高標準鐵路路基沉降變形監測解決方案

2022-05-31 10:48:02 字數 4824 閱讀 6878

單點沉降計,分層沉降計

一、沉降監測的意義

路基沉降是高標準鐵路建設的重要難題之一。通過我國多年路基穩定性處理經驗的總結,過去常規使用的方法,如沙樁、粉噴樁、堆載預壓、真空預壓、強夯等均不能很好的滿足高標準鐵路路堤路基穩定性處理的要求。目前,大規模採用的處理方法為以cf基樁(或管樁)和土木複合材料組成的樁網復合結構處理方法。

該方法能解決不同地質條件下的高標準鐵路路基穩定性處理的要求,能使路堤基礎在較短時間內沉降變形趨於穩定,達到工後「零」沉降的要求(一般工後總沉降不大於15mm)。

樁網復合路基處理結構是通過地質勘探資料和路基荷載(即路堤標高)情況,確定cf基樁的密度、大小、強度和樁身長度等指標。以上指標的變化將大幅影響工程建造費用。因此合理選擇既能確保路基穩定,又能減少工程建造成本。

雖然設計者已對路基穩定性作了充分考慮,但是絕對的零沉降是不可能的。路基沉降滿足下列曲線形度。

路堤填築完成後,時間越長路基穩定性越好。也就是說,路堤填築完成一定時間後,路基沉降變形趨於穩定,並且可以根據歷史沉降資料**工後一定時間內總的沉降量。因此,準確的沉降監測具有非常重要的意義。

具體體現在以下幾點。

1、 對勘探、設計具有驗證作用,積累不同地質條件下的路基處理經驗,提高設計水平。

2、 對施工質量水平的監測。如cf基樁的密度、大小、長度以及樁身混凝土強度達不到設計要求時,路基可能長時間不能達到穩定目標,影響工程質量水平和工程建設工期。

3、 控制工期。通過沉降趨勢和沉降**評估,確定上部結構的施工時間。如何時可以澆注軌道板、何時可以鋪設軌道等。因此,沉降觀測是工程分部和竣工驗收的重要依據。

4、 工後營運期進行沉降監測是線路列車營運舒適度、行駛速度、營運安全、工程維護與保養、使用壽命等評估的重要基礎依據。

二、傳統沉降觀測的方法及其優缺點。

沉降監測方法分為兩大類,傳統法和電測法。傳統法簡單實用,人工測量,精度不高,能滿足一般路基沉降監測的要求。電測法是近年發展起來的新技術,由於採用最先進技術,測量精度高、穩定可靠。

可全自動化監測,既能路基沉降施工控制又能進行營運安全監測。近年被廣泛應用於高鐵、高速公路、大壩、特大型建築和地下工程等領域。

1、 沉降板法

沉降板法測量路基沉降是一種傳統方法,將沉降板放置在原位路基面,路堤施工填築時不斷引接測桿和保護管。由於路基沉降時沉降板和測桿會隨之沉降,通過精密水準儀人工測量測桿頂端標高。

2、 沉降磁環法

沉降磁環法也是一種較為傳統的方法,將沉降管鑽孔埋設在路基一定深度,同樣是路堤施工填築時不斷引接沉降管,由於路基沉降時沉降磁環會隨之沉降。通過精密水準儀人工測量沉降管頂端標高,通過磁環檢測尺測量沉降管頂端與每個沉降磁環的距離從而確定路基分層沉降。

傳統路基沉降測量方法的優點:簡單實用,費用少,能滿足一般路基沉降監測的要求。

傳統路基沉降測量方法的缺點:

● 測量誤差大,不能滿足高標準鐵路路基沉降變形監測要求。在測量人員認真負責的情況下其誤差也在亳公尺級以上,高標準鐵路路基沉降變形監測誤差要求必須在1亳公尺以下,否則不能反應其沉降趨勢和**評估工後沉降指標。

● 人為誤差大,由於測量人員的責任心、測量素質,測量水平及其測量習慣不同將導致更大的人為誤差。

● 測量勞動強度大,費工費時

● 干擾施工,路堤施工填築時不斷引接的沉降測桿或沉降管往往豎立在路堤**,嚴重干擾施工,影響工程施工質量和施工進度。

● 路堤填築施工存留質量缺陷,路堤**豎立的沉降測桿或沉降管周圍不能通過機械充分碾壓,只能人工夯實,這樣極易造成路基區域性「鍋底式」的凹陷。另外,沉降測桿或沉降管留存的孔或導致路堤防雨水滲漏缺陷,影響路堤含水量指標,從而影響路堤穩定性指標。

● 易損壞,由於其干擾施工,難免施工過程中損壞沉降測桿或沉降管,特別是大多數工程均存在日夜趕工現象,損壞嚴重。據不完全統計,目前在建的和己建成的高鐵專案中70%的沉降測桿或沉降管遭遇損壞,且損壞後不能修復,即使修復其資料也無法使用。

● 由於其易損壞,而沉降觀測資料又是重要的評估和驗收依據,因此虛假沉降觀測資料頻頻出現。

三、單點沉降計

1、簡介

單點沉降計是採用磁通調頻技術原理設計的一款智慧型位移感測器,測量的位移值只與電感線圈和導磁體(塞杆)**圈中的位置有關。因此單點位移計具有高可靠性、高精度、高穩定性等特點。適應於高標準路基沉降穩定性的長期監測。

單點沉降計是長沙金碼高科技實業****的發明產品,己獲國家專利。產品己在衡大、紹懷、京珠等高速公路,武廣、京滬、石武、武漢城際、杭恿等高速鐵路廣泛應用,生產與使用時間己超過8年,累積銷售產品近2萬只,使用的工程專案上百個,深受使用者好評,完全滿足高標準鐵路路基沉降變形監測的高精度,高可靠性,高穩定性的要求。

產品己完成5次修改並定型,設計使用壽命30年,產品防水,防潮,防鏽蝕,抗雷擊,抗碾壓。傳統路基沉降測量方法存在的缺點在單點沉降計上己得到近乎完美的解決。並且有如下顯著特點:

● 採用進口高效能部件(美國智慧型晶元、進口不鏽鋼導磁體)精密工藝加工製造,具有高靈敏度、高精度、高可靠性、高穩定性等優點,適應惡劣環境和長期監測。

● 感測器內建智慧型晶元和存貯器,將出廠率定的擬合曲線存貯在感測器內,測量時自動完成非線性修正和溫度修正,減小了測量誤差。

● 智慧型數碼感測器具有智慧型記憶功能,出廠時將感測器型號、編號存貯在感測器內(具有電子編號),無需人工線頭編號,防止因測試線被剪斷,線頭編號混亂或丟失等情況致使感測器無法使用,保證了工程監測監控的安全進行。

● 內建存貯器可將測量資料存貯在感測器內(400次迴圈覆蓋),測量記錄丟失時可從感測器內**測量的所有資料,保障了測量資料的安全,且便於第三方複核。

● 感測器的智慧型化可使測量資料的記錄、分析、處理「無紙化」,讀數儀存貯被測值(物理量、溫度)的同時還自動存貯感測器型號、編號、測量時間等相關引數,通過讀數儀與計算機連線上載到您的excel文件。有了上述引數就可以知道工程結構在什麼工況(時間決定)、什麼位置(編號決定)、何種物理量(型號決定)的引數變化。上述功能使您的監測工作變得簡單、直接,資料整理時無人為錯誤,且方便測量資料的後台處理(存檔、製表、製圖等分析)。

● 採用全數字檢測,訊號遠距離傳輸不失真、抗干擾能力強。

● 測量精度0.1%、絕對誤差≤±0.3mm,靈敏度:0.01mm

● 單點沉降計採用鑽孔埋設方式,鑽孔深度達持力層,並將錨頭注漿錨固,沉降盤直徑為300mm,不鏽鋼測桿直徑為16/20mm,保證測量值與土體沉降變形值相一致。

● 引線長度:單點沉降計採用數字頻率輸出訊號,可遠距離傳送,最多可達600m。

● 工作溫度:所有電子元器件採用軍品級產品,完全滿足-5℃~60℃工作環境的溫度要求。

● 長期穩定性:產品所有元器件、生產工藝採用高可靠設計製造,設計使用壽命30年,長期穩定性不少於15年。

● 配套相應的沉降觀測分析軟體:配備有高標準高速鐵路客運專線路基沉降變形觀測專用測試與分析軟體,具有資料採集、資料分析、沉降**、資料包表等軟體模組,詳見技術方案軟體介紹部分。

2、結構組成與工作原理

● 結構組成:

單點沉降計主要由沉降盤、智慧型

磁通調頻位移計、導磁體(塞杆)、

蛇紋管、測桿、測桿直螺紋接頭、錨

頭,測試導線等組成。

● 技術指標

量程:100mm、200mm、300mm、

400mm四檔任選。

測量誤差:0.1%fs。

長期穩定性:0.5%fs。

靈敏度:0.01%fs。

● 工作原理

單點沉降計是以持力層作為不動點,將錨頭錨固在持力層上,通過加長測桿連線精密磁通調頻智慧型位移感測器,將沉降盤安裝在路基原位或路堤頂端並與位移感測器的另一端連線,這樣就可精密測量在路堤荷載作用下路基沉降變形。並根據歷史資料**評估工程工後可能發生的沉降總量。

3、適用地層條件:

● 路基工後沉降變形總量≤400mm

設計時根據預估沉降總量選用適當的型號與量程。量程過大時,影響測量精度,過小時,將超出量程範圍而不能使用。量程選擇為預估沉降總量的120~150%,如下表:

● 錨固深度h≤100公尺

單點沉降計的錨頭應鑽孔埋設並錨固於持力層或稱基岩層。基岩層太深時將增加埋設難度,也不利灌槳錨固錨頭,因此也可根據路堤荷載情況確定錨頭錨固深度,錨固深度在路堤荷載應力影響線下方即可,錨固深度h≥100公尺時不宜使用單點沉降計。

單點沉降計配有兩種測桿,當h≤30m時選用直徑為φ16mm的不鏽鋼測桿。當h≥30m時選用直徑為φ22mm的不鏽鋼測桿。

● 相對沉降變形測量

單點沉降計是測量沉降盤與錨頭之間的相對沉降位移變化,因此單點沉降計也可測量路堤、填築層或不同地質層面的分層沉降變形。

4、監測方法

● 路基處理完成之後,路堤填築前7~15天埋設,提前埋設有利於測點的穩定。

● 產品埋設完成後,測試第一次資料,檢查元件是否安裝正常,測值應在量程範圍之內且為量程的90%左右,路基發生隆起時也可觀測。

● 第一次填築且碾壓後測試第二次資料並進行調零操作,記錄零點的絕對位移值,也就是說將第二次測量的資料作為零點。因為地基鑽孔擾動路基後或回填不是十分充分時,可能有快速沉降的資料形成。該資料一般不完全是路基沉降的實際資料。

● 測量週期:路基填築期間和填築完成後15天之內每天測量1~2次。有堆載預壓時,堆載預壓期間和解除安裝後15天之內每天測量1~2次,以後每2~3天測量一次,3~6個月後每七天測量1次。

根據路基沉降穩定性指標可適當調整測量週期。

5、埋設方法

單點沉降計的埋設至關重要,不正確的埋設

方法將影響測量精度或損壞單點沉降計。因此,

必須嚴格操作,正確使用。

● 選點:根據設計選擇測點埋設位置,作好記錄。

● 挖乙個φ500mm深300~500mm的圓坑。將沉

降盤埋設在地表-300~500mm 處,防止施工整平時

損壞單點沉降計

● 釆用地質勘探鑽機造孔。

單點沉降計採用鑽孔埋設方法安裝,普通地

質勘探鑽機即可完成。造孔垂直度誤差≤2°,造

孔直徑φ90mm~φ110mm,鑽孔深度可根據設計要

求而定。

a、普通沉降測量,深度達強風化岩層。

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