同沿高速公路同心至固原段路基沉降监测技术方案

[摘要] 同沿高速公路同心至固原段经过宁夏南部山区湿陷性黄土、盐渍土、膨胀土地区,由于路基地基的下沉和路基的压缩沉降,致使大部分地段路基出现了不同程度的沉降,使桥梁、通道等构造物与路基衔接处,出现了不均匀沉降,使构造物与路基衔接处出现了横向裂缝,导致车辆在行驶过程中存在不同程度的桥头跳车现象,造成了很大的交通事故隐患。为了整治这种隐患,对同心至固原高速公路的路基、大型桥梁等构造物实施定期的沉降监测。这样可以取得科学的、量化的路基沉降数据,可以分析路基在湿陷性黄土地区沉降变化的规律,并且能直观地判断路基沉降的周期。这样还可以为以后该段路基沉降治理措施提供重要依据,也为铺筑剩余面层的建设方案提供有力依据,同时也为宁夏湿陷性黄土地区高速公路的建设提供科学的经验。

[关键词] 湿陷性黄土沉降监测

一、概述

同沿高速公路同心至固原段是西部大通道银川至武汉公路的重要组成部分,也是宁夏回族自治区“X”型高速公路主骨架公路网的重要组成部分,随着该段高速公路即将建成通车,对宁夏和整个西北地区的经济发展,将具有十分重要的意义。

桃山口至同心高速公路是本项目的前一段,其所在的工程地质状况和气候条件与同心至固原段所处情况基本相同,该段通车两年半以来,由于路基地基的下沉和路基的压缩沉降,致使大部分地段路基出现了不同程度的沉降,使桥梁、通道等构造物与路基衔接处,均出现了路基沉降现象。由于两者的不均匀沉降,使构造物与路基衔接处出现了横向裂缝,裂缝最宽处达3-4cm,甚至个别裂缝间还产生错台、局部路面还有纵向裂缝现象。导致车辆在行驶过程中存在不同程度的桥头跳车现象,造成了很大的交通事故隐患。

2005年初,同沿高速公路指挥部为了整治桃山口至同心高速公路路基沉降所带来的隐患,已委托宁夏公路勘察设计院有限责任公司对该段路基及构造物两侧进行了沉降监测,至今路基沉降监测工作已进行了四次,路基沉降量一般在-15 cm左右,最大处达到了-36.5cm,最小也在-5 cm。同沿高速公路指挥部根据监测结果和设计单位提出的治理方案,对桃山口至同心高速公路构造物两侧的路面进行了整治处理,改善了路况,保障了交通安全。

鉴于此,宁夏公路勘察设计院有限责任公司建议同沿高速公路指挥部应继续对同心至固原高速公路的路基、大型桥梁等构造物实施定期的沉降监测。这样可以取得科学的、量化的路基沉降数据,可以分析路基在湿陷性黄土地区沉降变化的规律,并且能直观地判断路基沉降的周期。这样还可以为以后该段路基沉降治理措施提供重要依据,也为铺筑剩余面层的建设方案提供有力依据,同时也为宁夏湿陷性黄土地区高速公路的建设提供科学的经验。

二、沉降监测采用的技术与方法

1.沉降监测的目的

通过定期的沉降观测,我们可以得到高速公路路基和大型桥梁在不同时期的沉降数据,然后通过对数据的分析,我们可以了解宁夏湿陷性黄土地区高速公路路基压缩沉降和地基沉降的规律,从而说明路基沉降和大型桥梁沉降之间的关系,了解工程在建设过程中和运营后这段时间内实际升降的程度,并判断公路路基是否稳定,行车是否安全及其变形趋势。为以后避免和治理高速公路在宁夏湿陷性黄土地区路基沉降现象提供有力依据。

2.采用的技术标准和沉降测量技术等级

目前,建筑物沉降监测所采用的主要技术标准是中华人民共和国行业标准《建筑物变形测量规程》(JGJ/T8-97),《工程测量规范》(GB50026-93)。

此次路基沉降测量根据项目实际情况,采用中等精度要求进行,即采用二级变形测量技术等级。

3.沉降监测基准点的选取

本项目路基沉降监测采用原同心至固原高速公路坐标系统、85国家高程基准,为路基沉降监测的基准网。由于该控制网自施测距今已有三年,故在实施首次监测之前须对该控制网进行复测,平面基准点的精度不低于一级导线的精度,高程基准点的精度不低于四等水准的精度。具体精度指标详见《工程测量规范》(GB50026-93)。

4.沉降监测点的布设

由于同心至固原高速公路以中央分隔带边缘为设计高来控制,所以路基监测点每隔25m布设在中央分隔带缘石边缘。每个监测点用红油漆做标记,并标明该点的里程桩号。路基沉降监测点的设置方法使用全球卫星系统(GPS)实时动态定位(RTK)技术进行,采用同心至固原高速公路控制网,放样前通过点较正对所采用的控制点的可靠性进行分析判断,并保证参加点较正的控制点不少于4个,平面残差小于2cm,放样段落均处在点校正范围之内,从而保证监测点的放样精度。另外,本次监测拟对大型桥梁墩台的沉降也实施监测。所以桥梁上沉降监测点准备布设应在能够反映桥梁沉降明显的墩台上且容易监测的部位,还要稳固,明显,不影响桥梁的美观和使用。

5.沉降监测点的测量

利用已复测的高程控制点为基准点,对设置在中央分隔带缘石边缘上和桥梁墩台上的监测点进行高程测量。高程测量采用几何水准测量方法,使用目前世界上最先进,精度最高的美国Trimble DiNI 12 电子水准仪(标称精度为±0.3mm/km)和配套的折叠条码尺,按中丝读数法观测。监测点照准一次,读数三次,三次读数较差≤±0.5mm;监测点和转点最大视距≤100m,转点视距差≤3m,每站前后累积视距差≤6m;视线离地面高度≥0.2m。仪器迁站时、转点不应设置在构造物上方。观测时认真细致,重型车辆通过时不读数,以避免震动引起测量误差。每隔3-5Km为一段附合水准路线,并进行闭合差检验,对闭合差超限的段落应进行返工,确保证观测成果的可靠性。

为提高测量精度、减少人为误差,每次沉降观测时,应采用相同的路线和观测方法,并且在基本相同的环境和条件下,固定观测人员和使用同一仪器、设备。

另外,观测人员还应调查道路、桥梁等构造物表面特征,供数据处理时分析使用。

三、沉降监测数据的处理与分析

每天的野外观测数据都在当天经电子水准仪传输到计算机里,利用恒华水准计算系统进行处理。对外业采集的全部数据进行质量检核,通过预处理后再平差并将结果导出作为本次沉降观测成果。

同心至固原高速公路是在路面铺筑下面层后投入试运营,布设在中央分隔带缘石边缘的路基监测点的设计高程与竣工后的结果有差异,所以将初次测量的监测点高程作为初始值,以后每次观测成果与前一次的观测成果组成相关文件,由恒华沉降数据管理与分析系统进行分析与对比后,自动完成计算各监测点的本次沉降量、累计沉降量,对个别沉降量有凸变的监测点按相关性进行分析判断,必要时进行野外测量验证,确认无误后将分析结果生成沉降观测记录表。

四、沉降监测报告的编制

由于沉降观测数据量很大、为了更准确详细的反映观测成果、方便查阅,沉降观测记录表按项目合同段划分成册,全线统一编制沉降监测报告,报告针对每次沉降的重点段落进行对比分析,做出结论。对大型桥梁等构造物的沉降监测,应单独进行归纳分析,绘制沉降曲线,并结合路面特征对构造物进行外部特征描述。

五、监测周期和频率

同心至固原高速公路全长117.5公里,路线经过宁夏南部山区湿陷性黄土、盐渍土、膨胀土地区,且沿线有崩塌和陷穴等不良地质现象。针对这些不良工程地质现象,在设计和施工中、均已采取了相应的方案和措施。为了清楚掌握与了解路基在这些不良工程地质路段中沉降的周期和规率,结合当地的气候气象条件及桃山口至同心高速公路近一年来路基沉降监测的结果,拟对同心至固原高速公路路基及大型构造物的监测周期和频率制定以下方案:

1.自2005年12月起、至以后为期两年内、按一年中四季的变化、每隔三月一次,对同心至固原高速公路全段路基及部分大型构造物进行沉降监测,直到路基达到铺筑上面层的要求为止。

2.在此预期内,如全段路基及监测的大型构造物已经稳定,则停止监测工作;如其中部分路段和构造物已经稳定、但还有部分路段和构造物继续发生沉降,则只对这部分路段和构造物进行沉降监测。

3.根据路基及大型构造物在不同地质条下的实际情况、对于在上述监测周期内路基及大型构造物沉降速率异常的、应加密监测频率,及时进行科学分析。

六、其它

同心至固原高速公路此次路基及大型构造物沉降监测工作将用数据及图表、真实地反映路基及大型构造物在湿陷性黄土、盐渍土、膨胀土地区等不良工程地质沉降变化的规律,它与“土力学”、“材料力学”相一致;但有些现象还难以解释,届时恳请各位领导、专家赐教指正!

参考文献:

[1] 洪毓康主编. 土质学与土力学,北京:人民交通出版社,1979

[2] 李斌主编. 公路工程地质],北京:人民交通出版社,1980.

[3] 中华人民共和国行业标准,建筑变形测量规程(JGJ/T8-97),北京:中国建筑工业出版社,1998.

[4] 中华人民共和国行业标准,工程测量规范(GB 5002-93)[S],北京:中国计划出版社,1993

[5] 中华人民共和国行业标准,公路勘测规范(JTG C10-2007)[S],北京:人民交通出版社,2007

作者简介:

杨克明(1966-),男,大学学历,工程师/宁夏公路勘察设计院有限责任公司。