路基分层沉降观测的方法与应用

路基分层沉降观测的方法与应用

吴龙

枣庄市公路管理局应急抢险中心山东省枣庄市277100

摘要：随着铁路路基沉降控制精度逐步提高，对软弱地基分层沉降及路基沉降观测越显重要，目前高速铁路建设呈雨后春竹之势，都要求对路基沉降变形进行动态监测。本文介绍高速铁路路基沉降监测常用测试方法及工作原理，并对比分析各自的优缺点，提高变形监测精度的方法和措施。

关键词：高速铁路；路基；沉降监测；方法

地基和路堤的沉降观测是软土路基施工中必不可少的重要一环，根据观测监控施工过程中地基稳定状态，控制填土速率，另一方面可据此推测地基的沉降变形规律，控制地基的工后沉降。我国无砟轨道结构对路基工后沉降的要求极其严格，一般地段路基工后沉降不能超过15mm，沉降观测对于土质路基施工质量的控制非常重要。

一、高速铁路路基沉降变形观测方法

高速铁路路基工程中较为常用的观测方法主要有沉降板和沉降观测桩。

1、沉降板

(1)工作原理及组成结构。沉降板组成结构:基本结构是由钢板、连接管(接长)和套护管组成，钢板结构尺寸多为0.5m×0.5m×0.03m;与底板固定的连接杆是垂直的，一般用Φ40mm镀锌钢管，护管采用PVC塑料套管，护管结构尺寸以套住连接杆为宜。当路基不断填高时，连接杆和护管需要逐渐接长，一般情况每节连接杆或护管不宜超过50-100cm。接管时，必须测出接管前后的高程，计算出接管长度，做好记录，便于测量前后对比分析。

(2)测量技术及要求。采用高精度电子水准仪并配备专用的铟瓦水准尺对沉降板沉降变形观测，观测精度需按要求进行。为了精确获得高速铁路地基或路基内部的沉降信息，高速铁路现行标准和要求是采用国家一等精密水准测量路基沉降变形，首先，获得沉降板的初始读数，即以沉降板连接管管口高程作为初始读数，随着路基填筑施工逐渐接高连接管和护管，一般每次接长50-100cm。

(3)安装埋设沉降板。根据要求确定观测位置，利用仪器对观测点放样，并进行标识，在地基面挖观测点埋设坑槽，尺寸为50cm×50cm×20cm，坑底填筑10cm厚砂垫层并压实，然后将沉降板安放其上，并回填原土，压实，整个过程采用仪器校正连接管垂直;填料过程中，需对沉降板进行保护，其周围填料采用人工处理和压实，连接管倾斜度不大于1°，最后设置保护架，并做好保护标志。

二、高速铁路路基传感器监测方法

1、单点沉降计

(1)结构和原理。单点沉降计一般由主件位移计和辅件锚头、法兰盘、连接杆等部件组成。当地基向下变形时，法兰盘与地基协同变形，使位移计中导磁体在其磁感线圈内相对滑移，通过人工采集或自动采集测出位移变形量，从而达到沉降并行测试目的。如图

(2)安装方法步骤

单点沉降计安装主要由以下几个步骤组成:钻孔、探孔、安装沉降计、注浆、安装沉降盘、灌沙、保护等。钻孔尺寸以φ95mm-120mm为宜，仪器孔应垂直地面，地基总沉降测试时，需要钻孔深度超过地基压缩层厚度，设置在相对较稳定的基岩层，且应嵌入基岩至少0.5m，若基岩埋藏过深，孔的深度应超过压缩层厚度。探孔的主要目的是确定孔的实际深度，以便确定测杆的长度。为了更好地保护沉降计主体，要求法兰沉降盘应安装在监测面以下10-20cm。钻孔完成后，将锚头和连接杆连接后逐渐下入仪器孔内，并加长连接杆，直至将锚头下到预定位置，然后将沉降计与连接杆连接好，逐层回填中砂并使其密实，锚头部位一般采用注水泥砂浆使其稳定在该层位上。仪器孔回填完后，静止2d，安装法兰盘，安装法兰盘时，需拉伸传感器至满量程的90%左右，然后将法兰盘底填密实，并用测试仪对传感器进行测试，为了使单点沉降计初装位移值在2/3满量程左右，当传感器安装好，需等水泥砂浆稳定3h，以防止仪器孔塌孔而影响测试环境。

2、分层沉降仪

(1)结构及工作原理。分层沉降监测仪主要包括探头和测尺两部分，所用传感器是根据电磁感应原理设计，通过钻孔将磁感应沉降环预先埋入地下指定位置，当传感器通过磁感应环时，发出声光警报。此时，读取孔口标记点上对应钢尺的刻度数值，并建立沉降管管口高程与其关系，即可推导沉降环位移情况。

(2)安装过程。钻头采用108mm进行钻孔，孔深一般都需比安装深度深一些，方便沉降管顺利地放到底，然后清孔，当钻到预定位置后，需把泵接到清水里向下灌清水，使泥浆返出，直至泥浆水变成清水为止。安装管子的联接采用外接头，接头需用无纺布包裹，一边下管子一边向管子内注入清水，便于下管;磁环的安装，需严格按设计要求在管子指定位置上套上磁环和定位环，然后用螺丝固定定位环，拧紧螺钉，这样边接边向下放到设计深度;最后，在外漏管口盖上盖子，逐层进行回填中粗砂。回填速度根据实际情况确定，不宜太快，以免堵塞后，导致回填不密实，从而形成空隙，可用清水沉淀法回填，必要时隔一定时间再回填，两三天后再去检查一下，补充回填料，并给管子周围加上保护措施。

三、监测方法特点及工程应用中对比分析

路基沉降监测方法很多，但以上介绍的方法，是常见的较适用的，根据各种方法的特点分析一下各自的在铁路路基沉降中的适用范围和条件。

1、路基沉降监测方法。单点沉降计、液位沉降计法、剖面沉降管法、沉降观测桩法、沉降板法等方法是路基沉降测试较为适用、常用的方法。沉降板是其中最常采用的方法之一。沉降板测量法技术成熟，观测精度容易控制，监控面广，便于灵活地设站观测。但它也受气象条件的影响，重复测量工作量大，难以实现自动化观测等，同时对施工干扰较大，且沉降杆易在施工过程中被施工机械碰撞或因碾压发生偏斜，影响测读的准确性。沉降观测桩法是采用测桩作为观测对象，往往只能测试路堤或地基表面的沉降，同样易受到施工的干扰和破坏，施工过程中对测试结果有一定影响。目前较多应用的剖面沉降管法测试点多，可以反应出整个测试断面的变形趋势，沉降管埋设在路基内部便于保护，不影响路面正常施工。

2、监测方法选取

(1)不同观测方法联合应用。对土层深层处的沉降变形观测，往往采用单点沉降计来测量，在施工过程中，可同时采用沉降板、沉降边桩、液位沉降计或者沉降磁环等与之联合测试，以达到相互验证、提高精度。

(2)沉降观测仪器比选。我们所提的每种测试仪器都有其精度水平和适用的环境，据测试原理的不同目前沉降变形观测仪器分为很多种，实际使用中应全面了解各种观测仪的原理、现场使用环境和工程技术等级等，因地制宜灵活运用。如对水准仪与水准尺的选择，先确定出沉降测量的等级，进而选择与之相适应的观测仪器和类型。

通过以上对比分析，在高速铁路沿线的路基沉降观测中，相比于液位沉降计法传统常规的沉降板法具有性能可靠、价格低廉等优点。所以在费用允许的前提下，为了获得较为准确的路基的沉降测试数据，综合考虑沉降监测系统的合理选用，在重点路段采用电测传感器的监测方案，对一般路段可采用以沉降板或剖面沉降管为主的测试方法，可以满足对路基沉降的要求。

参考文献：

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