沉降觀測在汽車試驗場坡道建設(shè)中的應(yīng)用

龍春林，譚 成，覃像春，陳 琴

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州）

0 引言

為進一步提升某汽車試驗場的試驗?zāi)芰?，某試驗場對原?guī)劃的山路試驗區(qū)進行試驗?zāi)芰ι壐脑?，擬在山路試驗區(qū)西北角建設(shè)8種不同的標(biāo)準(zhǔn)坡道，坡度為5%～40%，其中10%、15%、20%包含低附路面。標(biāo)準(zhǔn)坡道建成后，將是整車耐久性、動力總成、底盤標(biāo)定試驗的重要組成部分，標(biāo)準(zhǔn)坡道的作用就是讓試驗車輛進行爬坡能力、駐車能力、半坡起步能力、ABS防抱死、輪胎抓地力等性能及耐久性的測試。通過測試發(fā)現(xiàn)車輛存在的設(shè)計缺陷與隱存的故障，及時改進與消除。

就坡道而言，目前國內(nèi)外汽車試驗場已建成的工程做法主要有5種：（1）采用原土或改性土堆坡；（2）采用大型泡沫苯乙烯塊（EPS）堆砌填方；（3）采用發(fā)泡混凝土堆坡；（4）采用粉煤灰填筑；（5）采用工業(yè)廢渣填筑。根據(jù)某試驗場實際情況出發(fā)，本坡道工程經(jīng)研究決定采用原土或改性土堆坡的工藝。

采用素土或灰土分層壓實的方法高填方堆坡建成后最大的弊端就是地基沉陷，而我們通過對地基進行素土堆載預(yù)壓處理，然后再進行嚴(yán)格要求的沉降觀測，即可對地基因荷載增加等作用隨時間的沉降變形規(guī)律進行總結(jié)與歸納，為進行后期級配碎石的填筑提供成果支持。因此，我們必須十分重視沉降觀測在標(biāo)準(zhǔn)坡道施工和運營過程中的應(yīng)用。本文主要以某試驗場標(biāo)準(zhǔn)坡道建設(shè)為例，分析沉降監(jiān)測在其中的作業(yè)流程、施工工藝、數(shù)據(jù)觀測及分析、沉降規(guī)律等。

1 沉降觀測準(zhǔn)備

沉降觀測在坡道建設(shè)前的施工準(zhǔn)備主要為確定監(jiān)測等級、儀器及附件的選用與檢校等，具體如下。

1.1 確定監(jiān)測等級

山路坡道沉降觀測等級的確定根據(jù)設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《公路路基設(shè)計規(guī)范（JTG D30-2004）》《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則（JTG/T D31-02-2013）》，以及相關(guān)測量規(guī)范《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》等來確定，本工程按二等水準(zhǔn)測量要求進行，觀測精度應(yīng)小于1 mm[1，2]。

1.2 確定儀器及附件

在確定水準(zhǔn)測量等級要求的條件下，按照《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》，表1為水珠測量的等級以及沉降觀測方法的相關(guān)要求，表2為適用儀器型號。所選儀器在觀測作業(yè)前必須經(jīng)過相關(guān)校正部門的檢驗，且出具相關(guān)合格證明，各項指標(biāo)滿足校正要求。另外，施工單位必須重新校檢連續(xù)使用1個季度（3個月）以上的儀器及設(shè)備。本工程選用的測量儀器為2套型號DSZ1的自動安平水準(zhǔn)儀，以及1套5 m塔尺附件，符合二等水準(zhǔn)測量儀器型號的要求[3]。

表1 沉降觀測方法及精度

表2 各等級水準(zhǔn)觀測適用儀器型號

2 制定方案

本工程沉降觀測工作主要分為基準(zhǔn)網(wǎng)設(shè)計、觀測點施工、水準(zhǔn)測量以及資料整理與提交，具體如下。

2.1 基準(zhǔn)網(wǎng)設(shè)計

使用沉降標(biāo)開始測量之前，必須在每段曲線上設(shè)置由4個基準(zhǔn)點組成的基準(zhǔn)網(wǎng)?；鶞?zhǔn)網(wǎng)當(dāng)作高程網(wǎng)來控制沉降標(biāo)，并應(yīng)由專業(yè)人員完成實施?；鶞?zhǔn)網(wǎng)的作用是用來對觀測點進行檢驗和直接測定，在整個觀測過程中需保證基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定不變，故穩(wěn)定且易于作業(yè)是基準(zhǔn)點埋設(shè)的基本要求，且與標(biāo)準(zhǔn)坡道保持大約坡道設(shè)計高程的2倍的距離，且于高速環(huán)道設(shè)計基準(zhǔn)線兩側(cè)100 m～200 m之間，不宜過近，以免受高速環(huán)道沉降的影響。

2.2 觀測點施工

坡道沉降觀測點應(yīng)布置在即能反映變形體變形特征又便于監(jiān)測的位置，如坡道轉(zhuǎn)彎處，坡道平臺、坡道交匯處坡角位置等。沉降點布設(shè)間距一般控制在2O～30 m以內(nèi)。本測試坡道共設(shè)計沉降觀測點15個，實際共預(yù)埋沉降觀測點15個，觀測點如圖1所示。

圖1 觀測網(wǎng)平面布置圖

觀測點布設(shè)的過程就是沉降板大樣制作施工的過程，沉降板大樣的設(shè)計包括底板、測桿、套管。底板材質(zhì)一般為鋼板，程方形，尺寸大于50*50 cm為宜，厚度在0.5～1 cm即可。測桿為一般為鋼管（金屬測桿），以便焊接在底板的中心，直徑尺寸應(yīng)大于等于φ5 cm。套管材質(zhì)為塑料管，套住測桿，同時還能保證測量標(biāo)尺的進出，直徑一般在φ10 cm左右。測桿和套管的高度隨著填土的增加而接高，最終要保證測桿頂面高于套管頂面約2～5 cm左右，且為了防止有東西墜入，套管需加蓋封堵，且還需保證套管高出路面，并做好醒目標(biāo)志，以免被破壞。沉降板基坑開挖如圖2所示，沉降板下鋪設(shè)砂墊層如圖3所示。

圖2 沉降板基坑開挖

圖3 沉降板下鋪設(shè)砂墊層

2.3 觀測點測量

觀測網(wǎng)觀測點埋好穩(wěn)固后，即可進行首次觀測。觀測作業(yè)由具專業(yè)職稱的工程師施測。為保證觀測精度，在觀測過程中應(yīng)遵循“五固定原則”，即固定基準(zhǔn)點、工作基點與觀測點，固定人員，固定儀器、設(shè)備，固定觀測路線、程序與方法，各次觀測的環(huán)境條件應(yīng)基本一致，五定原則的目的是為了減少人機料法環(huán)對觀測結(jié)果的影響，確保觀測數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的趨向性，可比性。觀測中如突然發(fā)生大量沉降、各測點沉降量嚴(yán)重不均勻或出現(xiàn)較大裂縫等異常情況，應(yīng)進行逐日或幾天一次的連續(xù)觀測。11號沉降觀測點在機械施工時被碰到，造成11號沉降觀測點作廢。

2.4 觀測數(shù)據(jù)及分析

觀測數(shù)據(jù)形成的過程就是在每個觀測周期的時間節(jié)點上專業(yè)測量人員進行各個觀測點高程值測量的過程，本工程選用的觀測周期為兩周觀測1次，當(dāng)然，也可以按照自身實際情況制定不同時間長度的觀測周期，但不管周期的長短如何，一旦制定好觀測周期就必須嚴(yán)格按照規(guī)定進行相應(yīng)觀測點的測量，不能中途變動，以免影響后期數(shù)據(jù)分析從而無法得出科學(xué)的地基沉降變化規(guī)律，而通過將每一次周期的觀測點測量數(shù)據(jù)進行整理，就會形成一組觀測成果數(shù)據(jù)圖表。以下是本工程的成果數(shù)據(jù)及分析[4]。

2.4.1 沉降變形觀測高程測量數(shù)據(jù)

經(jīng)過專業(yè)測量人員對各個觀測點高程的測量以及整理，我們得出了過程沉降變形觀測高程測量數(shù)據(jù)表，見表3。

表3 沉降變形觀測高程測量數(shù)據(jù)表

2.4.2 沉降點高程值前后比較

如表4所示，本工程共計進行了9次各個觀測點（共計15個觀測點）的數(shù)據(jù)測量，每次測量間隔為兩周，將第1次的各個觀測點的高程值與第2次各個點的高程值進行相減，就可以得到在此特定周期內(nèi)每個觀測點的沉降量，以此類推，就可以算出8個時間觀測周期內(nèi)的相應(yīng)的觀測點沉降量。另外，我們再將得到的各觀測點的沉降量進行累計，就得出每個觀測點在8個觀測周期內(nèi)的沉降變化情況，從而可以判斷出地基在超載預(yù)壓過程中的穩(wěn)定情況。另外，從表5可以看出：9次觀測結(jié)束后，11號沉降觀測點作廢外，其余各點均正常；數(shù)據(jù)中出現(xiàn)負(fù)值情況的主要原因，是因為測站的站數(shù)多與兩測站之間高差大，有時要看到塔尺三米至四米的位置，但每次在沉降變形觀測閉后都在技術(shù)規(guī)范內(nèi)。從各監(jiān)測點的累計沉降量可以看出，監(jiān)測點最大沉降量為72 mm，后兩個月連續(xù)每月平均沉降量為2.5mm，符合連續(xù)2個月不超過3mm的設(shè)計要求，坡道在該段時間內(nèi)的沉降處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，整個沉降監(jiān)測過程沒有任何大的異常發(fā)生。

表4 沉降點沉降量數(shù)據(jù)表

2.4.3 沉降點觀測成果分析

測試山路坡道素土填筑及素土堆載按設(shè)計的要求，在規(guī)定的時間內(nèi)完成了施工作業(yè)，測試山路坡道采用素土堆載預(yù)壓處理，設(shè)計預(yù)壓期為3個月至6個月以上的預(yù)壓期。緊隨工程施工進展進行沉降觀測工作，自第1次觀測時間開始，到測試山路坡道堆載預(yù)壓土沉降，所有15個沉降板，其中14個沉降板沉降觀測工作進展正常。截至目前累計最大沉降量10%和15%坡道交匯處坡角位置，最大沉降量為0.072 m，共觀測9次，觀測時長3個月零19天，符合設(shè)計時長要求。

從沉降曲線各測點的歷時位移過程線可見，測點沉降量較小，一直都比較穩(wěn)定。目前觀測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定平穩(wěn)，堆載預(yù)壓段已具備沉降評估條件，按設(shè)計規(guī)范要求已達到可卸載標(biāo)準(zhǔn)。沉降曲線圖如圖4所示。

圖4 沉降曲線圖

3 沉降對汽車試驗的影響

沉降對整車耐久、動力總成試驗以及整車性能試驗有著非常重要的影響。

首先，我們在整車耐久規(guī)范、動力總成試驗當(dāng)中，對試驗車輛的山路子規(guī)范進行了路線及圈數(shù)定義，以及每圈的每一個操作規(guī)范都進行了規(guī)范定義，如果出現(xiàn)了較大的沉降，那么整車耐久的試驗強度就會出現(xiàn)打折，車輛零部件的考核將達不到預(yù)期的目的，汽車產(chǎn)品工程師無法第一時間對零部件可能出現(xiàn)的問題進行分析和整改。那么本來應(yīng)該出現(xiàn)故障的零件，就會以合格的身份出現(xiàn)在用戶的手中，并極有可能以售后問題的身份呈現(xiàn)在汽車廠家的面前，將會出現(xiàn)索賠甚至國家強制召回的風(fēng)險，用戶買不到物美價廉的產(chǎn)品，同時也對汽車廠家造成負(fù)面影響以及不可挽回的損失。所以沉降越小，對整車耐久試驗規(guī)范以及動力總成試驗的執(zhí)行一致性就好，試驗質(zhì)量就越高。

其次，對整車性能試驗的影響也如此，每年一些權(quán)威認(rèn)證機構(gòu)（例如CNAS）都要對各種不同的汽車性能試驗進行比對，而像汽車爬坡試驗、最大爬坡試驗等比對試驗都是在標(biāo)準(zhǔn)坡道進行的，如果坡道出現(xiàn)了較大的沉降，那么試驗結(jié)果將會與上一年出現(xiàn)較大偏差，那么該問題必然會是一個不合格項，如果整改不通過，試驗場將會失去該性能試驗的相關(guān)認(rèn)證資質(zhì)，汽車試驗場的試驗?zāi)芰巴袠I(yè)的競爭力將大打折扣。

4 結(jié)語

沉降觀測是本坡道建設(shè)工程的一項重要工作。沉降觀測的目的一是為了控制填土的速度，防止填土施工過程中地基上高路堤產(chǎn)生滑坡或地基強度破壞；另一個目的是為了觀測填土過程及預(yù)壓過程中地基沉降規(guī)律，預(yù)測地基的沉降趨勢，揭示沉降速率，為確定卸載時間、卸載后的路床標(biāo)高及預(yù)拋高量等提供技術(shù)依據(jù)。沉降觀測可以保證坡道建設(shè)的施工與運營安全，并為后期的勘察設(shè)計與施工提供可靠的數(shù)據(jù)支撐！