某公路软土路基沉降监测方案.docx
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某公路软土路基沉降监测方案
软土路基沉降与稳定监测
施工方案
编制:
审核:
审批:
********项目经理部
二〇**年**月
一、工程概况
*********
本标段K***+***~K***+***段除下穿段出现挖方外其余路段多为填方,填土高度0—10m。
根据钻孔揭露,本路段地表一般表层为素填土、粉质粘土,厚度在2~5m,以下为2~9.5m软弱夹层,个别孔有中等液化砂夹层,基底为中砂或粉质粘土。
软土地呈饱和流塑状态,具有含水量大、高压缩性、低抗剪强度等特性,其工程地质性质差,由于软土层厚度较大,且场区松散的细砂及稍密状中砂层会发生轻微液化,路基填土高度较大,不利路基稳定,软基需进行特殊处理,本工程全过程采用动态设计方法。
综合考虑软土地层分布、填土高度、构筑物布置等情况,经稳定性验算,软土地基处理分别采用PTC桩复合地基、水泥搅拌桩复合地基、砂桩+堆载预压等软基处理方案。
根据施工图设计的要求,软基段路基填筑施工时必须控制填土速率,使路堤的沉降速率控制在设计要求的范围之内,以免造成土体破坏,使软基处理失败。
因此,为了掌握路堤在施工期间的变形动态,必须进行路堤沉降和稳定的动态观测,一方面保证路堤在施工中的安全和稳定,另一方面能正确预测工后沉降,使沉降控制在允许范围之内。
二、监测依据
本项目监测内容主要参考规范如下:
(1)《工程测量规范》(GB50026-2007);
(2)《建筑变形测量规范》(JGJ8-2007)
(3)交通部《公路路基设计规范》(JTGD30-2004);
(4)交通部《公路路基施工技术规范》(JTGF10-2006);
(5)交通部《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2003);
(6)交通部公路规划设计院《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006);
(7)****的地质勘测资料、施工设计图及有关技术文件;
三、监测流程
四、监测目的、内容及技术要求
1、监测项目、仪具、目的
软土地基路段路堤的施工必须注意观测填筑及后期的地基变形动态,对路堤施工进行动态观测,其观测项目、仪具、目的如下表1:
表1观测项目、仪具及目的
观测项目
仪标名称
观测目的
沉降
地表(或原地面)
沉降
沉降板
地表(或原地面)以下土体总沉降量,根据测定数据调整填土速率,预测沉降趋势,确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间,提供施工期间沉降土方量的计算依据;控制路堤填筑施工。
地基分层沉降
分层沉降管
地面下不同深度处地基沉降量,分析各层地基压缩情况。
水平
位移
地面水平位移
(路堤施工期)
边桩
测定路堤侧向地面水平位移量并兼测地面沉降或隆起量,用以判断路基的稳定性。
地基土体水平位移
测斜仪
观测地基各层位土体侧向位移量,用于稳定监测,并了解土体各层侧向变位以及附加应力增加过程中的变位发展情况。
孔压
地基孔隙水压力
(针对软土)
孔隙水压力计
了解新增荷载对下卧土层附加力的影响,分析地基土的固结情况,评价加固效果及地基稳定性。
根据孔隙水压力的变化规律分析软土地基路基的变形机理及路堤的整体稳定性。
土压
建筑基础所受土体的压应力
土压力计
了解土体对土中构筑物的压应力变化量和桩网复合地基桩土荷载分布情况、桩顶垫层作用。
2、监测内容
根据上述监测目的及目前的监测技术水平,进行下列项目的监测:
测斜管的侧向位移观测:
主要用于监控在施工过程中路基的整体稳定性。
沉降标:
沉降标用于观测路基的沉降规律和路堤稳定性的监控。
孔隙压力计:
了解新增荷载对下卧层附加应力的影响;根据孔隙水压力的变化规律分析软土地基路基的变形机理及路堤的整体稳定性。
土压力盒:
了解桩网复合地基桩土荷载分布情况、桩顶垫层作用。
3、监测技术要求
(1)观测频次
施工期间监控频率可参照下表,观测频率应与变形速率相适应,变形率小,观测频率可适当减小;反之,变形速率大,观测频率应适当增加。
当变形曲线突然变陡时,分析原因,并确定是否需要采取措施。
监测频率见下表2:
表2监测频率表
时间
沉降标
孔压仪
测斜
土压力盒
剖面沉降
加载期间
1次/天
2次/天
1次/天
1次/天
1次/天
加载后七天内
1次/2天
1次/天
1次/3天
1次/2天
1次/2天
加载一个月内
1次/3~5天
1次/2天
1次/7天
1次/3天
1次/3~5天
加载5个月内
1次/10天
1次/10天
1次/10天
1次/10天
1次/10天
加载5个月后
4次/年
1次/月
4次/年
1次/月
4次/年
(3)精度要求
岩土工程位移监控要求较高的测量精度,一般要求误差须小于2mm。
如果位移测量漂移值过大,降不能满足及时监控的目的。
在电子经纬仪、全球定位和测斜管几种水平位移测量方法中,测斜管方法测量精度较高,测斜管精度通常为深度的0.01%,即10m深度误差1mm,以确定最大水平位移位置和了解软土塑性流特征。
因此,本项目计划采用测斜管方法监测软基的水平位移。
采用水准仪进行竖向垂直沉降监测。
水平位移预警标准:
位移曲线进入加速状态,且位移日增量达到2mm/日;垂直位移预警标准:
沉降曲线进入加速状态,且沉降日增量达到4mm/日。
4、监测断面
(1)结合本次设计,拟布置3个类型观测断面,断面位置及仪器布置如下,详见监测断面布置图。
监测断面类型
监测项目组合
大致实用范围
Ⅰ
路中心沉降板(1个)+坡脚测斜管(2根)+路肩沉降桩(2个)+土压力盒+位移边桩(4个)
刚性桩、水泥搅拌桩复合地基处理的一般路堤段落
Ⅱ
路中心沉降板(1个)+分层沉降标(1处)+孔隙水压力计(1处)+新路坡脚测斜管(2根)+路肩沉降桩(2个)+土压力盒+位移边桩(4个)
砂桩处理的一般路堤段落
Ⅲ
坡脚测斜管(1根)
桥台前
沉降与稳定观测的测点布置示意图详见附图:
****标段路基观测仪标布置示意图。
五、现场施工观测作业流程
六、沉降与稳定观测点的布设
1、沉降与稳定观测点布设步骤
布设前应该考虑地质、地基处理及路堤设计方式、荷载、结构物特征、施工作业方式和经济等因素。
根据不同要求,观测点的布设分为沉降观测元件、水平位移观测元件、分层沉降标、测斜管、压力盒和孔隙水压计的布设等内容。
目的是能够准确而完整地反映出软土地基路堤沉降和路堤自身压缩变形沉降的规律性。
根据工地施工进度,依次按以下步骤进行布设:
(1)在软土地基或原地面处理完成后,一方面布设综合观测断面的测点,即:
分层沉降标、测斜管、压力盒、地表沉降元件、地表水平位移元件和孔隙水压计;另一方面,布设软基路段的地表沉降板和边桩;
(2)在路基填土完成后,根据情况布置路肩沉降桩、路肩测斜管等。
根据上述原则和方法,各里程段落的沉降与稳定观测的测点布置详见附表:
****标段路基沉降与稳定测点分布一览表。
2、沉降与稳定观测点布设方法
(1)沉降观测点的布设
路基沉降观测系统由观测地表沉降的沉降板、观测土体内不同层次沉降量的分层沉降标组成。
、沉降板的布设
在考虑以上地质、地基处理及路堤设计方式、荷载、结构物特征、施工作业方式和经济等因素的情况下,埋设在变化分界线的两侧,这主要在室外完成。
在地质情况相似地段上,要参考地形因素进行埋设;地形因素也相似的情况下,以适当距离布设,这主要到现场踏勘进行。
对于结构物(桥梁、箱涵、通道等)的两端要埋设2组以上的沉降板,以确保沉降观测数据的可靠性。
沉降板由节管、保护套管、底面钢板组成。
保护套管底部用互成90°的撑脚三角板焊接在沉降板中心处,底面钢板尺寸不小于60×60×0.4cm,节管直径为Φ50。
埋设时,沉降板底槽应平整,其下铺设70cm×70cm×20cm砂垫层。
随着填土的增高,节管和套管也应相应接高,接高时其垂直偏差率不大于1.5%,接高后节管及套管封盖的高度不超出土面50cm。
接高后的节管顶面应略高于套管,套管上口应加盖封住管口,以避免填料落入管内影响节管的下沉自由度。
节管要垂直,用水准仪观测,节管间用管箍连接,节管顶部用护管帽盖住。
施工人员按设计的桩号断面将沉降板埋入铺好的砂垫层上。
当第一层土施工完毕后,随即测量管顶至套管顶高差,并测量管顶标高(初读数),当第二层土施工完毕后,在管顶位置接上第二节钢管,如此往上接长测量管直至路基顶面。
、分层沉降观测点的布设
分层沉降标一般埋设于路中心,一个观测断面埋设1~2根,分层沉降点沿铅垂线方向上和各层土内布设。
点数与深度,应根据分层分布情况确定,原则上每一土层设一点,最浅的点位应在基础底面下50cm处,最深的点位应在超过压缩层理论厚度处,或设在压缩性低的砾石或岩石层上。
分层沉降标采用钻孔埋设法埋设,钻孔垂直偏差率不大于1.5%,埋入淤泥下卧层不小于1米。
埋设后波纹管露出地面15~20cm,并用水泥混凝土固定,导管外露30~50cm,并随填土增高,接出导管并外加保护管。
观测时用MS505型或相同精度的分层沉降监测仪监测地基在加固期内不同深度的竖向位移,从而确定分层沉降特性。
埋设步骤为:
①在测点处钻孔,钻孔直径一般为108~125mm,最好用全断面取土器成孔,不可水冲,钻孔倾角小于1/100;②下沉降管,注意接头连接与密封;③下沉降环,按设计要求每间隔一定距离放置沉降环(土体中一般2.0m一个),从下往上,用送环器沿管壁下放,到规定深度后放开叉簧片,使其固定于土中;④每埋一个沉降环,及时进行回填,直至到下一个沉降环的位置;⑤整个钻孔沉降环埋设结束,进行第一次测量,记录下环的初始位置,并及时测量孔口高程;⑥作好埋设记录,内容包括:
工程名称、观测孔编号、孔深、孔口坐标、高程、沉降环数量、初始位置、主要埋设人员、日期等。
(2)稳定性观测点的布设
路基水平位移观测断面应与沉降观测断面相吻合,观测断面设于与路线垂直的轴线上,观测系统由观测地表变形的边桩和观测土体内部水平位移的测斜管组成。
、边桩的布设
在路基的填筑过程中,由于路堤荷载的作用下,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边桩(位移桩)。
位移桩的布设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布设3~4个边桩,并用经纬仪定线方法使这些边桩在一条直线上,最后用小钉在木桩上标定桩位。
边桩的布设主要在填土比较高的路基地段,一般布设在结构物的两端(主要是在各种桥梁的两端)。
边桩采用钢筋混凝土预制,砼标号不小于25号,长度1.5m,方形断面,边长10cm,并在桩顶预埋不易磨损的测头。
边桩的埋置深度以地表以下不小于1.2m为宜,桩顶露出地面的高度不应大于10cm。
埋置的方法可采用打入或开挖埋设,要求桩周回填密实,桩周上部50cm用混凝土浇筑固定,确保边桩埋置稳固。
、土体水平位移观测点的布设
目前测量土体内水平位移及其方向大多使用测斜仪。
测斜仪埋设于地基土体水平位移最大的平面位置,一般埋设于路堤边坡坡趾或边沟上口外缘1.0m左右的位置。
测斜管埋设时采用钻机导孔,导孔要求垂直,偏差率不大于1.5%。
测斜管底部埋置于深度方向水平位移为零的硬土层中至少50cm,或基岩上,管内的十字导槽必须对准路基的纵横方向。
当测斜孔较深或埋管与观测时间间隔较短时采用注浆的方法回填孔壁;而当测斜孔较浅或埋管与观测时间间隔较长时(大于两个月),可采用细砂回填和自然塌落消除孔壁空隙。
测斜管采用直径为7cm的PVC塑料管,测斜管采用钻孔埋设,埋设时管内的十字槽必须对准路基的纵横方向。
管底应进入软基持力层1~3米。
测斜管埋设在路堤两侧趾部,同一观测断面的边桩应埋高在同一横断面上。
测斜管的上下管间应对接良好,无缝隙,接头外牢固固定、密封。
进行钻孔和测斜管之间的回填,填料宜用中粗砂缓慢进行。
观测原理:
测斜装置由测斜仪、测斜管、数字式测读仪组成,观测时,将连接为导线的测斜仪探头轻轻滑入预埋的测斜管底部,自下而上每隔50cm向上拉导线读数,测定测斜仪与垂直线之间的倾角变化瞬时反映在测读仪上,即可得出不同深度部位的水平位移。
测斜原理图如下:
测斜原理图
(3)孔隙水压力测点的布设
通过在地基土体内部埋设孔隙水压力计观测土体孔隙水压力变化,以便掌握地基的固结状态,了解并据此分析地基土固结程度及地基处理的效果。
孔隙水压力计的平面布点宜集中于路中心,并与沉降、水平位移观测点位于同一个断面上。
孔隙水压力测点沿深度布设根据试验分析需要而确定,一般每种土层均设测点,土层较厚时一般每隔3~5m设一个测点,埋置深度应及至压缩层底。
具体的埋设要求按《公路路基施工技术规范》(JTG F10—2006)进行。
孔隙水压力计埋设方法应根据测试孔测点布设的数量及土的性质等条件选用钻孔埋设法,埋置深度可选为埋置至砂垫层的底部,每隔2m埋埋设一个,埋设后应将电缆线引至观测箱中,并注意保存好。
钻孔应垂直孔径宜为11~13cm,在填土层或浅层其它松散不稳定的土层中应下套管护孔护孔套管应保证垂直,孔内应无沉淤和稠浆。
安放前必须排除孔隙水压力计内及管路中的空气。
孔隙水压力计周围必须回填透水填料宜选用干净的中粗砂砾砂或粒径小于10mm的碎石块透水填料层高度宜为0.6~1.0m。
隔水填料分隔宜选用直径2cm左右的风干粘土球作填料在投放粘土球时应缓慢均衡投入确保隔水效果。
测试孔口应用隔水填料填实封严,防止地表水渗入测试孔口,孔隙水压力计导线应有防潮防水措施。
(4)土压力测点的布设
土压力计埋设于土压力变化的部位即压力曲线变化处。
土压力计的受压面须紧贴欲测量的土体;埋设时,承受土压力计的土面须严格整平。
回填的土料应与周围土料相同(去除石料)小心用人工分层夯实,土压力计及其它电缆上压实的填土超过1m以上方可用重型碾压机施工。
现场需要接长电缆时应注意接头处的防水密封要可靠。
(5)工作基点桩的布设
工作基点桩与位移边桩同样规格的混凝土预制桩,埋置时要求打入硬土层中不小于2米,在软土层中要求打入深度大于10米。
桩周顶部50cm采用现浇混凝土加以固定,并在面上浇筑1×1×0.2米的观测平台,桩顶露出平台15cm,在顶部固定好基点测头。
各侧点埋设两天后测定初始读数。
各观测仪器的套管和节管均高出填土面30cm,并且随着填土的增高,套管和节管都相应接高,每节长度为50cm。
对观测仪器露出地面的部分设置保护装置。
填方施工期间采取严格的保护措施,一旦发现破坏,立即修复并复测,保证观测数据的连续性。
各观测标志在观测期中必须采取有效措施加以保护或看管。
杆标上加醒目的警示标志。
七、沉降与稳定观测控制指标和精度
软土地基沉降量的变化相当复杂,它与设计总沉降量的大小、观测频率、地质条件(软基厚度)、地基处理方式、填土速率、填土高度、沉降控制方法以及沉降趋于稳定状态等因素有关。
因此,需要对施工全过程(路堤填筑、预压期及路面施工期)分阶段确定水准测量等级。
1、沉降观测
根据施工全过程的沉降观测的不同要求,路堤施工全过程沉降观测水准测量等级、精度指标和对仪器的要求如下表3所示,水准测量的主要技术指标如表4所示。
表3路堤施工全过程沉降观测水准测量等级、精度指标和对仪器的要求
施工阶段
水准测量等级
精度指标
使用仪器
备注
路段修筑期
四等
3-2mm
DS3/DS2
红黑面木质水准尺
堆载或等、超载期
三等/二等
3-2/2-1mm
DS2/DS1
红黑面木质或因瓦水准尺
路面施工期
二等
2-1mm
DS1
因瓦水准尺
表4水准测量主要技术指标
等级
水准仪型号
视线长度/m
前后视距差/m
前后视累积差/m
红、黑面(基、辅面)读数较差/mm
红、黑面(基、辅面)高程较差/mm
往返测较差,附和允许闭合差/mm
二
DS1
50
1
3
0.5
0.7
±0.6√N
三
DS1
100
3
6
1.0
1.5
±1.4√N
DS2
75
2.0
3.0
四
DS3
100
5
10
3.0
5.0
±2.0√N
注:
N为测站数,路线允许闭合差取自《工程测量规范》(GB50026-2007)。
2、稳定性观测
路基水平位移的观测精度要求与观测的方法和观测的仪器有关:
当采用单三角前方交会法观测时,观测仪器采用J1或J2经纬仪,方向观测水平角误差为±2.5″;当采用视准线观测方法时,观测仪器采用光电测距仪,测距仪误差为±(5mm+5PPm.D)。
八、沉降与稳定观测周期
关于观测周期的确定,由于观测对象及其各种条件不同,一般根据现有的规范和经验而定。
对于公路施工阶段的沉降观测,通常按加载阶段和变形是否稳定确定观测周期。
公路施工一般分为填筑期、预压期和路面施工期三个阶段。
在路堤堆筑期,填土速率控制在日沉降速率不大于1.0cm/d;在预压期(堆载或等、超载),连续2个月实测沉降速率小于5mm/月为路基稳定;在底基层、基层和油面层施工时,连续2个月实测沉降速率小于3mm/月为路面层稳定。
1、沉降观测频率
施工期:
每填筑一层观测一次,如果两次填筑间隔时间较长时,每三天至少观测一次。
预压期:
第一个月每三天观测一次,第二个月至第三个月每七天观测一次,从第四个月起每半个月观测一次,直至路堤预压期结束。
2、稳定观测频率
每天观测一次,直至路堤预压期结束。
3、不稳定状态的判断标准
路堤在填筑过程中,若沿路堤中线地面沉降速率≧1.0cm/天,或坡脚处水平位移≧0.5cm/天,或测斜仪测得的最大位移≧0.5cm/天,标志着不稳定状态的出现,应立即停止加载;当停止加载后,每天仍需进行观测,并且当连续观测三天的沉降与位移在控制值之内时才能继续加载。
九、提交成果
1、提交成果报告
日常基本观测和数据处理工作,按照以下程序进行观测反馈。
在对沉降、水平位移、地下管线、地下水位变形等进行资料整理与分析后,制图打印,并提供以下数据:
(1)、沉降:
荷载-时间-沉降(地面综合沉降或分层沉降)过程线;
(2)、水平位移:
荷载-时间-水平位移过程线;
(3)、孔隙水压力:
荷载-孔隙水压力-时间关系曲线;
(4)、基底土压力观测:
荷载-时间-土压力变化过程线;
通过观测资料的及时整理分析,在全线沉降观测过程中将提交下述成果报告:
⑴现场观测简报(按月提交);
⑵沉降和稳定发生异常专题报告(及时提交);
⑶路基沉降与稳定观测总报告(项目完成后)。
2、成果报告的应用
为保证路堤沉降与稳定观测的成果能确实及时地指导路堤的填筑施工,真正实现信息化施工的目标。
施工管理部门在制定施工控制程序时,应考虑将沉降与稳定观测的成果作为施工指令的前提,也就是说对于存在软土地基、沉降变形速率偏大的路段,各个阶段的施工时间安排应结合观测结果的意见。
十、项目的组织及管理
1、项目的组织结构及主要参加人员
为了全面正确地贯彻本沉降与稳定观测方案,需要一个管理科学、运行有效、技术过硬的项目组织作保证。
因此,一方面为该项目配备了一批具有丰富的相应技术知识和工程经验、责任性强的专业人员,并根据项目的具体需要,同时结合个人的知识、能力和经验特点实行定岗定责任,分工明确,注重发挥每个技术人员的特长将其放在最恰当的岗位上;另一方面,制定一整套完善的观测项目管理制度,以规范项目实施的每一个环节,确保测试的技术方法正确实现,观测人员操作合符规程,仪器设备运转正常可靠,观测的数据结果全面、真实、准确,处理和分析观测数据迅速科学,提供的报告及时、全面、正确。
项目的主要组成人员如表5:
表5项目组主要人员组成
姓名
性别
专业
职称
备注
技术负责人
***
男
市政
高级工程师
主要参与人员
***
男
路桥
工程师
***
男
测量
工程师
***
男
交通土建
本科
***
男
测量
中级测量员
***
男
测量
中级测量员
2、拟投入的仪器设备
根据以往在沉降与稳定观测中的经验,本着测试精度高、性能稳定、操作简便而且经济实惠的原则,本项目拟选择以下主要仪器设备和软件,见下表6:
表6拟投入的主要仪器设备一览表
序号
仪器设备名称
类型及型号
数量
备注
1
全站仪
日本SOKKIA-SET2100
1台
2
精密水准仪
德国ZEISS
1台
3
全自动安平水准仪
日本SOKKIA
1台
4
沉降板
30套
5
边桩
58个
6
测斜仪器
CX-901F型测斜仪
1套
7
609A型测读仪
1套
8
分层沉降标
31个
9
分层沉降仪
1个
10
孔隙水压力计
20
11
静止土压力盒
27
3、有关部门的协调配合
沉降观测的路线长,点多面广,历时长,现场施工环境复杂,所有观测元器件的保护十分重要,而且元器件的完好程度,直接关系到观测工作的成败;另一方面,埋设和接长沉降管需要根据施工进度依次进行,所以需要随时掌握工地的施工进度,如果完全由观测组到现场来跟踪了解进度是不切实际的。
因此,为了以后沉降观测的顺利进行,圆满完成观测任务,则需要各施工队伍和现场管理人员长期不懈的支持和配合,特提出以下几点建议:
(1)、由现场施工管理人员负责埋设与保护沉降板,同时应定人定点负起埋设和保护好沉降板的责任,要将保护沉降板的要求让每个施工人员都熟记于心,每次施工作业都应当高度注意不要扰动或破坏沉降管。
一旦发生扰动或破坏沉降管的情况应立即及时通知观测组。
(2)、施工队伍应做好协助观测单位开挖、接管、测量等辅助工作。
(3)、对于总沉降量大于10cm的部位,应考虑给予施工单位沉降土方计量,依据沉降观测单位资料进行核定。
(4)、以文件的形式下发给各施工队伍,文件应附上各队伍施工范围内的观测点一览表,明确沉降观测的注意事项,同时对破坏观测器件的施工队伍要求做出一定的经济赔偿,以加强保护观测器件的责任心。
十一、质量保证和控制
1、最大限度减小测量误差
观测仪器均采用高精度的测量设备,观测人员由具备有丰富施工经验、观测经验及有结构受力计算、分析能力的工程技术人员组成,每次测量、看镜、记录、计算从头至尾均由固定人员完成,避免了由于人员更换造成的测量误差。
2、观测点的保护
对所有的观测点都采取相应的保护措施及标注醒目标记,对地面观测点用水泥砌砖及铁板封盖。
3、质量保证
(1)、在路基填筑观测工程中严格遵守设计文件的要求,确保质量。
(2)、派熟悉仪器使用方法和性能的测试人员进场,并严格按相应的操作规程进行操作。
(3)、进场前做好仪器设备的标定工作,各观测项目在路基填筑前应测得初始值,且初始值的测试不得少于两次。
路基填筑施工前提供以下资料给现场管理人员和相关的施工队伍:
观测项目各测试点的平面布置图及剖面布置图;
各观测项目所采用的各测试仪器的型号、规格及各测试仪器和元件的标定资料;
各观测项目的初始数据。
(4)、测点的埋设应达至要求的质量,并做到位置准确,安全稳固。
(5)、观测人员必须对数据的准确性负责,测试完毕后应签字备查。
(6)、观测数据应及时校核,如有异常应查找原因,及时采取措施。
(7)、观测数据经现场检查、室内复核后方可上报。
(8)