下安大桥软基监测方案设计.docx

1、下安大桥软基监测方案设计佛山市南海区下安大桥桥头平交改造工程软基施工监控方案中交路桥技术有限公司二OO九年十一月第一章 南海区下安大桥桥头平交改造工程软基施工监控简介第一节 工程概况本项目位于佛山市南海区樵金路下安大桥南端桥头，项目系对樵金路与大新路平面交叉进行改造。樵金路系南海区重要的具集散功能的公路，设计行车速度80公里/小时； 大新路为地方支线公路，设计行车速度为40公里/小时。下安大桥桥头改造工程由A、B、C、D四段路线组成。A线起点垂直大新路构成T型平面交叉，起点桩号AK0+000。终点位于下安大桥南端桥头东侧，终点桩号AK0+429.855，与C线终点、D线起点相接。路线全长429

2、.855米。B线起点于AK0+287.947，终点连接樵桑联围大堤，起点桩号BK0+000，终点桩号BK0+292.700，路线全长292.700米。C线起点连接樵金路，起点桩号CK0+000，终点与A线终点相接，终点桩号CK0+294.050， 路线全长294.050米。D线起点与A线终点相接，起点桩号DK0+000,终点连接樵金路，终点桩DK0+216.509路线全长216.509米。根据设计文件，需要对A,C,D线进行软基监控。图1.1 下安大桥桥头平交改造工程地理位置图第二节 工程自然条件1.2.1 地形、地貌本项目所在区域属珠江三角洲中部，地貌类型为珠江三角洲平原地区，属第四纪海陆交

3、互相沉积第一阶地，地形平坦，周围水系发育，北江、西江下游河网区。1.2.2 气候南海属热带、亚热带海洋性季风型气候区，主要特点是：春湿多阴冷，夏长无酷热，秋冬暖而晴旱。年平均气温为21. 9度，7月最热，极端的最高气温为38.7C，1月最冷，极端的最低气温为0.0C，年降雨量较多，多年平均降雨量为1705.0mm。日最大降雨量2849mm，多集中在49月，七月降雨量最大值为550650mm。全年总日照时数约为15002100小时，23月多阴雨，月日照时数只有5080小时，也是最潮湿的季节， 湿度系数大于1。秋冬季盛行东北风，春、夏季盛行东南风，平均风速2.0米/秒。710月为台风季节，对南海区

4、有较大影响的台风年平均为1.6个次。按中华人民共和国公路自然区划图， 本区属华南沿海台风区( 7)。1.2.3 不良地质作用本场地地处珠江三角洲平原区，地形平坦，地貌上不存在产生滑坡、崩塌与岩堆、泥石流，水库塌岸等不良地质条件，不存在积雪、雪崩、风沙等气侯条件；勘察过程未发现采空区、地面沉降、岩溶、土洞等不良地质现象。本场地处于广州潜在震源区，有发生 6级地震的潜在可能性。勘察中钻孔揭露基岩岩体较为完整，未发现断裂构造痕迹，区域地质构造资料及历史地震活动记录表明，区域内地震活动相对较弱，活动频率较低。下安大桥在上更新统和全新统以来属珠江三角洲凹陷区，第四纪沉积层厚度较大，为海陆交互相沉积层及河

5、流相冲积层，土层种类较多，土的物理力学性质差，且差异性大， 场地地表薄层硬壳层（ 粉质黏土层） 之下均以厚度较大的淤泥质土、淤泥为主，具高压缩性、承载力低、抗剪强度低、强震时易产生变形使地基失稳等特性，属不良地质特殊性土层。场地处于对建筑抗震不利地段。1.2.4 软土路基工程地质软土一般指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种流塑状态的黏性土，一般在静水或缓慢流水的还原环境中沉积， 经生物、化学作用形成的。根据交通部相关标准规定， 软土的划分标准采用天然含水量大于等于35 %或液限、天然孔隙比大于或等于1.0、十字板剪切强度小于35kPa等三项指标，而且将广东沿海普遍存在的淤泥、淤泥质土按定量

6、指标划分为： 当土的天然孔隙比大于1. 5时，为淤泥；天然孔隙比大于等于1.0小于等于1.5时则为淤泥质土。软土的主要矿物为黏土矿物的高岭土及伊利石，高岭土及伊利石多为片状，具有较强的亲水性和表面活动性，沉积时多呈片堆组构，形成絮状结构， 具较高灵敏度， 受扰动后土的力学性质变化较大。根据勘察，下安大桥桥头平交改造工程场地主要不良地质现象及特殊性土层为高压缩性软弱土层淤泥质土、淤泥，其埋藏浅，埋深1.704.10m。厚度大，钻孔揭露厚度16.4020.30m，工程性质差。第三节 下安大桥桥头平交改造工程软基处理方法1.3.1 处理方法下安大桥桥头平交改造工程软土路基处理方式主要有两种：袋装砂井

7、+超载预压及换填法，一般路段采用袋装砂井+超载预压，对于下安大桥桥底及高压线路段采用换填法。各种处理方法示意图如下图1.2图1.3所示：图1.2 袋装砂井+超载预压处理立面图图1.6 换填处理断面图1.3.2 地基处理工后技术要求1）在路堤堆筑期，填土速率控制在日沉降速率不大于1.0cm/d；2）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；3）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。第四节 软基监控工程量清单及预算（一）观测断面如表1.1及1.2所示。表1.1 表面沉降板埋设仪器计划表标段断面位置埋设沉降板位置断面埋设沉降

8、板个数属性A线AK0+070路基左，中，右3普通断面AK0+180路基左，中，右3AK0+260路基左，中，右3AK0+360路基左，中，右3D线DK0+040路基左，中，右3DK0+120路基左，右2C线CK0+140路基左，右2合计普通断面板:19个 表1.2 重点断面埋设仪器计划表埋设位置埋设仪器埋管钻孔深度AK0+1802个测斜仪35m2=70m1个孔隙水压力20m1个分层沉降25m（二）本工程监控预算。本项目报价依据建设部工程勘察设计收费标准（2002年修订本）编制。计价费率：税金按1.92%，利润按2.21%计算。本项目软基监控预算总价为244293.63元整。费用清单详细列于下表

9、。第二章 软基监控监控实施方案第一节 监控监控方案编制依据和原则2.1.1 编制依据（1）公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ017-96）；（2）公路路基设计规范（JTG D30-2004）；（3）公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）；（4）国家技术监督局和建设部工程测量规范（GB50026-2007）；（5）本项目施工设计图及有关技术文件；（6）佛山市公路水运质量管理手册；（7）其他相关的技术标准与法规。2.1.2 编制原则（1）严格遵循下安大桥桥头平交改造工程设计文件的要求。（2）在仔细考察工程实地，认真研究设计文件和有关规定的基础上，充分考虑本项目的特点和场地、设备、

10、人员及气候等实际情况，科学合理地组织软基监控实施。（3）严格遵照ISO/ECl7025国家试验室质量保证体系和项目实施要求，进行监控管理和质量控制。建立健全质量保证体系,强化安全措施，使各项工作落到实处，为本项目的顺利、高效进行，创造良好的条件。（4）在监控组织机构建立上立足专业化，选配最有经验的管理人员和具有技术专长人员组成强有力的监控组织机构，形成监控组织的核心层，全面负责监控实施、监控质量及人力、物力、财力分配，监控进度以及安全保证等。直接对业主负责。（5）在机构及检测仪器配置方面立足高效的机械化作业及现代化的检测手段，为保证质量、为监控进度提供有力的物资保证。（6）在工期安排上，充分考

11、虑填土的工期，立足合理化，依据监控方案，仔细分析、精心安排各段工程的监控顺序，避免不合理的安排造成的监控干扰及窝工现象。（7）在监控方案的制定、监控工艺的选择、监控技术的方面立足规范化和标准化，优先选用科学、先进的监控方法，确保监控质量、确保监控的顺利进行。（8）在安全保证措施方面立足全面性、可靠性及可操作性，确保项目的顺利完成。（9）我们的目的是通过精心组织、精心监控、保优质、创信誉，立足保质保量让业主满意。（10）做好监控的同时，树立良好的企业形象，把自身的经济效益与社会效益结合起来。第二节 软基监控的目标与内容2.2.1 软基监控的目标本次软基监控的目标，是在下安大桥桥头平交改造工程软土

12、地基施工过程中，采用目前先进、合理的手段来监控软土地基的固结、强度和沉降变化情况，以及路基的水平位移等指标。主要目标有以下几个：（1）以观测结果指导现场施工，正确控制路堤施工填筑速率，合理确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间，并提供施工期间的沉降土方计量依据，进行信息化施工；（2）根据监控结果及时发现危险的先兆，分析原因，判断工程的安全性，采取必要的工程措施，防止发生工程破坏事故和环境事故，确保路堤施工中的安全和稳定，控制和保证公路主干线工程质量；（3）通过观测，评价工程的技术状况，预测沉降量，验证设计参数和设计理论的正确性，使工后沉降控制在设计的允许范围内；（4）通过观测，检验地基工程处理

13、效果和施工方案的正确性，下安大桥桥头平交改造工程软基监控项目及目标（见表2.1）；（5）通过软基施工监控，为完善软基处理施工质量控制方法提供一手资料，为类似工程提供可借鉴的经验，提高整个佛山地区的软基处理水平。表2.1 下安大桥桥头平交改造工程软基监控项目及目的监控项目仪器名称监控目的应变沉降表面沉降TOPCON GTS-311全站仪表面沉降板、电子水准仪临时水准点复核沉降监控地基分层沉降CT-1型磁感应式分层沉降仪地基不同分层沉降量位移地基土体水平位移测斜仪 监控深厚地基各层土体水平位移量，用于稳定监控和了解土层侧向变位以及附加应力增加过程中的变位发展情况应力孔隙水压力频率仪 监控地基孔隙水

14、压变化，分析地基土固结情况2.2.2 软基监控的内容（1）协助业主建立科学的现场观测体系，包括重点观测断面、一般观测断面和合理的临时水准点系统；（2）根据软基路段施工特点，制定具体的观测方案，使软基处理各阶段均在掌控之中；（3）通过现场观测获取软基处理各阶段的数据，为施工进度的安排、出现问题的分析提供资料；（4）进行软基处理路段的稳定性的理论计算，以达到对沿线各软基路及填土过程的系统控制，包括：填土速率的控制和填土间隙期的控制等，实现安全、快捷填筑的目的；（5）通过对重点断面的沉降观测和一般断面的复核，确定沉降土方与中心沉降量的关系，为软基路段施工土方的工程计量提供参考依据；（6）通过现场实测

15、与理论分析，掌握软基路段的地基固结和沉降情况，为确定超载预压期、卸载时间和卸载标准等提供资料。（7）通过对现场观测数据、工程地质条件和理论计算结果的分析，为施工期间结构物基础反开挖的时机、减少工后沉降的措施等提供依据，进而确定结构物和路面的施工时间，把握工程的施工工期；（8）根据现场观测数据，进行工后沉降的预估、路床抛高量的计算等工作，对最终沉降量和地基固结计算情况进行校核；（9）协助业主完善从软基施工到竣工验收整个过程资料的整理工作，为软基处理经验的总结提供具体的资料和依据。（10） 为业主提供技术指导与咨询服务，解决业主提出的问题。第三节 软基监控仪器设备的埋设方法2.3.1 表面沉降监控

16、板的埋设方法在砂垫层铺设完毕后，埋设沉降监控板(沉降板形式见图2.1)。板上沉降杆每节1.5米，在距土端5cm处设置一监控基座，以便在监控时立尺使用。沉降杆两端加工有螺纹，两节沉降杆之间使用螺纹套管进行连接。在第一节沉降杆上的监控基座将被埋入土中时，接第二节监控杆，直至高出堆载层为止。 图2.1 沉降板形式2.3.2 分层沉降监控沉降管的埋设方法（1）在测点钻孔。钻孔直径一般为108125mm，最好用全断面取土器成孔，不可水冲，钻孔倾斜角小于l100，钻至中细砂层lm终孔。（2）下沉降管。注意接头连接与密封。（3）下沉降环。从孔底向上0.5m起放置沉降环，每隔2.0m放置一个，直至淤泥层顶面。

17、沉降环放置从下往上，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，直至下一个沉降环位置。（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，并及时测量孔口标高。（6）作好埋设记录，内容包括：工程名称、监控孔编号、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。（7）每次测量结束后，盖上防护盖，防止泥土落入堵塞测孔。随着填土的不断升高，孔口套管不断加高，每次加高0.5m，加高后及时测出孔口标高，分层沉降环安装见图2.2。图2.2 分层沉降环安装示意图2.3.3 边桩的埋设方法(1)位移观测边桩根据需要埋设在路堤两侧

18、趾部，以及边沟外缘与外缘以远10m的地方，并结合稳定性分析在预测可能的滑裂面与地面的切面位置布设测点，一般在趾部以外设置34个位移边桩。同一观测面的边桩应埋设在同一横轴线上。(2)边桩采用钢筋混凝土预制，标号为25，长度大于1.5m，断面采用正方形或圆形，其边长或直径为1020cm，并在桩头埋设不宜磨损的测头。边桩的埋置深度以地表以下不小于1.2m，桩顶露出地面的高度不大于10cm采用开挖方式埋设，桩周顶部50cm用现浇混凝土加以固定。2.3.4 测斜管的埋设图2.3 测斜管在进行深孔测变形监控的位置打钻孔，钻孔打穿淤泥层终孔以固定底端。在钻孔中埋设测斜管（见图2.3）时，采用必要的措施保证将

19、测斜管的导槽埋设与道路中线方向垂直，以保证测量数据是在道路法线方向的变形数据。在导管的接缝处加塞密封，以防止淤泥进入导管，以保证测管的耐久性，同时使上、下测管的导槽保持在一条铅直线上，转角控制在10以内。同时测斜导管与钻孔孔壁之间用泥浆充填，确保测斜管与土层紧密结合，变形一致。2.3.5 孔隙水压力计的埋设方法（1）作好埋设前的准备工作，尤其是透水石的煮沸及煮沸后的透水石需浸泡在冷开水中，不能露出水面。（2）钻孔。钻孔最好用全断面取土器成孔，不可水冲，一孔埋设一个测头。（3）埋设测头。将测头向下压入30cm至埋设高程。测头埋入土中后进行监控，确认其工作正常后，进行封孔。具体埋设见图2.4 孔隙

20、水压力仪测头埋设示意图。图2.4 孔隙水压力仪测头埋设示意图第四节 软基观测方法观测结果能否有效地表明加荷过程中地基的变化，与观测点的布置、观测方法、观测频率、仪器设备的可靠性等多方面的因素有关，但是观测方法是否有效是极其重要的。在施工过程中，观测的一个最重要的目的是控制加荷速率，保证施工安全。加荷速率的控制与地基土的性质、加荷方式及地基处理方法等因素有关，因此很难制订出一个统一的标准，工程实践证明，只有把孔隙水压力、沉降、水平位移等项目观测结果综合起来分析，并注意加荷结束后数天内的发展趋势，才能正确地判断地基是否处于危险状态。所用的仪器设备详见表2.2 主要使用仪器设备表。下面详述下安大桥桥

21、头平交改造工程采用的观测方法表2.2 主要使用仪器设备表编号名称主要指标用途备注1TOPCON GTS-311全站仪DJ2、2mm+2PPmL临时水准点复核2水准仪DS1沉降监控3测斜仪误差1mm水平位移监控4频率仪误差0.1Kpa孔隙水压力监控5CT-1型磁感应式分层沉降仪误差3mm分层沉降监控6配套的计算、分析、绘图设备2.4.1 表面沉降观测方法（1）表面沉降观测的目的表面沉降观测是最为基本最重要的观测项目之一，沉降观测资料反映了地基土在荷载作用下的变形特性，可以根据沉降资料计算地基的平均固结度和地基的平均的固结系数以及控制堆载施工的加载速率。用以查明荷载作用范围内外地面沉降及隆起情况，

22、是最常用的一种施工监控手段。所得的资料可以估算软土地基平均固结度，也可推算在荷载作用下地基的最终沉降量，沉降土方量，计算剩余沉降量，判断预压及超卸载时间。填土加载时利用沉降速率的变化采控制填土的时间间隔。在沉降速率10mmd时，必须停止加载。（2）观测基准点的方法在每一标段布设34个沉降观测基准点组成沉降观测高程控制网，在沉降观测开始前按二等水准测量精度要求将网内沉降观测基准点联测量两次。并将与道路施工高程控制网进行联测，按道路施工高程控制系统提供高程数据。（3）沉降板的监控沉降板测量从一个沉降观测基准点出发沿固定线路测至施工区域，沿道路将每个沉降板观测，最后闭合至另一个沉降观测基准点上。闭合

23、差应满足二等水准测量精度要求(见表2.3)，如闭合差超限全线路立即返工重测。每次观测按固定线路行进，每月对沉降观测高程控制网进行一次复测量，以确保沉降观测基准点可靠性。全站仪见图2.5，精密水准仪见图2.6。表2.3 二等水准测量主要精度要求每公里高差中误差水准仪型号水准尺闭合差视线长度前后视较差前后视累积查1mmDS1以上级铟瓦尺0.6L50m1m3m 图2.5 TOPCON GTS-311全站仪 图2.6 DS1精密水准仪（4）沉降杆连接时的观测：当路基填土至沉降杆观测基座，需将沉降杆接长。沉降杆接长后必须立即进行观测，同时测量出上下两个观测基座的高程，并计算出两个观测基座之间的高差。观测

24、成果经计算合格后，将下部观测基座锯掉。同时将连接部位掩埋，以防被破坏。2.4.2 分层沉降观测方法（1）分层沉降观测目的通过深层沉降观测可以测量到地基在沿深度方向各土层压缩情况，从而分析沉降的组成。（2）分层沉降观测基本原理目前深层沉降观测多采用电磁式分层沉降仪见图2.7，通过在钻孔的不同深度埋设铁环，当探头(内置电磁震荡线圈)经过铁环时(于进、出瞬间)，因磁场能量变化而发出声音，由声音来确定铁环的位置。 图2.7 分层沉降仪2.4.3 深孔水平位移观测方法（1）观测方法将全孔测斜专用导管预埋设后，测定导管的位置初始值。当土体发生移动时，测斜管也相应的产生形变。我们利用测斜仪定期对管道的形变情

25、况进行观测，然后通过向比较各期的观测数据，就能够得到管道沿深度在观测期间的形变情况。观测中，将测斜仪（见图2.8）探头沿测斜管导槽底部自下而上每隔50cm测得读数并提拉而上，直至孔口测完各个读数A0；然后将探头取出旋转180，按照同样方法测得A180；在与之垂直的导槽测得B0及B180。A0A180为A方向在各部位的读数差，B0B180为B方向在各部位的读数差。通过比较各位置的读数差与初始值，可求得各位置的相对位移变化量，即差数。对差数求和得到位移量；最后，对同一位置的位移量矢量合成，可求得深孔位移量。图2.8 测斜仪（2）深孔测斜原理 深孔测斜仪由测斜管、测斜仪、数字测读仪三部分组成。测斜管

26、内部对称分布四条十字型凹槽，作为测斜仪上下滑行的轨道。测斜仪外观测为细长金属鱼雷状控头，下、下两端有两轮子，上端有与读数仪相连的导线。测斜仪通过观测仪器轴线与铅垂线之间倾角的变化量，进而计算测斜管各深度测点的水平位移。2.4.4 孔隙水压力观测方法在淤泥层中的不同深度设置孔隙水压力计，观测淤泥层在预压固结期间的孔隙水压力消散情况及水位变化情况。根据这些数据了解地基强度、控制施工进度，并计算地基的平均固结度、地基土固结沉降量、剩余沉降量等。为确定卸载时间提供依据。当孔压系数=孔压增量u荷载增量p0.6时，必须停止加载。（1）观测目的：通过孔隙水压力观测可以测量到地基不同深度处土体中孔隙水压力随填

27、土荷载的变化情况，从而分析出土体中孔隙水压力消散程度和有效应力增长情况，控制加荷速率。（2）基本原理目前孔隙水压力多采用钢弦式孔隙水压力仪，钢弦式孔隙水压力仪（见图2.9）由测头和钢弦式频率计组成。当测头承受压力时，承压膜变形，固定于膜上的钢弦变形松弛，从而改变钢弦的自振频率，通过钢弦频率计接收钢弦的自振频率，计算出相应的孔隙水压力。 图2.9 孔隙水压力计第五节 软基监控点布置一个好的监控方案，必须在充分了解工程建设的特点、地质情况、设计意图，选择监控项目拟定可行的监控计划制定严格的软基监控程序及监控频率，按步骤、有序地进行，能及时地掌握工程的总体进度，及时发现和处理地基异常情况。2.5.1

28、 监控点总体设计原则监控仪器的平面布置原则，既要满足监控地基在施工期的安全要求，又要便于准确分析、验证地基加固处理效果，同时应经济可行。应注重选取沉降及沉降差大、稳定性差的路段，以及工程重点部位。施工监控的总体设计分为监控断面的纵向布置和仪器的横向布置两方面的内容。为了降低监控费用，同时保证监控数据的数量满足监控目的，我公司将下安大桥桥头平交改造工程的监控断面分为重点断面和一般断面。（1）监控断面的纵向布置原则：根据招标文件中“软基路段现场观测断面设置原则”中的规定；根据公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ0171996)的规定；根据土力学原理和广东省内的实践经验，软基破坏是平面问题，在

29、般路段，一般破坏长度至少80m长，因此应隔100m设一个普通监控断面；采用纵向布置采用重点监控断面和一般监控断面相结合的原则。下安大桥桥头平交改造工程施工设计图，及地质状况图。在含结构物路段至少布置1个观测断面；不同软基处理方法路段至少布置1个观测断面；在复合地基处理路段和袋装砂井排水固结路段的交接处至少布置1个观测断面。观测断面设置在排水固结处理路段内距交接线10m处，若两种处理方法的交接面与路线斜交，观测断面与交接面平行布置；根据地质资料和软基观测过程中确定的，有较深软弱土层的路段至少布置1个观测断面；路基填筑高度较大、路堤附近有较深鱼塘、清淤不彻底、地下水位较高、易受潮汐影响的路段，在设

30、置观测断面时应优先考虑；（2）重点监控断面纵向布置原则：地基软弱层深厚的路段，作为路堤施工过程的稳定性控制，观测项目：表面沉降、孔隙水压力、水平位移等；路堤填土高度高且软弱层厚的路段，作为路堤填筑施工过程的稳定性控制，观测项目：表面沉降、孔隙水压力、水平位移、分层沉降等；含结构物路段，且地基软弱层较深的路段，作为沉降分析和稳定性控制，观测项目：表面沉降、水平位移等；具有代表性的路段，作为分析相应路段沉降情况和稳定性评估，观测项目：表面沉降、孔隙水压力、水平位移等；不同地基处理方法的路段，作为处理效果评估，观测项目：表面沉降、孔隙水压力、土压力计等。2.5.2 监控断面仪器的横向布置原则（1）重点监控断面仪器的横向布置原则：表面沉降监控：测点应至少3个点，分别在路中、两边布，因为路基沉降以路中最大，向两侧减小。必须测得一个断面沉降曲线才能计算出沉降量。分层沉降及孔隙水压力测试：由于沉降深度以路中最大，因此这两个测试项目的测点应布置在路中央。为了提高孔隙水压力测试精度，应采用一孔一仪安装孔隙水压力测头。测斜：在淤泥深厚的地段设测斜管，仅设在最厚的一侧坡脚。典型