深軟土地基橋變形監(jiān)控觀測(cè)方案

深軟土地基橋變形監(jiān)控觀測(cè)方案摘要：根據(jù)沿海和珠江三角洲地區(qū)深軟土地基上修建橋梁的失敗教訓(xùn)，總結(jié)出深軟土地基路段橋梁變形監(jiān)控觀測(cè)的原理、內(nèi)容和方法，供設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理和施工各方交流參考。關(guān)鍵詞：軟土地基橋梁變形監(jiān)控觀測(cè)方案1前言沿海和珠江三角洲地區(qū)分布著大量的深軟土地基，該軟土具有高壓縮性、高含水量、低強(qiáng)度、沉降穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)等特性。在軟土地基上修建橋梁，除考慮沉降及普通荷載外，還有極為重要的因素，即軟土地基失穩(wěn)引起土體位移的偏壓荷載，它使深層軟弱土層產(chǎn)生塑性流變，推擠橋梁墩臺(tái)，以致墩臺(tái)變形開裂破壞，致使橋梁伸縮裝置損壞失效，上部梁板頂緊臺(tái)背，使梁板產(chǎn)生壓曲。如已建成的廣東國(guó)道206線K2327+176小橋、京珠高速公路廣珠段宮華互通F匝道橋和廣東沿海高速公路，部分橋梁在施工中已嚴(yán)重變形開裂破壞。其中國(guó)道206線K2327+176小橋在臺(tái)背回填過(guò)程中，0#橋臺(tái)向河中傾斜1.45米，相臨墩臺(tái)嚴(yán)重傾斜開裂，0#臺(tái)后路基全寬塌陷長(zhǎng)度12米，高3.2米（數(shù)據(jù)來(lái)源見參考文獻(xiàn)4）。這一切主要?dú)w咎于軟土地基的變形狀況。按常規(guī)，軟土路堤的施工一般都進(jìn)行土體穩(wěn)定監(jiān)控，而橋梁施工變形監(jiān)控未引起足夠重視。橋臺(tái)的變形破壞模式見圖1示。因此，研究深軟土地基橋梁施工變形監(jiān)控已刻不容緩。現(xiàn)通過(guò)臺(tái)山沿海高速公路施工實(shí)踐總結(jié)出適合于深軟基橋梁的變形監(jiān)控方案，旨在引導(dǎo)、交流，使軟基橋梁變形監(jiān)控技術(shù)有所提高、完善，確保橋梁在施工和運(yùn)營(yíng)中的安全性和可靠性。2橋梁變形監(jiān)控觀測(cè)的原理2.1通過(guò)對(duì)圖2所示A-A斷面橋頭路堤填筑及預(yù)壓期的沉降、側(cè)向水平位移、土壓力、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)，保證橋臺(tái)路堤安全穩(wěn)定，同時(shí)了解土體內(nèi)部變位、應(yīng)力分布和發(fā)展變化情況，分析土體固結(jié)程度、穩(wěn)定狀態(tài)，為橋臺(tái)預(yù)壓土方卸載和樁基礎(chǔ)施工提供依據(jù)。2.2通過(guò)布設(shè)A、B監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)橋臺(tái)施工、臺(tái)背回填及橋頭超載土方預(yù)壓過(guò)程進(jìn)行側(cè)向水平位移、沉降、土壓力及孔隙水壓力觀測(cè)。一方面監(jiān)控臺(tái)后路堤土體固結(jié)程度和穩(wěn)定狀態(tài)，確保橋臺(tái)施工安全；另一方面，根據(jù)臺(tái)前B斷面土體的累計(jì)水平位移量，推算臺(tái)后土體（包括深層軟土）對(duì)橋梁墩臺(tái)的推擠力（含土壓力），計(jì)算出墩臺(tái)樁基、承臺(tái)、墩臺(tái)身、臺(tái)帽的抗推剛度，與墩臺(tái)設(shè)計(jì)允許抗推剛度比較，若實(shí)際抗推剛度小于設(shè)計(jì)允許值，說(shuō)明墩臺(tái)尚處于安全狀態(tài)。否則應(yīng)采取緊急措施，避免橋梁因抗推剛度集成影響，整體受到破壞。特別是斜交橋，更應(yīng)引起足夠重視，因斜交比正交的抗推剛度更大。2.3通過(guò)對(duì)橋梁墩臺(tái)上布設(shè)的沉降、位移、扭轉(zhuǎn)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)，計(jì)算分析變形對(duì)橋梁墩臺(tái)和上部構(gòu)造的受力影響。若累計(jì)沉降和位移超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范限值，應(yīng)立即采取措施分析處理，科學(xué)地指導(dǎo)橋梁施工。2.4結(jié)合墩臺(tái)和橋頭路堤的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立墩臺(tái)變形破壞荷載與施工中的位移、沉降、土壓力、水壓力、溫度、土體的性質(zhì)之間的函數(shù)模型和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)（篇幅所限，模型和公式未列），從理論上研究探討。3變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容3.1橋臺(tái)樁位預(yù)壓期間，臺(tái)后路堤觀測(cè)斷面的沉降、側(cè)向水平位移、土壓力、空隙水壓力的變化情況，以及臺(tái)前縱向坡角處水平位移，圖2示。3.2橋梁臺(tái)背回填及施工過(guò)程中，臺(tái)后土壓力及深層軟土向墩臺(tái)處產(chǎn)生的水平位移推擠和土壓力。3.3在各種條件下，墩臺(tái)的沉降、位移和扭轉(zhuǎn)觀測(cè)。3.4橋梁在施工或受荷過(guò)程中，檢查墩臺(tái)結(jié)構(gòu)表面是否出現(xiàn)裂縫，觀測(cè)其長(zhǎng)度、寬度和深度變化趨勢(shì)。4監(jiān)控觀測(cè)的方法4.1橋位預(yù)壓期間臺(tái)后路堤監(jiān)測(cè)斷面A和橋頭縱向坡角處斷面B的觀測(cè)。4.1.1據(jù)圖2儀標(biāo)布設(shè)圖，埋設(shè)各種儀標(biāo)。其中A、B斷面的儀標(biāo)應(yīng)在軟土地基處理之后埋設(shè)，并在觀測(cè)到穩(wěn)定的初始值后，方可進(jìn)行路堤的填筑。4.1.2儀標(biāo)的埋設(shè)和觀測(cè)要求、方法A、地表位移邊樁主要用于穩(wěn)定管理，監(jiān)測(cè)橋位附近地表水平位移及隆起情況，確保橋頭路堤施工安全與穩(wěn)定。該邊樁宜采用鋼筋混凝土預(yù)制樁，直徑10～20cm，長(zhǎng)度大于150cm，樁頂埋設(shè)測(cè)頭。邊樁埋置深度以140cm為宜，樁頂露出地面不超過(guò)10cm，并保證穩(wěn)固。水平位移邊樁的觀測(cè)，對(duì)通視良好的平原區(qū)，采用視準(zhǔn)線法，地形起伏較大或水網(wǎng)地區(qū)采用單三角前方交會(huì)法，觀測(cè)儀器宜用全站儀。觀測(cè)精度：測(cè)距±１mm，水平角±2.5"。B、地表沉降觀測(cè)通過(guò)在橋頭A-A斷面埋設(shè)沉降板進(jìn)行高程觀測(cè)。主要用于橋頭路段沉降管理。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整填土速率，預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，確定橋頭預(yù)壓卸載時(shí)間和墩臺(tái)樁基的開工時(shí)間。沉降板由鋼筋混凝土底板（或鋼板）、金屬測(cè)管和保護(hù)套管組成。鋼筋混凝土底板平面尺寸為50cm×50cm，厚5cm，測(cè)桿直徑4cm，保護(hù)套管為內(nèi)徑5cm的聚氯乙烯管，為保護(hù)測(cè)桿避免路基施工的破壞，在套管的外側(cè)加一混凝土管，每次測(cè)桿頂面高出路基面不超過(guò)10cm。沉降板觀測(cè)采用DS1型精密水準(zhǔn)儀，以二等水準(zhǔn)測(cè)量控制，觀測(cè)精度：紅、黑面尺讀數(shù)較差≤0.5mm；紅、黑面尺高差較差≤0.7mm；往返較差附合允許閉合差≤±0.6n。每填一層土，觀測(cè)一次，當(dāng)?shù)孛娉两邓俾拭繒円勾笥?0mm時(shí)，立即停止填筑，并繼續(xù)加強(qiáng)觀測(cè)，直到沉降速率減小，均勻?yàn)橹?，方可填筑下一層。同時(shí)繪制沉降-荷載-時(shí)間曲線圖，分析判斷沉降穩(wěn)定趨勢(shì)。C、地基分層沉降觀測(cè)主要用于橋臺(tái)臺(tái)后地基深層沉降監(jiān)控，為橋臺(tái)施工及臺(tái)后回填提供決策依據(jù)。分層沉降標(biāo)布設(shè)見圖2中A-A斷面，每斷面埋設(shè)2個(gè)。分層沉降標(biāo)采用特制的鐵環(huán)套在測(cè)管的外側(cè)。埋設(shè)時(shí)，用鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度，先埋測(cè)管，測(cè)管底部須封死，再將分層沉降標(biāo)逐個(gè)套在測(cè)管外側(cè)，埋在預(yù)定土層中。為保證分層沉降標(biāo)能牢固地嵌入土層中，在鐵環(huán)外側(cè)配置了3個(gè)彈性利爪，并在相鄰鐵環(huán)之間用膨潤(rùn)性粘土球填塞。土體分層沉降觀測(cè)采用G-1型磁感應(yīng)分層沉降儀，在套管中放入感應(yīng)探頭，測(cè)出各分層沉降標(biāo)離管口的距離，測(cè)出管口高程，計(jì)算出各分層沉降標(biāo)的高程?？煞謩e測(cè)出土體沿深度方向不同層次的沉降量。各層的平均沉降速率按每晝夜不大于10mm控制，若超過(guò)此限應(yīng)停止填筑，采取處理措施。D、橋臺(tái)附近土體水平位移觀測(cè)測(cè)斜管布置見圖2示。用于觀測(cè)橋臺(tái)前縱向坡腳和臺(tái)后路堤地基各層位土體側(cè)向位移量，以判斷土體沿路基縱向和橫向滑動(dòng)穩(wěn)定性，指導(dǎo)土體填筑速率?？刂茦?biāo)準(zhǔn)：水平位移速率每晝夜小于5mm。橋臺(tái)錐坡坡角一般都是沿河或溝渠，存在一定的臨空面，因此縱向位移一般都大于路堤橫向坡角位移。測(cè)斜管采用彎曲性能與軟土的側(cè)向位移相適應(yīng)的聚氯乙烯管，管內(nèi)有縱向的十字導(dǎo)槽。埋設(shè)時(shí)，先用鉆機(jī)鉆孔至無(wú)水平位移的土（巖）層中至少50cm，并保證測(cè)斜管有足夠的錨固深度，然后將測(cè)斜管逐根放入孔中，管端接口保證密合，管內(nèi)的十字導(dǎo)槽應(yīng)對(duì)準(zhǔn)路基的縱橫方向。土體水平位移的觀測(cè)采用伺服式加速度測(cè)斜儀，沿測(cè)斜管的十字導(dǎo)槽逐段測(cè)定其輸出電壓值，通過(guò)計(jì)算分析，確定土體的水平位移值，繪制水平位移與觀測(cè)深度曲線，判斷最大水平位移位置。E、土壓力觀測(cè)如圖2示A-A斷面，挖坑埋設(shè)土壓力盒，坑槽底面應(yīng)平整密實(shí)，土壓力盒上下四周約20cm范圍內(nèi)用細(xì)砂填實(shí)，并逐個(gè)將外引電纜編好號(hào)碼，引入觀測(cè)箱中，用GXS-937型頻率接收儀測(cè)定每個(gè)土壓力盒的頻率，然后計(jì)算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的土壓力值，了解土體的應(yīng)力分布情況。F、孔隙水壓力觀測(cè)孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)于圖示2A-A斷面路中心，埋設(shè)時(shí)用鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度后，在孔內(nèi)填入少量砂，將孔隙水壓力計(jì)放至設(shè)計(jì)深度處，再用干燥的膨脹土球?qū)⒖追忾]。為保證孔隙水壓力計(jì)的成活率，每個(gè)鉆孔最多埋設(shè)2個(gè)孔隙水壓力計(jì)，然后用GXS-937型頻率接收儀測(cè)定每個(gè)水壓力計(jì)的頻率，計(jì)算出孔隙水壓力值，確定橋臺(tái)處地基土的固結(jié)情況。4.2臺(tái)背回填及臺(tái)背預(yù)壓過(guò)程中，臺(tái)后土壓力和深層軟土對(duì)橋臺(tái)的水平推移觀測(cè)，主要觀測(cè)側(cè)斜管的水平位移，方法同前。4.3墩臺(tái)的沉降觀測(cè)在每個(gè)墩臺(tái)的左右幅布設(shè)固定觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)符合測(cè)量精度和規(guī)范要求。用DS1型精密水準(zhǔn)儀兩次觀測(cè)精度≤0.5mm。4.4墩臺(tái)位移觀測(cè)位移觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)同沉降觀測(cè)點(diǎn)相一致，充分利用布設(shè)好的沉降觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)儀器采用高精度的全站儀，測(cè)出該點(diǎn)坐標(biāo)，與前一次所測(cè)坐標(biāo)的差值，即為這一觀測(cè)期內(nèi)墩臺(tái)該點(diǎn)的位移值。4.5扭轉(zhuǎn)觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在墩臺(tái)左右兩邊（橫橋向），如圖3中A、B兩點(diǎn)所示。在A點(diǎn)處懸掛一帶細(xì)鋼絲的垂球，通過(guò)下邊固定的不銹鋼水平刻度尺（精度為0.1mm）讀數(shù)，當(dāng)墩臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，垂線偏離初始讀數(shù)，即可從刻度尺B上讀出由于轉(zhuǎn)動(dòng)引起的位移Δ，其轉(zhuǎn)角a=arctanΔ/L式中：L為A、B間距離（mm）。另外，也可由設(shè)在墩臺(tái)上的位移觀測(cè)值的相對(duì)差值推算出，作為校核，即：α=arctan（s1-s2）/L式中：s1、s2——同一墩臺(tái)上兩點(diǎn)測(cè)的位移量（mm）Ｌ——觀測(cè)點(diǎn)間距離（mm）４.6結(jié)構(gòu)物裂縫觀測(cè)當(dāng)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移或沉降時(shí)，一般都會(huì)出現(xiàn)裂縫，觀測(cè)方法如下：4.6.1在裂縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)劃上與裂縫走向垂直的標(biāo)記線，并將裂縫登記編號(hào)，記下裂縫的部位、走向、分布狀況。4.6.2用DM型讀數(shù)顯微鏡觀測(cè)裂縫的寬度，用鋼尺可以量出裂縫的長(zhǎng)度；用NM-3B型混凝土超聲波探測(cè)儀測(cè)定裂縫的深度。每次觀測(cè)值與前次的差值，即為裂縫的發(fā)展變化趨勢(shì)。4.6.3測(cè)出裂縫區(qū)域混凝土保護(hù)層厚度、碳化深度，分析判斷鋼筋的銹蝕情況。4.6.4根據(jù)裂縫的變化趨勢(shì)，分析出現(xiàn)裂縫的原因。為驗(yàn)算結(jié)構(gòu)是否安全，以及加固設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。5檢查及觀測(cè)的頻率在臺(tái)后路堤填筑和橋臺(tái)臺(tái)背回填過(guò)程中，每填筑一層，觀測(cè)一次；橋梁墩臺(tái)施工過(guò)程中，每天觀測(cè)一次；橋梁建成通車后三個(gè)月中，每星期觀測(cè)一次。連續(xù)三個(gè)月觀測(cè)穩(wěn)定為止。若出現(xiàn)異常時(shí)，增加觀測(cè)和檢查頻率。6