同沿高速公路同心至固原段路基沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)方案

[摘要] 同沿高速公路同心至固原段經(jīng)過(guò)寧夏南部山區(qū)濕陷性黃土、鹽漬土、膨脹土地區(qū),由于路基地基的下沉和路基的壓縮沉降,致使大部分地段路基出現(xiàn)了不同程度的沉降,使橋梁、通道等構(gòu)造物與路基銜接處,出現(xiàn)了不均勻沉降,使構(gòu)造物與路基銜接處出現(xiàn)了橫向裂縫,導(dǎo)致車輛在行駛過(guò)程中存在不同程度的橋頭跳車現(xiàn)象,造成了很大的交通事故隱患。為了整治這種隱患,對(duì)同心至固原高速公路的路基、大型橋梁等構(gòu)造物實(shí)施定期的沉降監(jiān)測(cè)。這樣可以取得科學(xué)的、量化的路基沉降數(shù)據(jù),可以分析路基在濕陷性黃土地區(qū)沉降變化的規(guī)律,并且能直觀地判斷路基沉降的周期。這樣還可以為以后該段路基沉降治理措施提供重要依據(jù),也為鋪筑剩余面層的建設(shè)方案提供有力依據(jù),同時(shí)也為寧夏濕陷性黃土地區(qū)高速公路的建設(shè)提供科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)。

[關(guān)鍵詞] 濕陷性黃土沉降監(jiān)測(cè)

一、概述

同沿高速公路同心至固原段是西部大通道銀川至武漢公路的重要組成部分,也是寧夏回族自治區(qū)“X”型高速公路主骨架公路網(wǎng)的重要組成部分,隨著該段高速公路即將建成通車,對(duì)寧夏和整個(gè)西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,將具有十分重要的意義。

桃山口至同心高速公路是本項(xiàng)目的前一段,其所在的工程地質(zhì)狀況和氣候條件與同心至固原段所處情況基本相同,該段通車兩年半以來(lái),由于路基地基的下沉和路基的壓縮沉降,致使大部分地段路基出現(xiàn)了不同程度的沉降,使橋梁、通道等構(gòu)造物與路基銜接處,均出現(xiàn)了路基沉降現(xiàn)象。由于兩者的不均勻沉降,使構(gòu)造物與路基銜接處出現(xiàn)了橫向裂縫,裂縫最寬處達(dá)3-4cm,甚至個(gè)別裂縫間還產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)、局部路面還有縱向裂縫現(xiàn)象。導(dǎo)致車輛在行駛過(guò)程中存在不同程度的橋頭跳車現(xiàn)象,造成了很大的交通事故隱患。

2005年初,同沿高速公路指揮部為了整治桃山口至同心高速公路路基沉降所帶來(lái)的隱患,已委托寧夏公路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司對(duì)該段路基及構(gòu)造物兩側(cè)進(jìn)行了沉降監(jiān)測(cè),至今路基沉降監(jiān)測(cè)工作已進(jìn)行了四次,路基沉降量一般在-15 cm左右,最大處達(dá)到了-36.5cm,最小也在-5 cm。同沿高速公路指揮部根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果和設(shè)計(jì)單位提出的治理方案,對(duì)桃山口至同心高速公路構(gòu)造物兩側(cè)的路面進(jìn)行了整治處理,改善了路況,保障了交通安全。

鑒于此,寧夏公路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司建議同沿高速公路指揮部應(yīng)繼續(xù)對(duì)同心至固原高速公路的路基、大型橋梁等構(gòu)造物實(shí)施定期的沉降監(jiān)測(cè)。這樣可以取得科學(xué)的、量化的路基沉降數(shù)據(jù),可以分析路基在濕陷性黃土地區(qū)沉降變化的規(guī)律,并且能直觀地判斷路基沉降的周期。這樣還可以為以后該段路基沉降治理措施提供重要依據(jù),也為鋪筑剩余面層的建設(shè)方案提供有力依據(jù),同時(shí)也為寧夏濕陷性黃土地區(qū)高速公路的建設(shè)提供科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)。

二、沉降監(jiān)測(cè)采用的技術(shù)與方法

1.沉降監(jiān)測(cè)的目的

通過(guò)定期的沉降觀測(cè),我們可以得到高速公路路基和大型橋梁在不同時(shí)期的沉降數(shù)據(jù),然后通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析,我們可以了解寧夏濕陷性黃土地區(qū)高速公路路基壓縮沉降和地基沉降的規(guī)律,從而說(shuō)明路基沉降和大型橋梁沉降之間的關(guān)系,了解工程在建設(shè)過(guò)程中和運(yùn)營(yíng)后這段時(shí)間內(nèi)實(shí)際升降的程度,并判斷公路路基是否穩(wěn)定,行車是否安全及其變形趨勢(shì)。為以后避免和治理高速公路在寧夏濕陷性黃土地區(qū)路基沉降現(xiàn)象提供有力依據(jù)。

2.采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和沉降測(cè)量技術(shù)等級(jí)

目前,建筑物沉降監(jiān)測(cè)所采用的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑物變形測(cè)量規(guī)程》(JGJ/T8-97),《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026-93)。

此次路基沉降測(cè)量根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況,采用中等精度要求進(jìn)行,即采用二級(jí)變形測(cè)量技術(shù)等級(jí)。

3.沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的選取

本項(xiàng)目路基沉降監(jiān)測(cè)采用原同心至固原高速公路坐標(biāo)系統(tǒng)、85國(guó)家高程基準(zhǔn),為路基沉降監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)網(wǎng)。由于該控制網(wǎng)自施測(cè)距今已有三年,故在實(shí)施首次監(jiān)測(cè)之前須對(duì)該控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè),平面基準(zhǔn)點(diǎn)的精度不低于一級(jí)導(dǎo)線的精度,高程基準(zhǔn)點(diǎn)的精度不低于四等水準(zhǔn)的精度。具體精度指標(biāo)詳見《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026-93)。

4.沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

由于同心至固原高速公路以中央分隔帶邊緣為設(shè)計(jì)高來(lái)控制,所以路基監(jiān)測(cè)點(diǎn)每隔25m布設(shè)在中央分隔帶緣石邊緣。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)用紅油漆做標(biāo)記,并標(biāo)明該點(diǎn)的里程樁號(hào)。路基沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置方法使用全球衛(wèi)星系統(tǒng)(GPS)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)技術(shù)進(jìn)行,采用同心至固原高速公路控制網(wǎng),放樣前通過(guò)點(diǎn)較正對(duì)所采用的控制點(diǎn)的可靠性進(jìn)行分析判斷,并保證參加點(diǎn)較正的控制點(diǎn)不少于4個(gè),平面殘差小于2cm,放樣段落均處在點(diǎn)校正范圍之內(nèi),從而保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的放樣精度。另外,本次監(jiān)測(cè)擬對(duì)大型橋梁墩臺(tái)的沉降也實(shí)施監(jiān)測(cè)。所以橋梁上沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)備布設(shè)應(yīng)在能夠反映橋梁沉降明顯的墩臺(tái)上且容易監(jiān)測(cè)的部位,還要穩(wěn)固,明顯,不影響橋梁的美觀和使用。

5.沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量

利用已復(fù)測(cè)的高程控制點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn),對(duì)設(shè)置在中央分隔帶緣石邊緣上和橋梁墩臺(tái)上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量。高程測(cè)量采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法,使用目前世界上最先進(jìn),精度最高的美國(guó)Trimble DiNI 12 電子水準(zhǔn)儀(標(biāo)稱精度為±0.3mm/km)和配套的折疊條碼尺,按中絲讀數(shù)法觀測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)照準(zhǔn)一次,讀數(shù)三次,三次讀數(shù)較差≤±0.5mm;監(jiān)測(cè)點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)最大視距≤100m,轉(zhuǎn)點(diǎn)視距差≤3m,每站前后累積視距差≤6m;視線離地面高度≥0.2m。儀器遷站時(shí)、轉(zhuǎn)點(diǎn)不應(yīng)設(shè)置在構(gòu)造物上方。觀測(cè)時(shí)認(rèn)真細(xì)致,重型車輛通過(guò)時(shí)不讀數(shù),以避免震動(dòng)引起測(cè)量誤差。每隔3-5Km為一段附合水準(zhǔn)路線,并進(jìn)行閉合差檢驗(yàn),對(duì)閉合差超限的段落應(yīng)進(jìn)行返工,確保證觀測(cè)成果的可靠性。

為提高測(cè)量精度、減少人為誤差,每次沉降觀測(cè)時(shí),應(yīng)采用相同的路線和觀測(cè)方法,并且在基本相同的環(huán)境和條件下,固定觀測(cè)人員和使用同一儀器、設(shè)備。

另外,觀測(cè)人員還應(yīng)調(diào)查道路、橋梁等構(gòu)造物表面特征,供數(shù)據(jù)處理時(shí)分析使用。

三、沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析

每天的野外觀測(cè)數(shù)據(jù)都在當(dāng)天經(jīng)電子水準(zhǔn)儀傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里,利用恒華水準(zhǔn)計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行處理。對(duì)外業(yè)采集的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核,通過(guò)預(yù)處理后再平差并將結(jié)果導(dǎo)出作為本次沉降觀測(cè)成果。

同心至固原高速公路是在路面鋪筑下面層后投入試運(yùn)營(yíng),布設(shè)在中央分隔帶緣石邊緣的路基監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程與竣工后的結(jié)果有差異,所以將初次測(cè)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程作為初始值,以后每次觀測(cè)成果與前一次的觀測(cè)成果組成相關(guān)文件,由恒華沉降數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)進(jìn)行分析與對(duì)比后,自動(dòng)完成計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的本次沉降量、累計(jì)沉降量,對(duì)個(gè)別沉降量有凸變的監(jiān)測(cè)點(diǎn)按相關(guān)性進(jìn)行分析判斷,必要時(shí)進(jìn)行野外測(cè)量驗(yàn)證,確認(rèn)無(wú)誤后將分析結(jié)果生成沉降觀測(cè)記錄表。

四、沉降監(jiān)測(cè)報(bào)告的編制

由于沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)量很大、為了更準(zhǔn)確詳細(xì)的反映觀測(cè)成果、方便查閱,沉降觀測(cè)記錄表按項(xiàng)目合同段劃分成冊(cè),全線統(tǒng)一編制沉降監(jiān)測(cè)報(bào)告,報(bào)告針對(duì)每次沉降的重點(diǎn)段落進(jìn)行對(duì)比分析,做出結(jié)論。對(duì)大型橋梁等構(gòu)造物的沉降監(jiān)測(cè),應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行歸納分析,繪制沉降曲線,并結(jié)合路面特征對(duì)構(gòu)造物進(jìn)行外部特征描述。

五、監(jiān)測(cè)周期和頻率

同心至固原高速公路全長(zhǎng)117.5公里,路線經(jīng)過(guò)寧夏南部山區(qū)濕陷性黃土、鹽漬土、膨脹土地區(qū),且沿線有崩塌和陷穴等不良地質(zhì)現(xiàn)象。針對(duì)這些不良工程地質(zhì)現(xiàn)象,在設(shè)計(jì)和施工中、均已采取了相應(yīng)的方案和措施。為了清楚掌握與了解路基在這些不良工程地質(zhì)路段中沉降的周期和規(guī)率,結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驓庀髼l件及桃山口至同心高速公路近一年來(lái)路基沉降監(jiān)測(cè)的結(jié)果,擬對(duì)同心至固原高速公路路基及大型構(gòu)造物的監(jiān)測(cè)周期和頻率制定以下方案:

1.自2005年12月起、至以后為期兩年內(nèi)、按一年中四季的變化、每隔三月一次,對(duì)同心至固原高速公路全段路基及部分大型構(gòu)造物進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè),直到路基達(dá)到鋪筑上面層的要求為止。

2.在此預(yù)期內(nèi),如全段路基及監(jiān)測(cè)的大型構(gòu)造物已經(jīng)穩(wěn)定,則停止監(jiān)測(cè)工作;如其中部分路段和構(gòu)造物已經(jīng)穩(wěn)定、但還有部分路段和構(gòu)造物繼續(xù)發(fā)生沉降,則只對(duì)這部分路段和構(gòu)造物進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

3.根據(jù)路基及大型構(gòu)造物在不同地質(zhì)條下的實(shí)際情況、對(duì)于在上述監(jiān)測(cè)周期內(nèi)路基及大型構(gòu)造物沉降速率異常的、應(yīng)加密監(jiān)測(cè)頻率,及時(shí)進(jìn)行科學(xué)分析。

六、其它

同心至固原高速公路此次路基及大型構(gòu)造物沉降監(jiān)測(cè)工作將用數(shù)據(jù)及圖表、真實(shí)地反映路基及大型構(gòu)造物在濕陷性黃土、鹽漬土、膨脹土地區(qū)等不良工程地質(zhì)沉降變化的規(guī)律,它與“土力學(xué)”、“材料力學(xué)”相一致;但有些現(xiàn)象還難以解釋,屆時(shí)懇請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)、專家賜教指正!

參考文獻(xiàn):

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[5] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),公路勘測(cè)規(guī)范(JTG C10-2007)[S],北京:人民交通出版社,2007

作者簡(jiǎn)介:

楊克明(1966-),男,大學(xué)學(xué)歷,工程師/寧夏公路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司。