淺談剖面沉降管在客專鐵路上的應用

1、淺談剖面沉降管在客專鐵路上的應用中鐵九局一公司郎旭東 摘要：剖面沉降管是利用滑動式數(shù)顯沉降儀對路基沉降進行觀測的一種方法，剖面沉降管觀測儀填設方便，檢測時路堤上部施工沒有影響，路堤壓實機械不會對觀測結(jié)果產(chǎn)生影響，且能提高檢測精度，獲得更加全面的、準確的檢測資料，在軟基段路基施工中，對于軟基處理效果的檢驗，控制軟基的變形速率，指導軟基段路基的施工是非常必要的，本文以吉圖琿客運專線dk159+165.48dk162+646.65，為例，介紹剖面沉降管的埋設與檢測。關(guān)鍵字： 剖面沉降管 褥墊層 觀測技術(shù) 沉降評估一、工程概況： 吉圖琿客運專線，本公司施工段路基里程為dk159+165.48dk162

2、+646.65，全長3481.02m，雙線，其中dk159+165.48dk160+600段路基地基處理采用預應力管樁加固，dk160+600dk161+199.45和dk161+881dk162+077段路基地基處理采用cfg樁加固，無樁帽、褥墊層回填0.5m厚的碎石墊層，本段路基沉降監(jiān)測分為沉降觀測樁、沉降觀測板、單點沉降計、剖面沉降管。按設計要求設計有12處剖面沉降管監(jiān)測。本文以dk161+565斷面的剖面沉降管為例，介紹剖面沉降管的埋設與檢測。二、施工依據(jù)1、施工通用簡圖：2、剖面沉降管簡介：剖面沉降管采用柔性測斜導管，其抗彎剛度應適應被測土體的豎向位移要求，導管內(nèi)十字導槽應順直，管端

3、接口密合，接頭處采用套管套住，用螺絲加固。剖面沉降管測量是將剖面沉降儀探頭放于埋設的剖面沉降管管槽內(nèi)，按照一定間距（0.5m或1m）依次讀數(shù)，起始端管口標高采用國家一等水準儀測量方法進行測量，再通過數(shù)據(jù)處理計算出不同位置處的地基沉降量。3、剖面沉降管系統(tǒng)組成，如下圖 測桿：測桿是由不銹鋼加工而成的，外部有兩組導輪，以便沿測斜管導槽滑動，頭部有一接口，能夠和測頭連接。尾部有一鐵環(huán)是栓繩索用，以便沿著導槽向后面拉動。電纜測頭：測頭是整個儀器的敏感部位，而電纜是給測頭供電，傳遞信號，以及是測頭測試點的刻度尺和拉動的繩索，為了更好提高其性能，電纜芯線中設有二根特制的加強芯，電纜上每0.5米間距有一標志

4、，標志所示距離從測頭的兩組導輪中點起記。數(shù)顯儀：它是讀取剖面沉降儀測頭傳感器信號，以及提供測頭電源的裝置。它的面板上，有數(shù)字顯示器（顯示位數(shù)四位）、電源開關(guān)、充電、欠電指示燈以及連接測頭電纜的插座。機箱側(cè)面有充電插座，及便攜背帶以便在野外作業(yè)。充電： 充電電源線：是向讀數(shù)儀內(nèi)提供220v電源，使電池充電。讀數(shù)儀內(nèi)部設有自動充電裝置，充電時，首先插好充電電源線接通220v 電源，按動儀器面板上“啟動”按鈕，充電指示燈亮，說明開始充電。充滿后自動停止，指示燈熄滅。用戶可放心充電。4、儀器工作原理剖面沉降測量是通過預埋在結(jié)構(gòu)物底部的橫剖面管，采用剖面沉降儀按一定間距依次讀數(shù)，起始端管口標高采用水準儀

5、按國家二等精密水準測量方法進行測量，再通過數(shù)據(jù)處理計算求出不同位置處地基的沉降量。沉降儀測頭以及其導輪沿路基斷面埋設柔性測斜導管（該軟管和地面同步沉降）測頭的傳感器可以敏感某一處的傾角，輸出一個電壓信號，由數(shù)顯儀面板顯示出數(shù)據(jù)。測頭的輸出信號是以測斜管導槽為方向基準，在某一處，測頭導輪標準間距l(xiāng)上的傾角的正弦函數(shù)，該信號可以換算成沉降位移。三、剖面沉降管埋設1、剖面沉降管埋設步驟：1、開槽找平：用全站儀坐標法測定觀測斷面的中心里程及埋設方向。在路基填筑過程中，當路堤填筑高度高于埋管位置60的填土壓實以后，在垂直線路方向人工開挖出寬20， 深30的溝槽，整平槽底并在溝底鋪設一層510厚的細砂，并

6、用水準儀測量找平槽底。2、接管穿線在鋪設測斜管時應逐節(jié)對口連接成一根，接管時,嚴禁砂、石、土等雜物進入剖面管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。測斜管每側(cè)要伸出路基坡腳，為防止測斜管被損壞，管頭兩端用c15混凝土澆筑沉降管保護墩，并于觀測管口一側(cè)設置觀測基樁，觀測基樁采用素混凝土灌注，斷面為0.5m0.5m1.0m，并在樁頂預埋半圓形不銹鋼耐磨測頭。測斜管連接時要特別注意導線槽的對正，不得扭曲。連接后接頭處采用套管套住，用螺絲加固。并預先在測斜管內(nèi)穿入測繩（或細鋼絲繩）一根，用于測量時拉測頭使用。3、包扎埋設檢查各節(jié)管的連接確認正確后，為防止泥砂從連接管段進入管內(nèi)，接管時,嚴禁砂、石、土等雜物進入剖面管內(nèi)，保證

7、管內(nèi)干凈。接管時,嚴禁砂、石、土等雜物進入剖面管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。在管與管接頭處采用無紡土工布包裹，外用塑料繩扎緊，無紡土工布接口處用電工膠布粘接。埋設橫剖面管時, 人工回填，要確保橫剖面管平直，夯實。四、沉降檢測1在兩個出口處測管口的水平高程。2做好考證表的記錄，主要內(nèi)容包括軸向位置、孔號、二個孔口高程、管長、測量儀器型號、率定系數(shù)、埋設人員及日期等。3測量時先要做好儀器的率定工作，在導管口水平處設置水平點，使儀器在孔口處調(diào)零。4將電纜線與指示器連接、測頭、電纜、儀器要連接正確。5儀器調(diào)零時，要先把測頭導輪對準垂直導槽放在導管內(nèi)35min，使測頭與地下溫度平衡。6測量時，一端緩慢地拉測繩、另

8、一端緩慢地放電纜，使測頭在管道內(nèi)行走平穩(wěn)，兩端配對講機聯(lián)絡，以保證動作協(xié)調(diào)，每50為一測點、待讀數(shù)器穩(wěn)定后，讀取數(shù)字，來回往返讀數(shù)23次、在同一測點的數(shù)字力求準確，誤差不得超過0.30.5。7測量結(jié)束后，進行資料的整理、分析。2.2.1人員及觀測設備配置觀測工作人員配備5人，觀測設備除pcc型數(shù)字式橫剖面沉降測量儀、高精度水準儀等主要設備外，還要配備1套讀數(shù)儀+探頭+傳感器，1臺終端電腦，鋼絲繩:2000m；110mmpvc管若干。2.2.2觀測設備埋設和觀測實施要點橫剖面管埋設橫剖面管在樁頂混凝土板或加筋墊層施工完畢后，填土至0.6m高度碾壓密實后埋設。在橫剖面管埋設位置切槽開挖至路基基底c

9、30混凝土底板處，開槽寬度2030cm，拉線埋設橫剖面管后，采用細砂分層回填夯實基坑。剖面管埋設時管內(nèi)穿入用于拉動測頭的鋼絲繩，以便測量觀測時用以牽引傳感器探頭。埋設橫剖面管時,要確保橫剖面管平直，盡量減少橫剖面管接頭。接管時,嚴禁砂、石、土等雜物進入剖面管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。觀測基樁埋設橫剖面管埋設完畢后，在兩頭設置0.5m0.5m0.95mc15素混凝土保護墩，并于觀測管口一側(cè)設置觀測基樁，觀測基樁采用素混凝土灌注，斷面為0.5m0.5m1.0m，并在樁頂預埋半圓形不銹鋼耐磨測頭。pcc型數(shù)字測量儀觀測剖面沉降觀測點位：根據(jù)設計要求，對于路基觀測斷面長度小于40米的斷面每米測量一次；大于40

10、米的斷面每2米度測量一次，測量時確保每次測量位置固定準確。采用制作的密封三角架固定儲液箱，使儲液箱液面保持靜止。轉(zhuǎn)貼將信號電纜繞線盤水平平穩(wěn)安放于測量管口,并將預先放置于測管內(nèi)的牽引鋼絲繩和觀測儀傳感器相連，用對講機通知另一側(cè)的觀測人員配合回拉鋼絲繩，直至將傳感器拉到另一側(cè)管口外的觀測標上。首先進行0點測量(觀測基樁標),觀測讀數(shù)精確到0.1mm，測量后將傳感器放到橫剖管管口，并保證傳感器與管口齊平，進行第1點測量，然后由觀測人員按照連接在傳感器上塑料管的刻度標識定位，兩側(cè)觀測人員配合進行2、3、4、5、各定點觀測，直至全斷面各點觀測完成。觀測中一端緩慢地拉測繩、另一端緩慢地放電纜，使測頭在管

11、道內(nèi)行走平穩(wěn)，兩端配對講機聯(lián)絡，以保證動作協(xié)調(diào)，在同一測點的數(shù)值力求準確，誤差不得超過0.30.5。觀測中牽動塑料管時必須保持約10s/m的勻速，嚴禁脈沖式牽拉，讀數(shù)時須待讀數(shù)儀顯示讀數(shù)穩(wěn)定后方能記錄。根據(jù)精度要求，觀測采用兩個測回?；c高程的測量在進行路基橫剖面觀測的同時,采用一臺電子水準儀對管口外的觀測基樁標進行測量，確定橫剖面觀測基點的高程，觀測結(jié)果應滿足二等水準測量精度要求。觀測頻率路基填筑0.6m時埋設橫剖管并開始觀測。路基填筑過程中應保證每填筑一層觀測一次，如兩次填筑時間間隔較長，保證每3天觀測一次，當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時應保證每天觀測兩到三次。路基分層填筑到設計預壓高程后，預壓期前3個

12、月每5天觀測一次，36個月期間每15天一次，半年后每月觀測一次，一年后每3個月觀測一次2。有重大荷載變化尤其是無碴軌道鋪設前后必須加密觀測。2.3觀測效果觀測精度路基沉降是通過在地基設置橫剖面管進行地基沉降觀測，在路肩埋設測釬，在預壓土填筑體底部路基面中心埋設沉降板進行路基面沉降觀測。通過和路肩測釬、豎向沉降板路基面沉降觀測數(shù)據(jù)比較，觀測結(jié)果能相互吻合，說明剖面沉降管觀測是成功的，能滿足設計要求。觀測結(jié)果路基于2009年6月開始填土，2010年2月進行路基堆載預壓，堆載預壓95125天；截至2010年9月，各斷面觀測次數(shù)多達105次/456天，沉降量一般為36mm，最大為15mm。通過對沉降觀

13、測數(shù)據(jù)整理，分析評估，管段內(nèi)路基地基沉降較小，路基及路橋過渡段線路縱向不均勻沉降量小。3 提高測量精度的方法和觀測成果整理、應用通過石武鐵路客運專線路基沉降觀測研究分析，總結(jié)影響沉降測量精度的因素，并根據(jù)觀測資料繪制各斷面的橫剖面各測次沉降曲線，進行施工過程觀測資料的整理分析,控制填筑速率，保證施工過程中路基的穩(wěn)定。3.1提高測量精度方法埋設橫剖面管的具體方法及其技術(shù)要求：路基填筑0.6m時，在橫剖面管埋設位置切槽開挖至c30底板處，采用細砂分層回填夯實基坑，拉線埋設橫剖面管，保證橫剖面管平直。并盡量減少橫剖面管接頭，接管中不能使砂、石、土等進入管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。元件保護措施：管口進行防塵防

14、水處理，在管口保護墩四周采用混凝土澆筑保護盒；下雨、風沙天氣后，及時清理管內(nèi)積水和砂、石、泥土等雜物。為了將觀測中的系統(tǒng)誤差減到最小，達到提高精度的目的，各次觀測應實行“五固定”即“固定水準基點、工作基點、固定人、固定測量儀器、固定監(jiān)測環(huán)境條件、固定測量路線和方法”，以提高觀測數(shù)據(jù)的準確性。測量作業(yè)必須認真、準確、規(guī)范，確保觀測數(shù)據(jù)的真實、可靠，以保證成果分析計算的準確性。觀測頻次應保證：嚴格按照設計要求頻率進行沉降觀測，確保觀測數(shù)據(jù)的數(shù)量、質(zhì)量及系統(tǒng)性、完整性。對樁板結(jié)構(gòu)等復合地基加固的路基，沉降量很小，觀測方式要求精度更高，采用直接在剖面沉降管內(nèi)預埋傳感器，由傳感器直接測量路基施工過程中的

15、沉降量。3.2觀測成果整理、應用施工過程中應根據(jù)觀測資料繪制各斷面的橫剖面各測次沉降曲線，對施工過程觀測資料整理、分析,控制填筑速率。填筑過程中，當?shù)鼗两邓俾蔬_到10mm/d以上時，通知立即停止路基填筑，直至觀測沉降速度小于10mm/d時恢復路基填筑3。若觀測數(shù)據(jù)持續(xù)異常，應停止填筑，查明原因，提出施工措施后，才能繼續(xù)施工。預壓期沉降趨于穩(wěn)定后，當測定的總沉降明顯大于計算總沉降，超過設計值20%及以上時，應分析原因并及時通知設計和業(yè)主共同討論。施工過程中加強觀測資料整理分析，觀測資料及時報送設計單位，經(jīng)分析評估確定預壓土卸載和軌道鋪設時間。路基沉降預測采用曲線回歸法，并滿足以下要求：根據(jù)路基

16、填筑完成或堆載預壓不少于3個月的實際觀測數(shù)據(jù)作多種曲線的回歸分析，確定沉降變形的趨勢，曲線回歸的相關(guān)系數(shù)不小于0.92。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差值不應大于8mm。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4：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沉降分析、評估沉降分析評估主要依據(jù)客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術(shù)指南（鐵建設2006158號）（以下簡稱評估指南）進行。沉降分析主要目的是計算路基預計總沉降和工后沉降量，通常采用雙曲線法、修正雙

17、曲線法、修正指數(shù)曲線法、星野法、asaoka法、泊松曲線法等方法。具體的分析方法為：因橫剖面沉降測量各斷面觀測點位多，通常選擇關(guān)鍵點位數(shù)據(jù)進行沉降分析評估，即橫剖面管對應的左右路肩、線路中心三個位置的觀測數(shù)據(jù)，分別采用雙曲線法、星野法、修正指數(shù)法、修正雙曲線法進行沉降預測，沉降板觀測數(shù)據(jù)采用雙曲線法、星野法進行沉降預測。沉降預測分析主要方法客運專線一般采用雙曲線法進行沉降分析，用修正指數(shù)曲線法與修正雙曲線法和星野法進行對比。雙曲線分析法介紹如下：轉(zhuǎn)貼雙曲線方程為沉降計算的具體順序如下： 確定起點時間（t=0），可取填方施工結(jié)束日為t=0； 就各實測值計算t/(st-s0),見圖3；圖3用實測值推算最終沉降繪制t與t/(st-s0)的關(guān)系圖，并確定系數(shù)a和b，見圖4；圖4求a和b計算st； 由雙曲線關(guān)系推算出沉降s時間t曲線；5體會通過對石武鐵路客運專線路基沉降變形觀測評估技術(shù)研究，掌握了在路基施工過程中進行橫剖面沉降變形觀測的方法，總結(jié)出了路基填筑過程地基變形情況，并能根據(jù)觀測成果分析、預測總沉降和工后沉降量，正確指導路堤填筑施工和控制填筑速率。橫剖面沉降測