深软土地基桥变形监控观测方案

深软土地基桥变形监控观测方案摘要：根据沿海和珠江三角洲地区深软土地基上修建桥梁的失败教训，总结出深软土地基路段桥梁变形监控观测的原理、内容和方法，供设计、业主、监理和施工各方交流参考。关键词：软土地基桥梁变形监控观测方案1前言沿海和珠江三角洲地区分布着大量的深软土地基，该软土具有高压缩性、高含水量、低强度、沉降稳定时间长等特性。在软土地基上修建桥梁，除考虑沉降及普通荷载外，还有极为重要的因素，即软土地基失稳引起土体位移的偏压荷载，它使深层软弱土层产生塑性流变，推挤桥梁墩台，以致墩台变形开裂破坏，致使桥梁伸缩装置损坏失效，上部梁板顶紧台背，使梁板产生压曲。如已建成的广东国道206线K2327+176小桥、京珠高速公路广珠段宫华互通F匝道桥和广东沿海高速公路，部分桥梁在施工中已严重变形开裂破坏。其中国道206线K2327+176小桥在台背回填过程中，0#桥台向河中倾斜1.45米，相临墩台严重倾斜开裂，0#台后路基全宽塌陷长度12米，高3.2米（数据来源见参考文献4）。这一切主要归咎于软土地基的变形状况。按常规，软土路堤的施工一般都进行土体稳定监控，而桥梁施工变形监控未引起足够重视。桥台的变形破坏模式见图1示。因此，研究深软土地基桥梁施工变形监控已刻不容缓。现通过台山沿海高速公路施工实践总结出适合于深软基桥梁的变形监控方案，旨在引导、交流，使软基桥梁变形监控技术有所提高、完善，确保桥梁在施工和运营中的安全性和可靠性。2桥梁变形监控观测的原理2.1通过对图2所示A-A断面桥头路堤填筑及预压期的沉降、侧向水平位移、土压力、孔隙水压力监测，保证桥台路堤安全稳定，同时了解土体内部变位、应力分布和发展变化情况，分析土体固结程度、稳定状态，为桥台预压土方卸载和桩基础施工提供依据。2.2通过布设A、B监测断面，对桥台施工、台背回填及桥头超载土方预压过程进行侧向水平位移、沉降、土压力及孔隙水压力观测。一方面监控台后路堤土体固结程度和稳定状态，确保桥台施工安全；另一方面，根据台前B断面土体的累计水平位移量，推算台后土体（包括深层软土）对桥梁墩台的推挤力（含土压力），计算出墩台桩基、承台、墩台身、台帽的抗推刚度，与墩台设计允许抗推刚度比较，若实际抗推刚度小于设计允许值，说明墩台尚处于安全状态。否则应采取紧急措施，避免桥梁因抗推刚度集成影响，整体受到破坏。特别是斜交桥，更应引起足够重视，因斜交比正交的抗推刚度更大。2.3通过对桥梁墩台上布设的沉降、位移、扭转测点观测，计算分析变形对桥梁墩台和上部构造的受力影响。若累计沉降和位移超过设计规范限值，应立即采取措施分析处理，科学地指导桥梁施工。2.4结合墩台和桥头路堤的实测数据，建立墩台变形破坏荷载与施工中的位移、沉降、土压力、水压力、温度、土体的性质之间的函数模型和实测数据库（篇幅所限，模型和公式未列），从理论上研究探讨。3变形监测的内容3.1桥台桩位预压期间，台后路堤观测断面的沉降、侧向水平位移、土压力、空隙水压力的变化情况，以及台前纵向坡角处水平位移，图2示。3.2桥梁台背回填及施工过程中，台后土压力及深层软土向墩台处产生的水平位移推挤和土压力。3.3在各种条件下，墩台的沉降、位移和扭转观测。3.4桥梁在施工或受荷过程中，检查墩台结构表面是否出现裂缝，观测其长度、宽度和深度变化趋势。4监控观测的方法4.1桥位预压期间台后路堤监测断面A和桥头纵向坡角处断面B的观测。4.1.1据图2仪标布设图，埋设各种仪标。其中A、B断面的仪标应在软土地基处理之后埋设，并在观测到稳定的初始值后，方可进行路堤的填筑。4.1.2仪标的埋设和观测要求、方法A、地表位移边桩主要用于稳定管理，监测桥位附近地表水平位移及隆起情况，确保桥头路堤施工安全与稳定。该边桩宜采用钢筋混凝土预制桩，直径10～20cm，长度大于150cm，桩顶埋设测头。边桩埋置深度以140cm为宜，桩顶露出地面不超过10cm，并保证稳固。水平位移边桩的观测，对通视良好的平原区，采用视准线法，地形起伏较大或水网地区采用单三角前方交会法，观测仪器宜用全站仪。观测精度：测距±１mm，水平角±2.5"。B、地表沉降观测通过在桥头A-A断面埋设沉降板进行高程观测。主要用于桥头路段沉降管理。根据实测数据调整填土速率，预测沉降趋势，确定桥头预压卸载时间和墩台桩基的开工时间。沉降板由钢筋混凝土底板（或钢板）、金属测管和保护套管组成。钢筋混凝土底板平面尺寸为50cm×50cm，厚5cm，测杆直径4cm，保护套管为内径5cm的聚氯乙烯管，为保护测杆避免路基施工的破坏，在套管的外侧加一混凝土管，每次测杆顶面高出路基面不超过10cm。沉降板观测采用DS1型精密水准仪，以二等水准测量控制，观测精度：红、黑面尺读数较差≤0.5mm；红、黑面尺高差较差≤0.7mm；往返较差附合允许闭合差≤±0.6n。每填一层土，观测一次，当地面沉降速率每昼夜大于10mm时，立即停止填筑，并继续加强观测，直到沉降速率减小，均匀为止，方可填筑下一层。同时绘制沉降-荷载-时间曲线图，分析判断沉降稳定趋势。C、地基分层沉降观测主要用于桥台台后地基深层沉降监控，为桥台施工及台后回填提供决策依据。分层沉降标布设见图2中A-A断面，每断面埋设2个。分层沉降标采用特制的铁环套在测管的外侧。埋设时，用钻机钻孔至预定深度，先埋测管，测管底部须封死，再将分层沉降标逐个套在测管外侧，埋在预定土层中。为保证分层沉降标能牢固地嵌入土层中，在铁环外侧配置了3个弹性利爪，并在相邻铁环之间用膨润性粘土球填塞。土体分层沉降观测采用G-1型磁感应分层沉降仪，在套管中放入感应探头，测出各分层沉降标离管口的距离，测出管口高程，计算出各分层沉降标的高程。可分别测出土体沿深度方向不同层次的沉降量。各层的平均沉降速率按每昼夜不大于10mm控制，若超过此限应停止填筑，采取处理措施。D、桥台附近土体水平位移观测测斜管布置见图2示。用于观测桥台前纵向坡脚和台后路堤地基各层位土体侧向位移量，以判断土体沿路基纵向和横向滑动稳定性，指导土体填筑速率。控制标准：水平位移速率每昼夜小于5mm。桥台锥坡坡角一般都是沿河或沟渠，存在一定的临空面，因此纵向位移一般都大于路堤横向坡角位移。测斜管采用弯曲性能与软土的侧向位移相适应的聚氯乙烯管，管内有纵向的十字导槽。埋设时，先用钻机钻孔至无水平位移的土（岩）层中至少50cm，并保证测斜管有足够的锚固深度，然后将测斜管逐根放入孔中，管端接口保证密合，管内的十字导槽应对准路基的纵横方向。土体水平位移的观测采用伺服式加速度测斜仪，沿测斜管的十字导槽逐段测定其输出电压值，通过计算分析，确定土体的水平位移值，绘制水平位移与观测深度曲线，判断最大水平位移位置。E、土压力观测如图2示A-A断面，挖坑埋设土压力盒，坑槽底面应平整密实，土压力盒上下四周约20cm范围内用细砂填实，并逐个将外引电缆编好号码，引入观测箱中，用GXS-937型频率接收仪测定每个土压力盒的频率，然后计算出每个测点的土压力值，了解土体的应力分布情况。F、孔隙水压力观测孔隙水压力计埋设于图示2A-A断面路中心，埋设时用钻机钻孔至预定深度后，在孔内填入少量砂，将孔隙水压力计放至设计深度处，再用干燥的膨胀土球将孔封闭。为保证孔隙水压力计的成活率，每个钻孔最多埋设2个孔隙水压力计，然后用GXS-937型频率接收仪测定每个水压力计的频率，计算出孔隙水压力值，确定桥台处地基土的固结情况。4.2台背回填及台背预压过程中，台后土压力和深层软土对桥台的水平推移观测，主要观测侧斜管的水平位移，方法同前。4.3墩台的沉降观测在每个墩台的左右幅布设固定观测点。测点的布设应符合测量精度和规范要求。用DS1型精密水准仪两次观测精度≤0.5mm。4.4墩台位移观测位移观测点的布设同沉降观测点相一致，充分利用布设好的沉降观测点。观测仪器采用高精度的全站仪，测出该点坐标，与前一次所测坐标的差值，即为这一观测期内墩台该点的位移值。4.5扭转观测测点布设在墩台左右两边（横桥向），如图3中A、B两点所示。在A点处悬挂一带细钢丝的垂球，通过下边固定的不锈钢水平刻度尺（精度为0.1mm）读数，当墩台发生转动时，垂线偏离初始读数，即可从刻度尺B上读出由于转动引起的位移Δ，其转角a=arctanΔ/L式中：L为A、B间距离（mm）。另外，也可由设在墩台上的位移观测值的相对差值推算出，作为校核，即：α=arctan（s1-s2）/L式中：s1、s2——同一墩台上两点测的位移量（mm）Ｌ——观测点间距离（mm）４.6结构物裂缝观测当墩台结构发生位移或沉降时，一般都会出现裂缝，观测方法如下：4.6.1在裂缝的起点和终点划上与裂缝走向垂直的标记线，并将裂缝登记编号，记下裂缝的部位、走向、分布状况。4.6.2用DM型读数显微镜观测裂缝的宽度，用钢尺可以量出裂缝的长度；用NM-3B型混凝土超声波探测仪测定裂缝的深度。每次观测值与前次的差值，即为裂缝的发展变化趋势。4.6.3测出裂缝区域混凝土保护层厚度、碳化深度，分析判断钢筋的锈蚀情况。4.6.4根据裂缝的变化趋势，分析出现裂缝的原因。为验算结构是否安全，以及加固设计、养护提供依据。5检查及观测的频率在台后路堤填筑和桥台台背回填过程中，每填筑一层，观测一次；桥梁墩台施工过程中，每天观测一次；桥梁建成通车后三个月中，每星期观测一次。连续三个月观测稳定为止。若出现异常时，增加观测和检查频率。6