高等级公路软基沉降观测的精度指标.docx
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高等级公路软基沉降观测的精度指标
高等级公路软基沉降观测的精度指标
及观测规范化问题
白忠良 徐泽中
【河海大学 南京210024】
摘要：
在沪宁高速公路江苏段沉降观测实践的基础上，探讨适合于公路软基沉降观规
范化问题。
提出沉降观测的精度指标、观测频率、水准测量等级及沉降观测测的实施
的具体要求，作为高等级公路正确掌握沉降观测标准的建议。
关键词：
公路 软基 理论 沉降 观测 指标 规范化
1 前言
高等级公路软基路段的沉降问题，直接影响到工程的质量。
建设单位为确保质量
成立了专门的机构进行沉降和稳定管理，指定施工单位进行连续的沉降观测，使有害
的沉降在工前发生，观测成果用以作为判断路堤施工进展中安全与否和预压是否到稳
定的依据，以便使工程顺利进行。
鉴于目前高等级公路的沉降观测没有专门规范可
循，施工单位的测量多般习惯于用标高测设的方法进行沉降观测。
这种操作方法实际
上是一种等外水准（一次仪器高）配用塔尺，不过多考虑观测精度的一种水准测量方
法。
这种方法当地基沉降发生为几mm时，很难获得真实的结果，把没有沉降的点测成
几个毫米的量值，或者相反。
其次，各个施工队测量员的技术水平相差甚大，尽管有
熟练操作仪器的技能，但对观测精度、操作限差及手薄格等规范化问题往往注意不
够，特别是手薄格式的五花八门，导致数据混乱，易于出错。
因此，研究沉降观测的精度、统一测量方法及操作规范、统一记录格式和成果整
理等技术问题已刻不容缓。
本文根据国家标准（GB50026-93）工程测量规范，结合高等
级公路沉降观测的实践经验和具体条件，探讨适合于公路软基沉降观测规范化问题，
旨在使沉降观测的技术有所发现、有所提高。
2 沉降观测的精度指标及频率
2.1 沉降观测的精度指标
通常，确定沉降观测的精度指标有三条标准：
一是根据沉降量的大小确定精度指
标；二是探讨沉降观测中误差与建筑物允许变形值的比值关系；三是采用规范中规定
的固定值，例如前苏联水工建筑物变形观测规范规定软土地基沉降观测精度为2mm。
本
文着重讨论沉降量大小与观测精度的关系，即沉降量越小，观测精度越高，反之，要
求为低。
就公路软土地基的沉降量来说：
沉降量的变化是相当复杂的，它与设计总沉
降量的大小、观测频率、软基厚度、地基处理的方法、填土高度、沉降控制的方法以
及沉降趋于稳定状态等因素有关。
所谓稳定状态有两方面含义：
一是路槽层（或95层，
以下称95层）完成后，经过一定时间预压（堆载或等、超载），若连续两个月实测沉降速
率小于5mm/月时称为路基稳定；二是路基稳定后，进行底基层、基层和油面层施工
时，若连续两个月实测沉降速率小于3mm/月时称为路面层稳定。
显然，若考虑稳定状
态时的小沉降量（3～5mm/月），则要求很高的观测精度，应采用精密的仪器和方法进行
沉降观测，增加了测量难度和工作量。
因此，对施工全过程（路堤填筑、预压期及路面
施工期）分阶段确定观测精度是合理的，下面用实测资料来分析沉降量变化的规律。
2.1.1 路堤填筑的沉降量
取沪宁高速公路江苏段A-D标的路基沉降观测资料（计331个观测点、3680次观测的
时段沉降量），以15d为观测时段，划分0～5mm、5～10mm、大于10mm的三个沉降量的区
间，经统计得各区间出现的次数与百分比，见表1所示。
A-D标段已发生的沉降量百分
比，见表2所示。
15d沉降量的统计表 表１
沉降量
的区间
（mm）
A标（37km）
B标（32km）
C标（45km）
D标（42km）
126点794次
95点1094次
66点1020次
44点772次
出现次数
%
出现次数
%
出现次数
%
出现次数
%
0～5
190
23.9
615
56.2
330
32.4
325
42.1
5～10
155
19.5
186
17.0
200
19.6
167
21.7
＞10
448
56.6
293
26.8
490
48.0
280
36.2
路堤填筑期发生的沉降量统计量 表2
沉降量（cm）
标 段
＜30
30～50
50～60
＞60
A标（昆山段）
46.73%
38%
4.4%
10.86%
B标（苏州段）
88.7%
4.5%
4.4%
2.2%
C标（无锡段）
23.4%
32.8%
23.4%
20.3%
D标（常州段）
82.3%
16.7%
1%
0
表1中，若将大于10mm的沉降量看作是大沉降量，则各标出现的百分比：
A标为
56.6%、B标为26.8%、C标为48%、D标为36.2%。
这些大沉降量一般出现在路堤施工期的
大部分时间中；而0～5mm的小沉降量大部分出现在95层即将到位的时段中。
表2可知，由于每个标段的地基土质和软基深度厚度不完全一致，所发生的沉降量
也有所区别。
例如，以大于30mm的沉降量为界限，A、C标出现的百分比分别为53.3%和
76.6%，而B标、C标为11.3%和17.7%。
若取路堤填筑施工期为500d，则折算为月平均沉
降量为2cm。
可见，A、C标的测量精度可放低一些，而B、C标应作较高的要求。
2.1.2 堆载，等、超载预压期的沉降量
95层完成以后，路段采用堆载或等载预压；桥的两端应进行超载预压。
这种等、
超载预压技术措施，可使后续施工路面结构荷载对地基引起再沉降量达到最小程度。
资料表明：
堆载或等载路段预压3～6个月后，实测总沉降量一般在2～6cm之间；桥头
超载为5～20cm。
其中第一个月的沉降量要大一些，但很快地衰减为毫米级的小沉降
量。
沉降速率至3～5mm/月，趋于稳定。
这个结论可在一份抽检报告中给予证实。
抽检
时间为1995年1月15日到1995年5月15日（每个月观测一次）。
江苏段全线抽检92个点计
322次观测。
其结果大于10mm占28%；小于10mm占72%。
可见，大部分的沉降量为毫米级
的小沉降量。
2.1.3 路面施工期的沉降量
取沪宁高速公路A标段沉降量最大的路段作资料统计，该段于1994年10月完成全线
油面底层的施工。
根据实测资料，将底基层、基层及油面层（中面层施工未完，暂不统
计）施工中的沉降量出现的次数及百分比列于表3。
表中可知，0～5mm的小沉降量出现
频率在80%以上。
至于其它标段，例如B标，全线仅有2个点达10mm的沉降量，其它均小
于5mm。
因此，路面施工期的沉降观测必须讲究提高观测精度。
Ａ标路面施工期沉降量统计表 表3
出现频率
施工期
0～5mm
5～10mm
＞10mm
次数
百分比%
次数
百分比%
次数
百分比%
底基层（二灰）
53
72.6
7
9.6
13
17.8
基层（二灰碎石）
155
80.8
22
11.4
15
7.8
油底面层
142
88.2
14
8.7
5
3.1
统计资料表明：
随着路堤填筑的升高，沉降变化的规律是由厘米级的大沉降量变
为毫米级的小沉降量。
因此，沉降观测的精度也应随筑堤的升高而提高。
本文提出：
在路堤填筑期中，由于沉降量一般较大，观测精度可适当低一些，取3～2mm为宜，但
在预压期和路面施工期中，观测精度要求较高，一是因为观测的沉降量为毫米级的小
沉降量，特别是趋于稳定时要求更高；二是因为路堤填筑结束后，在稳定荷载的作用
下，仍有一部分后期沉降量，通过观测达到稳定标准3～5mm/月求得沉降过程线，并推
算出最终沉降量，满足设计工后沉降的要求。
但测点的观测精度将直接影响到最终沉
降量值的精度。
因此，95层完成以后，沉降观测精度取2～1mm才有意义。
2.2 沉降观测的频率
图1 沉降过程线图
沉降观测的频率取决于沉降量的大小、加载方法和观测目的等。
通常要求观测的
次数能反映出沉降变化的过程，又不遗漏变化的时刻。
为了说明确定观测频率的方法，现取软土较薄的粘土层路段，沉降过程线呈现单
一走向的曲线（图1）。
图中看出：
第Ⅰ阶段为路堤填筑期，随着土的荷载加大，沉降速
率较大，观测频率应大一些。
一般每填1～2层或7～10d观测一次。
第Ⅱ阶段为预压
期，该阶段沉降的特点，先是发生较大的沉降量，经转折点T后（图1），很快趋于缓
和，因此预压初期的观测频率每7～10d观测一次，以后每个月观测1～2次。
第Ⅲ阶段
为路面施工期，分底基层、基层和油面层三期施工。
根据设计厚度，每层分一次或二
次碾压。
该阶段沉降量较平稳，观测频率为每做一层观测一次。
若下层与上层施工间
隔较长，则增补隔月观测一次。
3 水准测量的精度与方法
观测精度指标确定后，选用何种等级的水准测量是众所关心的问题。
现取水准测
量规范中，二、三、四等水准测量的观测中误差m观（尺上一次读数中误差）分别为
0.18mm、0.78mm、1.04mm，以此来分析一测站的高差中误差和两期观测测站之差的中
误差，见表4。
水准测量精度分析表达式 表4
等
级
m观
（mm）
一测站基、辅分划或
红、黑面平均值的
高差中误差
（mm）
二期观测高差之差
的中误差
（mm）
沉降点由二个或三个测站完成，
二期观测高差之差的中误差
（mm）
二个测站
三个测站
二
0.18
m站=m观=0.18
0.18根号2=±0.25
±0.35
±0.43
三
0.78
m站=m观=0.78
0.78根号2=±1.1
±1.6
±1.9
四
1.04
m站=m观=1.04
1.04根号2=±1.5
±2.1
±2.6
水准测量若考虑其它一些误差影响，表4所列的误差值还略大一些，若不考虑水准
基点高程中误差，则沉降点二期观测高程之差的中误差就是表4中所列的各项误差值。
表4可见，若观测精度为2～1mm时，预压期及路面施工期的沉降观测选用三等或二
等水准测量。
施工单位配有DSI水准仪时，可采用二等水准，否则至少用三等水准观
测。
目前高等级公路的建设单位和各个监理组配有进口的精密水准仪，可以用二等水
准要求检查三等水准的沉降观测成果。
这样比较合理地判别沉降观测的正确性。
在路基填筑过程中，要求达到3～2mm的观测精度时应采用四等水准测量或红、黑
面五等水准测量。
4 沉降观测的实施
4.1 准备工作
4.1.1 沉降板的埋设
软土路基一般每隔200m埋设一个沉降点；非软土路基每1km埋设一个。
沉降板由一
根直杆（直径=20～30mm的钢管或自来水管）和600×600×9mm的沉降钢板组成。
直杆用三
根斜钢筋焊接在沉降板上，沉降板埋设在路基的底面或砂垫层下（图2）。
为了使沉降杆
不受破坏，杆长应随填土升高而逐段接高。
每段接管的长度为20～30mm，两端有螺纹
接头与空心管紧绞连接。
观测时，每段接管的顶面应有相邻两期的观测标高。
也就是
说：
第一段接管埋好后，随即测量管顶标高，作为第一期观测值。
待填筑一层土后，
先在原顶管面处观测标高，作为第二期观测值。
随即接上第二段接管，观测管顶标
高。
这样，循序逐节升高，计算出每期观测的沉降量。
图2
为了不使填压的土质嵌入空心螺纹管内，每段接管应套上一段塑料圆管，圆管的
高度略高于接管顶面，圆管的直径略大于水准尺的宽度。
套管顶面盖上一个圆盖板，
盖板中心穿一段红布线条，以便下次测量找出沉降点位。
4.1.2 位移桩的设置
在路基填筑过程中，由于路堤荷重的作用，使路堤坡脚处可能产生水平位移和垂
直位移，因此要在路堤坡脚处设置若干位移桩（图3）。
位移桩长度为100～200cm，断面
为10×10cm的方桩打入地基内。
桩的入土深度是随土基软硬程度不同而异，以不被踩动
为原则。
位移桩的布置根据地基及路堤场地条件确定，一般从路堤坡脚起，在垂直于
路中心线方向每隔2～3m布设5个位移桩，并用经纬仪定线方法使5个桩在一条直线上，
最后用小钉在木桩上标定桩位。
为了观测水平位移，在移位桩的延长线上设置二个固
定桩A、B（AB为20～30m）。
每次观测时，安置经纬仪于A点，后视B点，倒转望远镜观测
5个桩是否在一直线上，否则量出偏出直线的垂距（即横向位移）。
用钢尺丈量固定点A
到各位移的距离，两期观测的距离差为纵向位移。
钢尺丈量时要记上气温，以便进行
温度改正。
用水准仪测量位移桩的垂直位移，用首次观测的标高减去第i次观测的标高
即为垂直位移。
规定“正”号为下沉；“负”号为上升，如上升到一定量级，则表示
地基有破坏的趋向，应及时上报，以便采取措施。
图3 位移桩布设示意图
4.1.3 水准点布设及转置桥上水准点
水准点应选在垂直于路中心线50m外的距离，土质坚硬便于长期保存和使用的地
点，并埋设混凝土水准标石，以便在路堤施工时进行沉降观测。
随着路堤升至一定高
度时，这些地面水准点的观测就不太方便了。
因此，当桥梁工程结束时，为了减少沉
降观测由地面水准点传递到路面的高差影响。
可将水准点转设到有灌注桩的耳墙桥角
上。
桥角水准点必须钻孔埋设有球状顶面的水准标点，各桥上水准点应组成水准线
路，求得正确高程后，才能使用。
4.1.4 水准仪及水准尺
二等水准测量仪器采用DS1精密水准仪，配用因瓦水准尺；三、四等水准测量采用
DS3水准仪，配用3m长的红、黑面木质水准尺。
水准尺各部分转动应灵活，望远镜制微
动螺旋作用应可靠，调焦镜运用及目镜调节不能有明显的晃动现象。
每次观测前除检
验圆水准器、十字丝位置正确性，自动安平水准仪补偿器灵敏度等项目外，必须正确
进行i角的检验。
精密水准仪按国家一、二等水准测量规范进行检验；普通水准仪按国
家三、四等水准规范进行检验。
DS1水准仪i角不应超过15″；DS3型水准仪不应超过
20″。
水准尺必须牢固无损，尺底板不应有松动，尺的中线与尺底成垂直，尺面不能有
弯曲。
水准尺应进行标尺零点不等差、1米长度和分米长度等项目的检验，水准尺必须
装有圆水准器，不符合要求不能使用。
着重提出：
大多数施工队习惯用塔尺进行沉降
观测，这是不能允许的，因为塔尺上没有圆水准器，尺子的垂直度难以控制。
若尺子
前、后有倾斜，加上风的影响，则尺子上3～5m处的读数可达5～10mm的误差影响，这
样就失去了沉降观测的精度意义。
4.2 沉降观测的外业
为了提高沉降观测精度，按如下要求进行操作：
（1）每期观测做到四个固定：
固定观测人员；固定仪器及水准尺；固定后视尺读
数；固定测站及转点。
在实际工作中，由于路堤逐层升高，导致测站位置难以固定。
笔者建议：
在首次观测时，将水准仪大致安置在路中心线处，使前、后视距满足要
求，读取一个前视距离作为固定值。
这样在以后各期观测中仪器安置于相同位置，既
固定了测站，又不必在每次观测时读取前、后视距。
当沉降观测点转置到人孔井上（人孔点用标钉标志）时，可利用桥上水准点和人孔
井的固定关系固定测站位置。
操作时有三种情况：
一是观测桥头两端人孔点时，仪器
安置在桥的中部（中央分隔带的左侧或右侧，并在桥面板上用红漆绘上“不”的记号）
位置，视距一般10～30m左右（中、小型桥）；二是当桥上水准点离人孔点为200m左右
时，仪器固定在这二点中间的那个人孔旁（人孔井100m左右有一个），视距可能在100m
左右；三是桥上水准点离人孔100m左右时，仪器固定在距水准点50m（等距离处）。
用上
述方法固定测站，视距不等差可能会超出规定的若干米。
但由于沉降量是两期观测高
程之差求得，每次观测的高程即使有m△h的误差，只要固定仪器，i角校正到很小，且
变化不大，不等差引起的高程误差m△h可以在两期高程相减中给予消除，所求得的沉
降量是正确的。
可以认为，根据公路人孔沉降观测的实际情况，操作中不必严格使
前、后视距控制在3m（三等）或5m（四等）之内。
这就是采用四固定方法的优点所在。
（2）观测时必须携带尺垫，严禁用砖石或不设尺垫作为转点。
（3）一测站观测高差必须用红、黑面（或基铺面）读数，各项限差及路线允许闭合差
见表5。
当沉降量较大时，可用五等水准代替四等水准测量。
这里所指的五等水准，其操
作方法与三、四等水准测量完全相同，限差见表5。
水准测量的主要技术指标 表５
等
级
水准
仪的
型号
视线
长度
（m）
前 后
视距差
（m）
前后
视累
距差
（m）
红、黑面（基、辅面）
读数较差
（mm）
红、黑面（基、辅面）
高差较差
（mm）
往、返较差，
附合允许
闭合差
（mm）
二
DS1
50
1
3
0.5
0.7
±0.6根号n
三
DS1
100
3
6
1.0
1.5
±1.4根号n
DS3
75
2.0
3.0
四
DS3
100
5
10
3.0
5.0
±2根号n
五
DS3
120
20
/
4.0
6.0
/
注：
n-测站数；路线允许闭合差取自［工程测量规范9.3.4款］
（4）每次观测结束后，应及时填写沉降观测记录表（表6）。
沉降观测记录表 表6
沉降板编号Ａ7-06 路槽底面标高8.35m 地基处理方法 砂垫层
埋设桩号 Ｋ16+480 原地面标高 7.04m 设计总沉降量 350mm
观测
日期
填土项
面标高
（m）
累计填
土高度
（m）
接管
顶标高
（m）
本次
沉降量
（mm）
累计
沉降量
（mm）
荷载
名称
备注
1994.4.30
3.37
0
7.337
0
0
路堤底
1994.5.26
7.66
0.29
7.311
7.523
26
26
加载第一层
1994.6.1
7.75
0.37
7.509
7.717
14
40
加载第二层
1994.6.17
7.99
0.62
7.711
7.935
6
46
加载第三层
1994.7.15
8.37
1.00
7.933
8.346
2
48
路槽层
1994.8.10
8.37
1.00
8.346
-1
48
路槽层
1994.9.12
8.69
1.39
8.343
8.673
3
51
底基层
：
：
：
表中本次沉降量一栏，“正”号表示下沉；“负”号表示上升。
在沉降观测中，
上升情况一般不会出现，除非在等、超载土下卸时，由于路基的回弹可能出现上升的
“负”值。
因此，在卸土完毕后，随即进行观测，以便积累路堤土回弹的观测资料。
必须注意：
当计算的沉降量出现-1mm或-2mm时，表明测量误差所致。
如出现较大的
“负”值（-3mm以上）则表明相邻二期观测中必有一期的观测误差较大，必要时对近期
的结果进行复测，如无问题，说明前一期的结果有问题，可在下一期的观测中进行判
别。
（5）为了便于沉降分析，在记录手薄中填上观测时的荷载名称。
4.3 沉降观测的成果整理
成果整理时，首先检查手薄中的数据和计算是否正确，观测限差是否符合要求，
文字说明是否齐全。
然后将观测数据填入表6，计算两期观测的沉降量和累计沉降量，
为了清楚地表示时间、填土高度和沉降量之间的关系，绘制沉降点的时间-填土高度-
沉降量的关系曲线。
如图1表示的沉降过程线。
5 结束语
（1）高等级公路沉降观测的目的用以判断路堤施工进展的安全和达到稳定标准的依
据。
通过实测绘制沉降过程线，推求最终沉降量来满足工后沉降的要求。
因此，沉降
观测的资料应有较高的可靠性。
（2）鉴于目前高等级公路沉降观测没有专门的规范。
各施工单位的观测基本上是采
用DS3型水准仪配用塔尺的等外水准的模式，而对水准点和沉降点和埋设、操作限差，
记录格式和成果整理等规范性问题，尚未得到完全解决，导致一些观测点的精度较
差，不能作为稳定判断标准的依据。
为了确保观测成果的精度，根据大量的实测资料
统计出各个施工期沉降量变化的规律。
提出路堤施工期中的观测精度为3～2mm，预压
期及路面施工期的观测精度为2～1mm，根据施工单位的仪器设备情况制定出相应的水
准测量等级及观测方法。
（3）根据公路软基沉降观测面广量大与测点布设等实际情况，本文提出用四固定方
法适当放宽视距不等差要求，理论上是正确的，实践上是合理的，易于施工人员掌
握。
（4）本文提出的观测精度指标和观测频率以及水准测量实施的意见，供交流、参
考，使沉降观测的技术标准进一步发展和完善。
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