍，其求法見下幻圖。洲地基沉降的雙泄曲線推算法示川意橋圖佩傍警財泊沉降推算系墾數(shù)綠a叢、震b床值計算圖班割沉降速率法期根據(jù)戒實際塑的坐監(jiān)測數(shù)據(jù)古計算噴，確定地基沉諷降速率，公式鞭為：v==抬通過沉降速率橡的推算，竄便可計算出虹滿足工后沉降喪所需的預(yù)壓時熄間遇t尿時刻對應(yīng)的沉腸降速率，敏以此儲作為控制路基芬沉降穩(wěn)定與否光的依據(jù)。粗7.且4吼沉降分析評估坦的內(nèi)容與要求稈根據(jù)目監(jiān)測數(shù)據(jù)推算療沉降，跟推算的準確性判必須經(jīng)過評估幅。系統(tǒng)的分析升評估目前主要逐有以下三部分