大丽高速5标路基沉降及稳定观测方案

1、大丽高速公路五合同段(K23+793K27+900)软基沉降观测方案1 目的和意义复杂多变的地形、地貌、地质条件是高速公路路基施工面临的共同课题，对这些问题处理得成功与否直接影响到公路的整体质量。然而，软土地基、高填方路堤、陡坡路堤、填切交界频繁和不良土质等不利因素更是路基修筑的“拦路虎”。大丽高速是国家高速公路网横12杭州至瑞丽的大理到丽江的联络线，是大香格里拉旅游生态圈主要通道之一，同时对巩固国防具有重要的战略意义。路线起于大理凤仪，终于丽江。由于大地构造背景，使得沿线地层岩性、地质构造十分复杂，褶皱多变，断层发育。基岩主要有白垩系的砾岩和砂岩，路堑边坡岩土层易被水流冲刷，在地下水及地表面

2、流外界因素的作用下，其稳定性降低，产生局部小滑塌的可能性较大。以上这些不利因素给大丽高速公路路基修筑带来了很大的难度。为了优质高效的建好大丽高速公路，就必须密切关注路堤填筑过程中或以后的地基变形动态，尤其是软基的变形动态，也就必须进行路基沉降和稳定（水平位移）的动态观测，及时为指导施工提供可靠的数据，以期达到如下目的： (1) 以观测结果指导现场施工，正确控制路堤施工填筑速率，合理确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间，并提供施工期间的沉降土方计量依据，进行信息化施工； (2) 根据监测结果及时发现危险的先兆，分析原因，判断工程的安全性，采取必要的工程措施，防止发生工程破坏事故和环境事故，确保

3、路堤施工中的安全和稳定，控制和保证高速公路工程质量； (3) 通过观测，评价工程的技术状况，预测沉降量，验证设计参数和设计理论的正确性，使工后沉降控制在设计的允许范围内； (4) 通过观测，检验地基工程处理效果和施工方案的正确性。2 沉降与稳定观测的依据 (1) 交通部公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ 017-96）(2) 大丽高速公路的两阶段图施工设计及有关技术文件3 沉降与稳定观测点的布设3.1布置原则变形观测点应设置在需要观测的位置处，它直接反映出测点处变形情况，因此，测点的设置位置不仅要根据设计要求，同时还应针对施工掌握的地质、地形情况调整或增设。沉降和稳定等观测点最好设在同

4、一断面上，这样有利于测点看护，便于集中观测，统一观测频率，更重要的是便于各观测项目数据的综合分析。图1 软基沉降观测管及位移边桩埋设示意图沉降观测管采用内径40mm壁厚4mm的镀锌钢管，埋设于路基中心线上。 位移边桩采用钢筋砼结构，在路基中心线的法线上一个标准断面左、右两侧各埋设3跟边桩，即第一个点在挡土墙外边侧，第二个点为排水沟外沟帮外边侧外1米，第三个点为距离第二个点10米远的位置。沉降观测管及位移边桩具体埋设里程桩号及数量表1所示。表1：监测工程数量表序号桩号位置位移边桩根数沉降观测管根数长度（m）1K26+840左、右侧615.192K27+000右侧318.533K27+140左、右

5、侧616.474K27+540右侧314.985K27+700左、右侧617.106K27+840左、右侧617.093.2 沉降与稳定观测点的布设步骤布设前应该考虑地质、地基处理及路堤设计方式、荷载、结构物特征、施工作业方式和经济等因素。根据不同要求，观测点的布设分为沉降观测板、水平位移观测边桩。目的是能够准确而完整地反映出软土地基路堤沉降和路堤自身压缩变形沉降的规律性。3.3 沉降与稳定观测点的布设沉降观测点的布设沉降观测采用外直径48mm镀锌钢管，外加内径80mm的镀锌钢管护套管。沉降板埋设方法：首先，在埋设点地面挖500*500*200mm左右的土坑，坑内用厚3050mm的砂压实；然后

6、，将沉降板平放在坑内，四周用黄砂填实，并用水准校正水平，再用回填土整平压实；最后，填料时，应先在沉降板周围填料压实，以保护沉降板，护套管埋设于离底板30cm处。3.3.2 稳定性观测点的布设位移边桩为钢筋砼结构，埋深1.5m，露出地面5cm。埋入采用开挖埋设，桩周围回填压实，桩周上部50cm用C20砼浇注固定，确保边桩埋置稳固，最后在桩顶中心制作圆10的钢筋测头。4 沉降与稳定观测控制指标高速公路软土地基沉降量的变化相当复杂，它与设计总沉降量的大小、观测频率、地质条件(软基厚度)、地基处理方式、填土速率、填土高度、沉降控制方法以及沉降趋于稳定状态等因素有关。在路堤堆筑期，填土速率控制在日沉降速

7、率不大于1015mm/d、位移速率不大于5mm/d;在预压期，连续2个月实测沉降速率小于5mm/月为路基稳定；在底基层、基层和油面层施工时，连续2个月实测沉降速率小于3mm/月为路面层稳定。5 沉降与稳定观测周期由于观测对象及其各种条件不同，关于观测周期的确定，目前还不能得出确切的计算公式，一般根据现有的规范和经验而定。对于公路施工阶段的沉降观测，通常按加载阶段和变形是否稳定确定观测周期。公路施工一般分为填筑期、预压期和路面施工期三个阶段。第一阶段，荷载逐渐加大，沉降速度较快，正常情况下每填筑1层或7天左右观测一次；第二阶段，预压初期每710天观测一次，以后可每月观测12次；第三阶段，路面每填

8、筑一层观测一次，若两层施工间隔超过15天，应增加一次观测。但既定周期并不是一成不变的，当有特殊要求或发现有异常情况时，适当缩短观测周期。6 沉降与稳定观测方法沉降观测以及稳定性观测方法采用光电测距仪及精密水准仪测量。7 沉降资料整理分析7.1 沉降资料整理内容所有观测数据及时记录表内，随时计算、校核、汇总、绘制沉降过程曲线图并整理分析，发现问题及时复查或复测并处理。当沉降和水平位移速率骤增时，应即时进行动态跟踪观测及时分析原因，确保工程安全。资料整理包括：(1) 荷载一时间一沉降过程线； (2) 荷载一时间一地表水平位移过程线；(3) 利用实测的各种关系曲线推测t时段内沉降和最终沉降S，或反算

9、地基的固结系数Cv、CH，以及判断路基稳定性。7.2 沉降资料预测方法采用科学的预测方法处理实测资料，有助于准确地预测沉降，从而使后期施工组织安排达到最优化，具有一定的经济效益。根据实测资料来推测最终沉降量，目前归纳起来，主要有四类方法:曲线拟合法、灰色系统法、BP神经网络法和遗传算法。（1）曲线拟合法该方法属于经验方法，即采用与沉降预测曲线相似的曲线进行拟合，然后外延求出后期沉降量。常用的方法有:对数曲线法、双曲线法等。（2）灰色系统法灰色系统法预测的基本思路是:把随时间变化的一随机正的数据列，通过适当的方式累加，使之变成非负递增的数据列，用适当的方式逼近，以此曲线作为预测模型，对系统进行预

10、测。一般意义的灰色模型为GM(n，h)，表示对h个变量建立n阶微分方程。做预测用的模型一般为GM(n，1)，在沉降预测中实际应用最多的是GM(1，1)模型。（3）人工神经网络法地基沉降受多种因素的影响和制约，其变化的自然规律很难用一个显式的数学公式予以表示。而人工神经网络是这一领域的一个突破，该方法视传统函数的自变量和因变量为输入和输出，将传统的函数关系转化为高维的非线性映射，而不是显式的数学表达式。该方法在处理非线性问题上，具有独特的优越性。在针对软土地基沉降预测时，就是利用实测资料对复杂的非线性的土工结构进行直接建模。具体做法是:先应用ANN建立沉降影响因素参数(如处理方式、软土层厚度、地

11、基硬壳层厚度、软土的压缩模量、硬壳层的压缩模量、路堤宽高比、施工期和竣工时沉降量)与沉降之间的非线性关系，再将待测点的实测沉降影响因素参数输入到已训练好的网络中，即可得到预测的沉降量。（4）遗传算法软土地基沉降非线性模型的参数识别实质上是一个优化问题，而建立在种群遗传和自然选择的基础上，模拟了自然界“物竞天择，适者生存”的遗传算法是处理复杂优化问题的理想方法。遗传算法是一种具有高度并行、随机、自适应搜索的新计算方法。它同常规的优化方法相比(如梯度下降法)相比，遗传算法不直接和模型参数打交道，而是处理代表参数的编码；遗传算法在整个操作过程中，同时控制着一个解群，而不是局限于一个点，这就大大提高了

12、搜索效率，并避免陷入局部极值；求解时，不计算目标函数的微分，故对目标函数和约束条件没有苛刻要求，这在处理高度非线性问题方面与传统方法比较，具有明显的优势。为了得到较为准确的后期沉降量推算结果，必须对路基的沉降进行准确的观测，应该在路堤开始填筑时就进行观测，同时应尽可能地进行长期观测，在数据处理时应选择有实际意义的数据。而且在实际的沉降预测中，并不单纯地依赖某一种方法， 了解每一种计算方法的原理、优缺点和计算结果的精度，在实际的运用过程中灵活地选择。以上预测计算均由软件程序实现。8 项目的组织8.1 项目主要参加人员为了全面正确地贯彻本沉降与稳定观测方案，需要一个管理科学、运行有效、技术过硬的项

13、目组织做保证。因此，一方面为该项目配备了一批具有丰富的相应技术知识和工程经验、责任性强的专业人员，并根据项目的具体需要，同时结合个人的知识、能力和经验特点实行定岗定责任，分工明确，注重发挥每个技术人员的特长将其放在最恰当的岗位上；另一方面，制定一整套完善的观测项目管理制度，以规范项目实施的每一个环节，确保测试的技术方法正确实现，观测人员操作合符规程，仪器设备运转正常可靠，观测的数据结果全面、真实、准确，处理和分析观测数据迅速科学，提供的报告及时、全面、正确。表2： 项目部沉降观测及位移观测人员配备情况人员分工岗位职务纪海涛主管总工朱光测量测量主管李若测量测量员张兵测量测量员周旺仁数据整理施工员

14、罗宏现场协调陈忠埋设沉降板、位移边桩等8.2 拟投入的仪器设备和计算软件根据以往在沉降与稳定观测中的经验，本着测试精度高、性能稳定、操作简便而且经济实惠的原则，本项目拟选择以下主要仪器设备和软件，见下表3：表3 ： 拟投入的主要仪器设备一览表序号仪器设备名称类型及型号数 量备 注1沉降观测管1.5寸镀锌沉降管62位移边桩钢筋砼位移边桩303水准仪苏光DS2（配套测微器）14全站仪SOKKIA set 2x18.3 有关部门的协调配合沉降观测的路线长，点多面广，历时长，现场施工环境复杂，所有观测元件的保护是个大问题，而且元件的完好程度，直接关系到观测工作的成败；另一方面，埋设元件需要根据施工进度分批次