高速铁路路基沉降变形观测评估技术研究

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　　[摘要]路基沉降观测一般采用埋设沉降板或沉降桩的方法,但是由于这种方法不精确,测量结果误差大。横剖面管沉降观测仪具有埋设方便、读数精确、测试方便的特点，具有推广价值。结合石武铁路客运专线无碴轨道路基沉降变观测评估实例，介绍高速铁路工程采用数字式横剖面沉降测量仪进行沉降观测新方法，在施工中进行沉降变形动态监测，根据变形监测数据，采取合理的预测方法，预测可能发生的工后沉降，根据预测结果指导预压时间及确定无碴轨道结构施工和铺轨时间。
　　[关键词]路基，沉降变形，观测技术，沉降评估
　　前言
　　高速铁路客运专线路基工后沉降控制标准极为严格，要求工后沉降一般不应超过15mm。因此石武铁路采用新型横剖面沉降观测，以满足高标准路基沉降观测及分析评估需要。它和常用的沉降板观测方法相比，横剖面管观测具有以下优点：
　　⑴系统观测精度高，数字式横剖面沉降测量仪测点读数精度达0.1mm。
　　⑵各测点变化量直观，数据便于处理。横剖面管观测每米或每两米为一个观测点，每个观测点均可以通过观测成果单独分析，利用观测仪器配套的数据采集软件得出的变化曲线直观且可参考数据较多，计算各测点沉降时可相互参照。
　　⑶不影响地面以上的施工：由于横剖面管是埋设于路基底部，路基填筑施工和沉降观测互不干扰，便于观测。
　　⑷不破坏上部结构的完整：沉降板观测法最大的缺点就是测管附近的路基不能压实，导致路基压实度不均匀，容易出现薄弱环节。而横剖面管观测法因测量装置埋设于路基底部，具有不影响地表以上的施工,不破坏上部结结构物完整的优点。
　　1 工程概况
　　1.1工程概况
　　石武铁路客运专线是北京－广州－深圳－香港客运专线的重要组成部分，设计时速为350Km/h，无碴轨道。所辖SZ-1标段下DK318+627.24～DK328+627.25段，全长9.792Km。在高速铁路客运专线中，为了控制工后沉降，大多数情况下多采用桥梁方式，然而同等情况下，桥梁的成本要比路基高很多，由于本区段地质情况较好，因此设计上为了节约成本，采用了路基方式通过。但如此连续的长大路基对于施工和沉降观测工作带来了很大的挑战。
　　1.2路基设计情况和沉降观测内容
　　⑴设计采取的工程措施为：全段路基按软土路堤设计，基底采用CFG桩进行软基处理，CFG桩用C20混凝土灌注,桩径500mm，桩长15～27.00m,纵向间距1.5m，横向间距1.4～1.5m。
　　⑵设计要求在路基填筑过程中，进行路基沉降观测，控制填筑速率。沉降观测断面和设备设置为：
　　①路基顺线路方向每50m设置观测断面1处；
　　②每个路桥过渡段设置2个观测断面；
　　③每个路基与横向结构物中部设置1个观测断面；
　　④路堤高度H≥1.0m时，观测断面设置剖面沉降管、观测桩及沉降板。路堤高度H＜1.0m时，可不设置剖面沉降管。
　　⑤在路基堆载预压的同时设置竖向沉降板，卸载时随预压土一起撤除，沉降板撤除后在路肩位置设置测纤继续进行观测，观测路基本体和基床沉降量；用PCC型数字式横剖面沉降测量仪观测CFG桩复合地基沉降量。各观测断面观测设备布置示意图、观测桩示意图详见图1。
　　⑶为确保路基工后沉降值控制在轨道扣件可调整范围内，要求路基工后沉降量不大于15mm；沉降观测精度必须达到0.1mm[1]。
　　
　　图1扶壁式挡墙段路基横剖面观测设备布置图
　　2剖面管沉降观测实施
　　2.1仪器工作原理及系统组成
　　⑴工作原理
　　剖面沉降测量是通过预埋在结构物底部的横剖面管，采用剖面沉降仪按一定间距依次读数，起始端管口标高采用水准仪按国家二等精密水准测量方法进行测量，再通过数据处理计算求出不同位置处地基的沉降量。
　　其原理是将水杯与传感器的液面压力差转换为数字信号，然后通过读数仪显示数字读数。
　　⑵采用仪器系统组成
　　PCC型数字式横剖面沉降测量仪由传感器探头、充液管道、储液箱、信号电缆及测读仪组成（见图2）。基本参数如下：
　　①测量范围：0～3m；
　　②最小分辨率：0.1mm；
　　③非线性误差：0.2%；
　　④工作环境温度：1℃～40℃；
　　⑤工作电压：6V-DC；
　　⑥测头防水密封：40kPa水压放置
　　两小时，仍可正常工作。
　　⑶水压式横剖数据管理系统
　　图2PCC型数字式横剖面沉降测量仪系统组成图
　　
　　水压式横剖数据管理系统界面友好直观、实现真正的操作简单快捷、输出灵活，是进行横剖测试工作的有利数据管理系统。
　　2.2现场观测
　　2.2.1人员及观测设备配置
　　观测工作人员配备5人，观测设备除PCC型数字式横剖面沉降测量仪、高精度水准仪等主要设备外，还要配备1套读数仪+探头+传感器，1台终端电脑，钢丝绳:2000m；110mmPVC管若干。
　　2.2.2观测设备埋设和观测实施要点
　　⑴横剖面管埋设
　　①横剖面管在桩顶混凝土板或加筋垫层施工完毕后，填土至0.6m高度碾压密实后埋设。
　　②在横剖面管埋设位置切槽开挖至路基基底C30混凝土底板处，开槽宽度20～30cm，拉线埋设横剖面管后，采用细砂分层回填夯实基坑。
　　③剖面管埋设时管内穿入用于拉动测头的钢丝绳，以便测量观测时用以牵引传感器探头。
　　④埋设横剖面管时,要确保横剖面管平直，尽量减少横剖面管接头。
　　⑤接管时,严禁砂、石、土等杂物进入剖面管内，保证管内干净。
　　⑵观测基桩埋设
　　横剖面管埋设完毕后，在两头设置0.5m×0.5m×0.95mC15素混凝土保护墩，并于观测管口一侧设置观测基桩，观测基桩采用素混凝土灌注，断面为0.5m×0.5m×1.0m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。
　　⑶PCC型数字测量仪观测
　　①剖面沉降观测点位：根据设计要求，对于路基观测断面长度小于40米的断面每米测量一次；大于40米的断面每2米度测量一次，测量时确保每次测量位置固定准确。
　　②采用制作的密封三角架固定储液箱，使储液箱液面保持静止。