第15章软土地基沉降与稳定监测

第15章软土地基沉降与稳定监测主要内容•概述•高速公路软基监测•堤防工程软基监测•堤防工程施工监测实例15.1概述监测目的（1）保证地基及建筑物的施工安全；（2）预测和控制沉降，帮助施工单位调节填土速率；（3）验证各种设计参数和设计沉降量。15.2高速公路软基监测监测内容和方法•监测内容主要取决于工程的设计要求、地质条件、规模大小以及主管单位的要求等，既要满足工程建设需要，又要经济合理。•地面位移、沉降监测是高速公路软基监测的主要内容。•地下位移、沉降、应力和水位等监测内容，应根据工程需要，本着少而精的原则有选择地开展，一般选择重点部位作为试验段进行监测试验。表15.1高速公路软基监测内容和方法序号监测内容监测方法监测仪器和设备1沉降地面沉降水准法、测距三角高程法等水准仪、全站仪、沉降板等地基深层沉降水准法深层沉降标、水准仪等地基分层沉降沉降仪量测法沉降仪、分层沉降标等2水平位移地面水平位移极坐标法、前方交会法等全站仪等地下深层位移测斜法测斜仪、测斜管等3应力地基孔隙水压力水压力计量测法孔隙水压力计等地基土压力土压力计量测法土压力计等地基承载力现场试验法载荷试验仪等4其它地下水位水位自记仪法地下水位自记仪等出水量水量计量测法单孔出水量计等表15.2高度公路地面沉降和位移速率控制指标规范或路段沉降速率（mm/d）位移速率（mm/d）部颁路基施工技术规范≯10≯5京津塘高速公路105苏嘉杭高速公路≤10≤5深汕高速公路试验段13~155~6泉厦高速公路102佛开高速公路105监测点的选埋•高速公路软基监测分断面展开，对于断面的位置，工程设计书一般只提出原则要求，实际操作时要顾及多方面的因素，如不同地段的地形情况、地基的地质类型和处理方式、填筑高度以及附属建筑物等。•在确定断面的位置时，首先应收集有关资料，熟悉有关图纸，并到施工现场进行认真的踏勘，实地了解线路上的各方面情况。•对桥头、涵洞等重要部位应适当增加监测断面，对填挖方交界的填方端、湖塘地段也要适当增加监测断面。•还须考虑经济上的因素，在布设合理的前提下讲究工作效率和经济效益。•采用常规大地测量方法进行地面变形监测，需埋设一定量的基准点和工作基点。•地面水平位移监测一般采用钢筋混凝土预制桩作为标志，也可以采用地面沉降监测的沉降板标志。•地面沉降监测通常采用沉降板作为监测标志。•地下水平位移通过在土体内埋设测斜管，采用测斜仪进行监测。•地基深层沉降是通过在土体内埋设深层沉降标，采用水准仪测量沉降标标杆顶端高程的变化。•地基分层沉降通过在土体内埋设分层沉降标进行监测。•孔隙水压力计一般埋设于路中心，与位移、沉降监测点位于同一个断面上，一般每种土层均应有孔隙水压力监测点。图15-1监测点平面布置示意图图15-2监测点立面布置示意图监测周期的确定•对于软土地区公路施工阶段地面变形监测，通常按加载阶段和变形是否稳定确定监测周期。•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，每填筑1层或7天左右监测1次；第二阶段，预压初期每7～10天监测1次，以后可每月监测1～2次；第三阶段，路面每填筑1层监测1次，若2层施工间隔超过15天，应增加1次。•当有特殊要求或发现有异常情况时，应适当缩短监测周期。数据处理与分析•每一周期监测完成后，应尽快进行有关数据处理，向有关单位提交监测成果报表。•提交监测成果报表时，应对监测结果的有关情况作出说明，如沉降速率是否超过预警值、沉降点的破坏和恢复情况等。•还应对沉降监测进行分析，分析时首先根据统计数据说明沉降是否满足有关规范和公路不同施工阶段的要求，为便于分析和充分描述沉降变化规律。•整个工程监测结束后，应提交技术总结报告，变形分析时应将监测资料与有关曲线有机地结合起来。表15.3××至××高速公路××标段第××期沉降监测成果监测桩号沉降标埋设部位地基处理方法上期监测时间本期监测时间时段天数（d）累积填土标高（m）时段沉降（mm）累积沉降（mm）沉降速率(mm/d)LK5+680左水塘路段土工格栅+预压LK5+680中水塘路段土工格栅+预压LK5+680右水塘路段土工格栅+预压图15-3桩号K17+238时间-填土高度-沉降量过程线高等级公路沉降分析系统•高等级公路沉降分析系统ExpressWayEW3.0，是总结现有高等级公路沉降分析的理论知识和实践经验，应用现代计算机数据处理技术，系统化、规范化地进行路基沉降分析的软件工具。•在高等级公路的路堤施工中，必须要进行稳定和沉降的动态观测。根据测定的沉降数据，调整填土速率，指导施工进程；预测沉降趋势，控制填方及工后沉降；确保路堤的施工安全和稳定。•应用ExpressWayEW3.0，可以动态管理高等级公路在施工、运营中的沉降变形数据，自动生成多种沉降观测成果表，绘制复杂的曲线图、过程线，动态查询各种沉降变形数据，实时反映路基沉降变形历程，特别是系统的沉降过程回归分析及预测功能，为路基沉降过程的稳定性分析提供了科学依据。主要功能•沉降过程分析；•沉降监测过程分析；•断面平均沉降过程分析；•断面不均匀沉降分析；•绘制断面沉降过程组合线；•绘制沉降速率线；•绘制断面平均沉降速率线；•绘制断面沉降速率组合线；•绘制断面区域等沉降曲线图；•绘制断面区域等沉降速率曲线图；•绘制断面区域等固结度（完成沉降）曲线图；•绘制断面沉降盆图；•绘制断面分布图/沉降点位略图；•各种沉降极值查询；•定制、自动生成沉降数据统计报表；•自动沉降极限报警；15.3堤防工程软基监测监测内容和方法•堤防工程软基监测与高速公路软基监测的基本内容和方法有很多相似之处，地面沉降和水平位移监测仍然是堤防工程软基监测的主要内容。•地面沉降监测仍以水准测量方法为主，辅以精密测距三角高程和连通管方法。•地面水平位移监测方法要视具体情况而定，特别是测区的通视情况，可采用极坐标法、前方交会法、视准线法等，对于土石坝，还可以采用倒垂线法或引张线法。•监测内容还包括表面裂缝、地下分层沉降、地下深层和分层位移、应力应变、渗流、水文气象等监测内容，一般根据工程需要，选择重点部位进行监测试验。监测点的选埋•监测点可以按横断面或纵断面选埋。•对于长度较长的防洪大堤，一般按横断面选埋.•对于土石坝，当采用视准线法进行监测时，一般按纵断面选埋，即沿着或平行于坝轴线选埋。•采用常规大地测量方法进行地面变形监测时，需沿着大堤走向埋设一定量的基准点和工作基点。•地面沉降监测采用沉降板作为监测标志。•地面水平位移监测可以采用钢筋混凝土预制桩作为标志，也可以采用沉降板作为标志。•地基深层位移、地基分层沉降等其它监测项目，一般在工程试验段和试验断面上才进行监测，监测点布设位置通常由设计人员提出。监测周期的确定•对于防洪大堤施工阶段地面变形监测，通常按加载阶段和变形是否趋于稳定确定监测周期。•第一阶段，从基础施工开始到满荷载为止，这一阶段是变化最快阶段，一般断面每7天左右监测1次，试验断面可3～4天监测1次；•第二阶段，从满荷载到变形逐渐变小，这一阶段应逐渐减少监测频次，可1个月监测1次；•当变形趋向稳定时，可半年监测1次，直到停止监测。表15.4土石坝安全监测频次观测项目施工期初蓄期运行期表面变形6～3次/月10～4次/月6～2次/年内部变形10～4次/月30～10次/月12～4次/年裂缝及接缝10～4次/月30～10次/月12～4次/年岸坡位移6～3次/月10～4次/月12～4次/年混凝土面板变形6～3次/月10～4次/月12～4次/年数据处理与分析•每一次监测完成后，应尽快进行有关数据处理，向有关单位提交监测成果报表。•提交监测成果报表时，应对监测结果的有关情况作出说明，如变形速率是否超过预警值、监测点的破坏和恢复情况等。•还应对变形进行分析，根据统计数据说明变形是否满足有关规范和设计的要求，为便于分析和充分描述变形规律，可绘制变形量—填土高度—时间的关系曲线，描述变形与时间及荷载的关系。•在获得一定数量的监测资料后，可以采用合理的方法进行变形预报，给施工调节提供技术支持。表15.5××堤防工程××标段第××期沉降监测成果监测断面沉降部位上期监测时间本期监测时间时段天数（d）累积填土标高（m）时段沉降（mm）累积沉降（mm）沉降速率（mm/d）I轴线堤脚河口15.4堤防工程施工监测实例工程概述•淮河入海水道是国家重点防洪工程，防洪大堤西起洪泽湖东侧二河闸，沿苏北灌溉总渠北侧与总渠成二河三堤，东至扁担港注入黄海，全长163.5km。•工程的主要内容为泓道开挖、堤防填筑、滩面清障和青坎排水等。大堤分北堤和南堤，土质结构，北堤设计堤顶高程为9.65m，南堤设计堤顶高程为10.14m，堤顶宽为8m。•主堤两侧平台宽为30m，主堤和两侧平台的坡度为1:3。北堤北侧开挖一条调度河，北堤和南堤之间开挖两条河道分称北泓和南泓，以北隔堤和南隔堤分开，北泓和南泓底宽分别为50m和68m，设计河底高程为-2.0m。图15-4大堤平面与控制网布设略图监测点选埋与监测•北堤每个断面上布设7个监测点，分别布置在调度河河口、堤脚、压载平台、堤顶轴线和北泓河口等部位；•南堤每个断面上布设4个测点，分别布置在南泓河口、坡脚、平台和堤顶轴线等部位。•每个点均进行水平位移和沉降监测。•水平位移和沉降监测点采用两种标志，调度河河口1、取土坑边缘7、南泓河口8三个点埋设普通混凝土标石，其它部位采用非坑式埋设沉降板。图15-5大堤横断面与监测点布设略图监测方法•按照设计和施工的要求，施工速率试验断面每3～4天左右监测1次，其它断面每7天左右监测1次。•监测点的水平位移采用T2000+DI5以极坐标法观测。•监测点的沉降采用Ni007和铟钢标尺进行单程观测。技术报告•采用了三种形式，即日报表、阶段性技术报告、技术总结报告。•日报表中只对监测点的变形量、变形速率、填土高度、监测点的破坏和恢复等情况作出描述，指出变形速率是否超过允许值。•阶段性技术报告一般1～2个月提交一次，对这一阶段的监测资料和成果进行汇总，绘制变形量与时间、荷载等变形关系曲线，根据资料和曲线描述监测点变形趋势，必要时建立合理的数学模型进行变形预报，对施工提出有关建议。•当监测工作全部结束后提交技术总结报告，对整个监测阶段的资料、成果进行汇总和分析，对全部监测工作进行总结，提出有关结论和建议。-200.00.0200.0400.0600.0800.01000.01200.00100200300400500600时间沉降量图15-6时间-4号点沉降量过程线-200.00.0200.0400.0600.0800.01000.01200.00.01000.02000.03000.04000.05000.06000.07000.08000.09000.010000.0堤面高程沉降量图15-7堤面高程-4号点沉降量过程线北堤Ⅳ号断面点位—每10期累积沉降过程线-15050250450650850105012501450020406080100120140160距离（米）沉降量（mm)前十期累积沉降量前二十期累积沉降量前三十期累积沉降量前四十期累积沉降量前五十期累积沉降量前六十期累积沉降量前七十期累积沉降量六十七期累积沉降量67期70期1234567图15-8Ⅳ号断面整体沉降曲线