基础沉降观测作业指导书

基础工程沉降观测施工作业书

一、目的

编制基础工程沉降观测作业指导书的目的就是为了更好的指导现场作业人员能够更好地进行基础工程的沉降观测。

二、适用范围

本作业指导书适用于施工期及正式验收通过前的沉降观测评估工作。

三、总则

1、为指导郑西铁路客运专线做好施工期间的沉降观测，通过对路基、桥梁及隧道工程的沉降观测资料进行分析，预测工后沉降，提出加速路基沉降的措施，确定无碴轨道的铺设时间，评估路基工后沉降控制效果，确保无碴轨道结构的安全，制定本指导书。

2、无碴轨道铺设条件评估的重点应是线下工程的变形，评估应综合考虑沿线路方向各种结构物间的变形关系。

3、基础工程的沉降观测数据必须采用先进、成熟、科学的检测手段取得，且必须真实可靠，全面反映工程实际状况。

四、主要依据的标准及规范

1、《客运专线无碴轨道铺设条件评估技术指南》（铁建[2006]158 号）；

2、《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》；

3、《国家一、二等水准测量规范》（GB12879－91）

4、《工程测量规范》（GB0026－93）

5、《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054－97）

五、沉降变形监测网建立及测量技术要求

1、沉降监测网的建立、精度要求等应符合《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》的要求；

2、沉降监测网应在施工高程控制网的基础上进行加密建立，按二等水准测量的精度和测量方法要求进行施测。

3、高程基准网点间距一般不宜大于200m，以便于对沿线桥梁和路基等建筑物或构筑物进行沉降观测。隧道沉降观测高程基准网点应根据观测断面的布设情况合理设置。

4、观测前，对所使用的仪器和设备，应进行检验校正，并保留检验记录。

5、在沉降观测基准网建立后，应对水准基点做好保护工作，发现丢桩或桩位有移动现象，应尽快恢复和补测桩点。另外，应定期对沉降观测基准网进行复测，提出复测成果，复测周期不大于6 个月。

6、应使用精度不低于DSZ1 的自动安平水准仪或DS1 的气泡式水准仪，水准标尺应采用与之配套的带有两排分划的线条式铟瓦合金标尺，水准仪和水准标尺各项技术指标应符合《国家一、二等水准测量规范》（GB 12897-91）有关规定，在沉降观测前和沉降观测过程中的规定时间段应对仪器和标尺进行标定。

7、沉降观测置镜点、观测路线、观测人员、观测设备一般应固定，在成像清晰稳定的条件下进行观测，不得在日出后及日出前约半小时及其他不宜观测的天气情况下作业；作业中应经常对水准仪及水准尺的水准器和i 角进行检查；在同一测站观测时，不得两次调焦，以确保观测成果的质量。

8、每一设计单元的工程变形测量任务完成以后要及时进行测量成果整理，主要应提交下列沉降观测成果资料：

（1）施测方案；

（2）观测基准点与观测点平面布置图；

（3）仪器检验与校正资料；

（4）观测记录手簿；

（5）平差计算及测量成果表；

（6）沉降变形图表及沉降曲线。

六、路基

（一）一般规定

1、观测的目的是通过沉降观测，利用沉降观测资料分析、预测工后沉降，提出加速路基沉降的措施，确定无碴轨道的铺设时间，评估路基工后沉降控制效果，确保无碴轨道结构的安全。

2、路基上无碴轨道铺设前，应对路基变形作系统的评估，确认路基的工后沉降和变形满足无碴轨道铺设要求。

3、路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于6 个月的观测和调整期。观测数据不足以评估或工后沉降评估不能满足设计要求时，应延长观测或采取必要的加速或控制沉降的措施。

4、观测期内，路基沉降实测值超过设计值20％及以上时，应及时查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。

5、评估时发现异常现象或对原始记录资料存在疑问，要进行必要的检查。

（二）观测的内容

1、路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。

2、路堑沉降观测部位为基床表层的底面处。

3、路堤沉降是由路堤本体和地基组成，为了观测到路堤的沉降与时间的关

系，及沉降主要产生的部位，一般路堤观测的内容应为：基床底层顶面的路基总沉降和地基面处地基部分总沉降。

4、对于地基条件复杂和填土高度大的路堤，还包括如下内容：路堤中部的沉降观测；地基处理范围的下限处地基深部的沉降观测。

（三）观测断面和观测点的布置

1、观测断面布置

（1）沉降观测断面的间距一般不应大于50 m。地形、地质条件变化较大地段应适当加密（以设计文件为准），应不大于25m 布设一个断面。

（2）对地形横向坡度大或地层横向厚度变化的路基工点应布设不少于 1 个横向观测断面。

（3）一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2 个观测断面。

2、观测点布置

（1）沉降观测可在线路两侧地基、路肩和线路中心设置观测桩或在线路中心设置沉降板。

（2）对于路堤观测断面，在线路中心线布设一组沉降板，路肩两侧布设变形观测桩。

（3）有预压土路堑地段，每个路堑断面在线路中心设沉降板一组，两侧路肩各设观测桩1 个。无预压土路堑地段，每个路堑断面在两侧路肩各设观测桩1 个。

（4）组合式沉降板对于减少路基填筑的施工干扰有优势，可以在郑西客运专线试验使用。实施前应制定操作细则、做好培训。组合式沉降板路基沉降观测方法见附件一。

（5）沉降变形观测点设计图和埋设要求，结合具体设计方案并参照《无碴轨道铺设条件评估技术指南》，在实施性沉降观测设计方案中明确。

图1路堑沉降观测断面观测标志布置示意图

（四）沉降观测的频度

沉降观测分为四阶段进行，每个阶段的沉降观测的频次应根据沉降的发生与发展规律及沉降大小确定，一般应按照如下观测频度进行。

第一阶段：路基填筑施工期间的观测，主要观测路基填土施工期间地基与堤身的沉降变形以及路堤坡脚边桩位移与沉降。本阶段沉降观测应与施工配合，每填筑一层应观测一次；同时应保证不超过3 天观测1 次。

第二阶段：路基填筑施工完成且预压土方施加后，自然沉落期的沉降观测，该阶段应对路基基床底层顶面的沉降及路基基底沉降进行系统的观测，直到工后沉降评估可满足铺设无碴轨道的要求为止。本阶段的沉降观测频度为：第1～15 天每3 天一次，第16～90 天每7 天一次，第90～180 天每15 天一次。

第三阶段：预压土方卸载、铺设基床表层（级配碎石层）、无碴轨道铺设期间及正式运营前的观测。本阶段的沉降观测频度为：前15 天每3 天一次，第15 天后每7天一次。

第四阶段：试运营期间的观测（对于需进行运营期进行沉降观测的路基）。本阶段的沉降观测主要进行路基面观测桩的观测，一般每月1 次，必要时进行路基本体沉降及地基土沉降的观测。实际工作进行时，观测时间的间隔还要看地基的沉降值和沉降速率，两次连续观测的沉降差值大于4mm 时应加密观测频次。当出现沉降突变、地下水变化及降雨等外部环境变化时应增加观测频次。

（五）观测精度要求

沉降水准的测量精度为±1 mm，读数取位至0.1 mm。

（六）沉降观测要求

为达到路基沉降观测的目的，建立沉降与时间的关系，了解产生沉降的部位，沉降观测应考虑如下要求。

1. 为了观测到各部位的总沉降，从路基填土开始，沉降观测也随即进行。

2. 沉降标志的埋设是在施工过程中进行的，填筑施工要与标志的埋设作好协调，做到互不干扰、影响。路堤的填筑进度要及时告知负责埋设沉降板的人员，避免错过最佳埋设机会。观测设施的埋设及沉降观测工作应按本指导书所要求，不能影响路基填筑质量的均匀性。

3. 在沉降板埋设基本不影响施工的条件下，路基的施工应作到碾压的均匀性，质量的一致性，使沉降观测资料具有良好的代表性。

4. 为了分析施工期沉降和工后沉降、施工期沉降与总沉降的关系以及验证推算工后沉降方法的准确性，对部分有代表性路基（暂定工程试验段），进行运营期间的长期沉降观测，以期得到最终沉降量。

（七）评估方法和判定标准

1、观测资料整理

（1）采用统一的《郑西客运专线路基沉降观测记录表》（见附表）做好观

测数据的记录与整理。

（2）根据观测资料，及时完成有关图表的绘制，主要包括：

1) 每个观测标志点的荷载——时间——沉降曲线；

2) 绘制每个观测标志点的Σsn ——Σsn + sn 曲线

图4 Σsn＋1 ——Σsn + sn＋1 曲线（Σsn 为横坐标，Σsn + sn＋1 纵坐标）

sn 为时间段每n 天的沉降值，Σsn 为时间段每n 天沉降值的累计值，在同一图上绘有沉降标准曲线，曲线示意如图4。

（3）对沉降观测资料及时分析，尤其是在预压期，应对路基沉降的发展趋势进行分析，分析意见及时报郑西公司和咨询项目部，以便在必要时采取补救措施。

2、路基沉降分析评估工作应根据下列资料综合分析：

（1）路基沉降观测资料。

（2）路基地段的线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、设计图纸和说明

书、沉降计算报告(包括不同阶段的设计沉降值与时间的关系曲线)等相关设计资料。

（3）施工过程、施工核查以及填料、级配、地基和压实检验情况等施工资料。

（4）施工质量控制过程和抽检情况等监理资料。

3、评估分析方法

（1）路基沉降预测应采用曲线回归法，常用方法有：双曲线法、固结度对数配合法（三点法）、抛物线法、指数曲线法、修正指数曲线法、沉降速率法、星野法、泊松曲线法等曲线拟合方法推算工后沉降（详见附件二《路基沉降常用预测方法》）。黄土地区沉降曲线适合用何种方法推算工后沉降，需要结合沉降观测与预测的课题成果分析研究确定。

（2）路基沉降预测曲线回归法应满足以下要求：

●根据路基填筑完成或堆载预压后不少于3 个月的实际观测数据作回归分析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于0.92；

●沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于3 个月的两次预测最终沉降的差值不应大于8 mm；

（3）路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件：

s(t)/s(t=∞)≥75%

式中s(t)——预测时的沉降观测值；

s(t=∞)——预测的最终沉降值。

注：沉降和时间以路基填筑完成或堆载预压后为起始点。

（4）设计沉降计算总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差值原则上不宜大于10mm。

（5）路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于6 个月的观测和调整期，持续沉降观测不少于6 个月的时间，根据这6 个月以上的监测数据，绘制“时间-沉降量"曲线，按实测沉降数据分析并推算总沉降量、工后沉降值，初步确定无碴轨道铺设时间。观测数据不足以评估或工后沉降评估不能满足设计要求时，应继续观测或采取必要的加速或控制沉降的措施。

（6）在3 个月后进行第一次预测，根据3 个月的监测数据，绘制“时间-沉降量"曲线，按实测沉降数据初步预测6 月的沉降量及剩余沉降量，以决定运架梁的时间。

（7）当推算的工后沉降值满足评估标准时，才能铺设无碴轨道。当沉降分析结果表明无碴轨道不能在计划的工期铺设时，则要研究确定是延长路基摆放时间，还是采取调整预压土高度、调整预压土卸荷时间、增加地基加固等工程措施。

3、评估标准

（1）根据实测沉降观测资料推算的路基工后沉降量不超过扣件允许的沉降调高量15mm；

（2）沉降比较均匀的路基，推算最大工后沉降量不超过30mm，并且调整

轨面高程后圆顺的竖曲线半径应不小于0 .4v sj 2（v sj为设计最高速度，km/h）；

（3）路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000。

七、桥梁

（一）一般规定

1. 无碴轨道铺设前，应对桥涵变形作系统的评估，确认桥涵基础沉降变形等符合设计要求。

2. 通过各施工阶段对墩台沉降的观测，验证和校核设计理论、设计计算方法，并根据沉降资料的分析预测总沉降和工后沉降量，进而确定桥梁工后沉降是否满足铺设无碴轨道要求。

3. 根据沉降资料分析，对沉降量可能超标的墩台研究对策，提出改进措施，以保证桥梁工程的安全；同时积累实体桥梁工程的沉降观测资料，为完善桩基础沉降分析方法作技术储备。

4. 桥涵主体工程完工后，沉降观测期一般应不少于6 个月；岩石地基等良好地质区段的桥梁，沉降观测期应不少于2 个月。观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。

5. 观测期内，基础沉降实测值超过设计值20％及以上时，应及时查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。

（二）沉降观测的内容

桥墩、桥台、涵洞各个施工阶段的垂直沉降。

（三）沉降观测点的布置

1. 桥梁

(1) 桥梁工程的每个墩、台均要进行沉降观测，观测标志应尽量靠近地面（水面）。

(2) 桥墩：观测点原则上应设在墩身上，数量每墩不少于4 处，分别设在每个墩的墩身四角，观测点距地面（水面）高度应在1m 左右，特殊情况可按照确保观测精度、方便观测、利于测点保护的原则根据具体情况确定。

(3) 桥台：观测点原则上应设在台顶（台帽及背墙顶），数量每台不少于4 处，分别设在台帽两侧及背墙两侧（横桥向）。

2．涵洞

每个涵洞均要进行沉降观测，数量每涵不少于6 处，观测点原则上应设在涵洞两侧边墙上，在涵洞进出口及涵洞中心分别设置。

3．沉降变形观测点设计图和埋设要求，在实施性沉降观测设计方案已明确。

（四）观测精度

桥涵基础沉降变形的观测精度为±l mm，读数取位至0.1 mm。

（五）沉降观测频度

每阶段的沉降观测，在开始时一般可每周观测一次，以后视两次观测沉降量的变化情况，可适当调整沉降观测的频度，但两次的观测沉降量不宜大于1mm，具体要求见下表1 和表2：

表1 墩台基础沉降观测频次

注：测试墩台沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

表2 涵洞基础沉降观测频次

注：测试涵洞沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

（六）评估方法和判定标准

1、观测资料整理表

（1）采用统一的《郑西客运专线路基沉降观测记录表》（见附表）做好观测数据的记录与整理。

（2）根据观测资料，及时绘制每个观测标志点的荷载——时间——沉降曲线；

2、分析评估前应收集下列资料：

（1）桥涵沉降及变形观测资料。

（2）桥涵地段线路纵断面图、工程地质纵横断面图、桥涵设计图纸和说明书、沉降计算报告等相关设计资料。

（3）施工过程、施工核查、施工记录和原材料检验情况等施工资料。

（4）施工质量控制过程和抽检情况等监理资料。

3、评估分析方法

（1）桥涵基础沉降分析评估应采用曲线回归法。对于预制梁桥，基础沉降应按墩台混凝土施工后、架梁前及架梁后三阶段进行；对于原位施工的桥梁及涵洞，基础沉降应根据实际施工状态及荷载变化情况划分阶段。

（2）根据桥涵实际荷载情况及观测数据，应作回归分析及预测，综合确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数应不低于0.92。首次回归分析时，观测期不应少于桥涵主体工程完工后3 个月；对于岩石地基等良好地质的桥涵，不应少于1 个月。

（3）两次回归结果预测的最终沉降的差值不应大于8mm 。两次预测的时间间隔一般不少于3 个月；对于岩石地基等良好地质的桥涵，不应少于1 个月。

（4）桥梁主体结构完工至无碴轨道铺设前，沉降预测的时间应满足以下条件：

s(t)/s(t=∞)≥75%

式中：S(t)——预测时的的沉降观测值；

S(t=∞)——预测的最终沉降值。

4、评估标准

根据实测沉降观测资料推算的工后沉降应符合下列标准：

（1）桥墩台均匀沉降量≤20mm；

（2）相临墩台沉降量之差≤5mm 。

（3）涵洞基础工后沉降不应大于15mm。

八、隧道

（一）一般规定

1. 隧道沉降观测的目的主要是利用观测资料的工后沉降分析结果，指导无碴轨道的铺设时间。无碴轨道铺设前，应对隧道基础沉降作系统的评估，确认其工后沉降符合设计要求。

2. 隧道主体工程完工后，变形观测期原则上不应少于3 个月。观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。

3. 评估时发现异常现象或对原始记录资料存在疑问，应进行必要的检查。

（二）沉降观测的内容

隧道工程沉降观测是指隧道内线路基础的沉降观测，即隧道的仰拱部分。其它如洞顶地表沉降、拱顶下沉、断面收敛变形等不列入本沉降观测的内容。

（三）沉降观测点的布置

1. 黄土隧道的进出口进行地基处理的地段，从洞口起每25m 布设一个断面。

2. 隧道内一般地段沉降观测断面的布设根据地质围岩级别确定，一般情况下Ⅲ级围岩每400m、Ⅳ级围岩每300m、Ⅴ级围岩每200m 布设一个观测断面；

3. 明暗交界处、围岩变化段及变形缝位置应至少布设两个断面；

4. 地应力较大、断层破碎带、膨胀土、湿陷性黄土等不良和复杂地质区段适当加密布设。

5. 隧道洞口至分界里程范围内应至少布设一个观测断面。

6. 隧道工程完成后，每个观测断面在相应于两侧边墙处设一对沉降观测点，原则上设于高于盖板0.3m 处。

7. 沉降变形观测点设计图和埋设要求，设计单位结合具体设计方案并参照《无碴轨道铺设条件评估技术指南》，在实施性沉降观测设计方案中明确。

（四）观测精度

沉降水准的测量精度为±1mm，读数取位至0.1mm。

（五）沉降观测频度

1. 沉降观测的开始时间是在仰拱施工结束后立即进行，至隧道沉降稳定，进行定期观测并详细记录观测资料、绘制沉降时程曲线。

2. 变形观测一般不少于3 个月。当观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。沉降观测时间分为三个阶段：

(1) 第一阶段是仰拱施工结束到沉降稳定。

(2) 第二阶段为无碴轨道铺设期间。

(3) 第三阶段为无碴轨道铺设后3 个月。

3. 每阶段的沉降观测在开始时可一般每周观测一次，以后可根据两次观测的沉降量调整沉降观测的频度，但两次的观测沉降量不宜大于1mm。具体见表3：

表3 隧道基础沉降观测频次

（六）分析评估方法及判定标准

1、观测资料整理

（1）采用统一的《郑西客运专线路基沉降观测记录表》（见附表）做好观测数据的记录与整理。

（2）根据观测资料，及时绘制每个观测标志点的荷载——时间——沉降曲线；

2、分析评估前应收集下列资料：

（1）隧道基础沉降观测资料。

（2）隧道地段的线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、地质勘查报告、设计图纸和说明书、沉降计算报告等相关设计资料。

（3）隧道开挖地质描述及开挖围岩分级记录、Ⅳ～Ⅵ级围岩地段基底承载力检测情况、施工监控量测资料、仰拱施工分项工程验收记录等施工资料。

（4）施工质量控制过程和抽检情况等监理资料。

3、评估分析方法与评估标准

（1）隧道内无碴轨道铺设条件的评估应根据有关设计、施工和监理的资料及交接检验和复检的结果进行综合分析。

（2）隧道基础的沉降预测评估方法参照路基执行。

（3）地质条件较好、沉降趋于稳定且设计及实测沉降总量差不大于5mm 时，可判定沉降满足无碴轨道铺设条件。

（4）预测的隧道基础工后沉降值不应大于15mm。

九、过渡段

（一）一般规定

1. 桥涵两端的过渡段、路隧过渡段及堑堤过渡段均需进行沉降观测。

2. 过渡段工后沉降的分析评估应沿线路方向考虑各观测断面和各种结构物之间的关系综合进行。

3. 对线路不同下部基础结构物之间以及不同地基条件或不同地基处理方法之间形成的各种过渡段，应重点分析评估其差异沉降。

（二）观测点布置与观测频次

1. 过渡段应考虑线路纵向平顺性和不同结构物差异沉降的观测和评估，不同结构物起点处、距起点5～10m、20～30m、50m 处分别设置观测断面。

2. 过渡段观测点设置参照路堤。原则上采用剖面沉降管（或采用沉降板）。剖面沉降管在桩顶垫层施工完毕后，填土至0.6m 高度碾压密实后切槽埋设，开槽宽度20-30cm，开槽深度至垫层顶面，回填中粗砂至0.2m 高度时敷设剖面沉降管（剖面沉降管及管接头内穿入用于拉动测头的铟钢丝绳），其上夯填中粗砂至碾压面。剖面沉降管敷设完成后，在两头设置0.5m×0.5m×0.95m 素混凝土保护墩，并于管口处设置观测桩。观测桩建议采用C15 素混凝土灌注，断面采用0.5m×0.5m×1.0m，并于桩顶预埋耐磨测头。

3. 沉降观测装置的具体埋设位置应符合设计要求，且埋设稳定。观测期间应对观测装置采取有效的保护措施。

（三）观测精度

沉降水准的测量精度为±l mm，读数取位至0．1 mm；剖面沉降观测的精度不低于4mm／30 m。

（四）沉降观测频度

沉降观测的频次不低于一般路基的规定。当环境条件发生变化或数据异常时，应及时观测。

（五）评估方法和判定标准

1. 分析评估工作应根据下列资料综合分析：

（1）过渡段不同结构物的基础沉降观测资料。

（2）过渡段区域的工程地质纵横断面图、设计图纸和说明书、沉降计算报告(包括不同阶段的设计沉降值与时间的关系曲线)等相关设计资料。

（3）施工过程、施工核查以及填料、级配、地基和压实检验情况等施工资料。

（4）施工质量控制过程和抽检情况等监理资料。

2. 过渡段沉降的预测评估方法参照路基执行。

3. 过渡段不同结构物间的预测差异沉降不应大于5 mm。预测沉降引起沿线路方向的折角不应大于1／1000。

十、组织与管理

（一）主要工作内容

1、沉降监测基准网的布设、测量及成果处理，形成稳固可靠的沉降观测基准网；

2、布设沉降观测点及观测断面，埋设观测元器件；沉降观测点及观测断面的沉降观测；

3、沉降观测数据的处理、审核、汇总；

4、沉降变形图表的绘制、分析及沉降趋势预测；

5、无碴轨道铺设时机评估和相应工程措施建议。

（二）工作分工与职责