路基沉降与稳定监测报告(10标)

报告编号：bdl2012-00009

郴州至宁远高速公路十标（K164+850-K189+800） 路基沉降与稳定监测报告

中交第一公路工程局有限公司土木技术研究院

二○一二年六月

注 意 事 项

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目 录

第1章 概 况 ............................................................................................................................................... - 2 -

1.1 工程概况 ......................................................................................................................................... - 2 -

1.2 工程地质、水文地质情况 ............................................................................................................. - 2 -

1.2.1 地理位置及交通条件 ......................................................................................................... - 2 -

1.2.2 工程地质 ............................................................................................................................. - 2 -

1.2.3 地质构造 ............................................................................................................................. - 3 -

1.2.4 气象、水文地质条件 ......................................................................................................... - 4 -

1.2.5 不良工程地质与特殊性岩土 ............................................................................................. - 4 -

第2章 监测目的及监测方案编制依据 ..................................................................................................... - 4 -

2.1 监测目的 ......................................................................................................................................... - 4 -

2.2 监测方案编制依据 ......................................................................................................................... - 5 -

第3章 监测实施 ......................................................................................................................................... - 6 -

3.1 监测原理 ......................................................................................................................................... - 6 -

3.2 监测点布置 ..................................................................................................................................... - 6 -

3.3 监测方法及监测精度 ................................................................................................................... - 11 -

3.3.1 沉降监测方法及精度 ....................................................................................................... - 11 -

3.3.2 稳定性监测方法及精度 ................................................................................................... - 11 -

3.4 监测频率及监测周期 ................................................................................................................... - 12 -

第4章 监测报警值 ................................................................................................................................... - 12 -

第5章 监测结果 ....................................................................................................................................... - 12 -

5.1 累计沉降量-时间曲线 ................................................................................................................. - 12 -

5.2 沉降速率-时间曲线 ..................................................................................................................... - 14 -

5.3 水平位移监测结果 ....................................................................................................................... - 17 -

5.4 最大累计沉降量与最大沉降速率 ............................................................................................... - 17 -

第6章 结论与建议 ................................................................................................................................... - 17 -

第1章 概 况

1.1 工程概况

厦门-成都（M70）高速公路是《国家重点公路建设规划》中的横向线路之一，是东中西部地区向东通往厦门、台湾的出海通道，向西通往大西南、联系东盟诸国的陆路要道。路线起于福建厦门，经江西赣州、湖南郴州、宁远、广西桂林、贵州贵阳，最终到达四川省省会成都。本项目作为厦成高速公路湖南境内的一部分，纵贯湖南南部地区，项目的建成，将纵向的京珠国道主干线（G030）和二广国家高速公路连接起来，形成纵横交织的交通网络，有效改善湖南省南部地区的交通联系，形成湖南省以及东中西部省份通往厦门、台湾的东西交通大动脉。厦成高速公路从湖南过境经郴州、永州，进入广西，在湖南境内长度约300公里，郴州至宁远段是其中一部分，共长约110公里，途径郴州、永州两市。

湖南省郴州至宁远段第10合同段（K164+850-K189+800），起点与第9合同段相接，起于桂阳县燕塘乡头上洞，往西经陈家、周家、花屋、花果村、嘉禾县龙潭镇石陂头、山斗元、杉树下，止于嘉禾县龙潭镇金塘村，与第11合同段相接，全长约9.258公里。其建设地点位于郴州市桂阳县燕塘乡-嘉禾县龙潭镇，建设单位为湖南省高速公路建设开发总公司，勘察单位为北京建达道桥咨询有限公司，监理单位为浙江通衢交通建设监理咨询有限公司，施工单位为浙江省交通工程建设集团第三交通工程有限公司。为确保路基的安全稳定，受浙江省交通工程建设集团第三交通工程有限公司委托，中交第一公路工程局有限公司土木技术研究院承担了该项目的沉降与稳定性（水平位移）监测任务。

1.2 工程地质、水文地质情况

1.2.1 地理位置及交通条件

本路段位于郴州市桂阳县燕塘乡和嘉禾县龙潭镇境内。线路基本上处于省道S322之南边，且相距较近，在线路附近的村庄，均有简易公路和机耕道与省道S322相连，总体交通较方便。

1.2.2 工程地质

本合同段的线路走廊带的地形为低山、丘陵地貌；标高一般在270-370m 之间，相对高差50-100m ，地形坡度较陡。线路行经区，植被发育，农作物以水稻为主；原生植物以油茶林、松林和灌木杂草为主，栽培植物多为杉树、果树等经济林。本路段地层岩性复杂，

出露的地层主要有第四系、石炭系和泥盆系。现地层分布和岩性组合特征述如下：

（1）第四系全新统(Q4) ：主要分布于冲沟、低洼和河流地段，厚度变化较大，一般为

1-5m ，为冲积的软塑-硬塑状亚黏土、黏土层，局部山沟存在有软塑状的淤泥质黏土。

（2）第四系更新统(Qp ) ：主要为残坡积的亚黏土、黏土层，主要于山包和山坡处，呈

硬塑状-坚硬状，其厚度变化较大，一般为5-10m ；在白云岩和白云质灰岩分布区的厚度较大，最厚处可达30余米，而且多数地段为高液限黏土。

（3）石炭系下统（C 1）：石炭系下统地层在线路上分布广泛，其岩性较复杂，在白云

岩和白云质灰岩中，岩石的风化差异较大，局部地段见强风化层厚度大于30m ；弱风化岩石上部裂隙发育，受构造影响，地层重复出现，岩层产状变化也较大。

（4）石炭系下统岩关组上段（C 1y 2）：以薄层-中厚层状白云质灰岩与泥质灰岩、泥灰

岩呈互层状组合，主要分布线路起点的K164+942~174+200地段（桂阳县燕塘乡-嘉禾县龙潭镇），受构造影响，地层有重复现象。

（5）石炭系下统岩关组下段（C 1y 1）：以薄层-厚层状白云岩、白云质灰岩为主，主要

分布线路起点的K164+942~174+200地段（桂阳县燕塘乡-嘉禾县龙潭镇），受构造影响，地层有重复现象。

图1.1 施工现场

1.2.3 地质构造

本线路段地处湘南耒阳-临武南北向构造带中，位于袁家向斜构造之东部，以及次级褶皱与伴生断层为主未发现深大断裂和活动性断裂构造。发现的主要构造形迹有花屋向斜，组成向斜构造的主要岩层为石炭系下统岩关组的中-厚层白云岩夹白云质灰岩，其东

翼岩层产状为276°∠250°-300°，西翼岩层产状为104°∠400°-520°。由于基岩风化较强烈，地表基岩露头较差，其构造形迹不明显。

1.2.4 气象、水文地质条件

线路所在地区属亚热带季风性湿润气候，春暖多雨，夏季干热，秋凉冬冷；春秋短，夏冬长，四季分明；光照充足，雨量充沛，无霜期长。地区年平均气温在17.75℃左右，年日照达1347.3~1615.3小时。年降雨量1470~1500mm，年最大降雨量为2248mm 。春、夏两季为雨季，降水量约占全年的70%，其中以春季降水量最多，秋、冬两季降水量最少。区域内4~8月为多风期。

沿线地表水主要为陶家河（无利河）、溪沟，水的流量一般随季节变化而变化。根据地下水赋存条件，沿线地下水主要为第四系覆盖层中的上层滞水、孔隙潜水、承压水及基岩中的裂隙水和碳酸盐岩的岩溶水。上层滞水、孔隙潜水主要蕴藏在粒状土层中；基岩裂隙水主要赋存于岩石节理、裂隙中，接受大气降水补给，一般水量较小；在节理、裂隙发育的岩石中，水量相对较大。地下水水位随大气降水及季节的变化而变化；而碳酸盐岩的岩溶水则往往分布于岩溶发育地带，在地势低洼地段形成一些上升泉，成为当地居民的生活用水。

1.2.5 不良工程地质与特殊性岩土

路线所经区主要为碳酸盐岩分布区，在白云岩、白云质灰岩和灰岩中发育不同程度的岩溶。主要表现为溶洞、溶隙和溶槽，尤其在K164+850-K167+200地段更为发育。根据钻探资料表明，溶洞在垂直方向多呈串珠状分布，小的为0.60m ，大的达9.50m ，多溶洞中有软塑状黏土和砂泥质充填。

软弱土层主要见于沿线在地下水相对较发育或冲沟水塘的下游地段，分布有0.50-3.80m 厚的灰褐色、深灰色、黄灰色的软塑状黏性土，以及水塘中1.0m 以内的淤泥质黏土，对路基的稳定性不利。

第2章 监测目的及监测方案编制依据

2.1 监测目的

复杂多变的地形、地貌、地质条件是高速公路路基施工和长期稳定所面临的共同课题，对这些问题的了解程度和处理成功与否将直接影响到公路的整体质量。这其中，软土地基、特殊土路基、高填方路堤、半填半挖路堤、陡坡路堤、岩溶地基、填切交界频繁等不利因

素更是路基修筑的棘手问题。由于各种理论计算方法本身的局限性及工程地质条件的复杂性，沉降完全依靠理论计算具有较大的局限性，实测的沉降值则是各种影响因素综合作用下的真实值，故利用沉降实测数据来推算路基的沉降量具有很重要的意义。为了得到较为准确的后期沉降量推算结果，必须对路基的沉降进行准确的观测。通过观测数据，采用合适的预测方法，对今后沉降做出预测，为施工及营运保养提供参考。为此建设单位为确保质量，需要成立专门的机构进行沉降观测和变形控制，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。沉降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。

沿线地质构造比较复杂，多为山区，沟壑纵横，存在大量高填路基、半填半挖路基及陡（斜）坡路基。路堑边坡岩土层易被水流冲刷，在地下水及地表面流外界因素的作用下，其稳定性降低，产生局部小滑塌、变形及不均匀沉降的可能性较大。为了优质高效建好郴宁高速公路，就必须密切关注不同工程地质条件下路堤填筑过程中或填筑后的地基变形动态，也就是必须进行不同支撑条件下路基沉降和稳定性（水平位移）的动态观测，为指导施工及时提供可靠的参考数据。本次观测目的如下：

（1）用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）根据监测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，控制和保证高速公路工程质量；

（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，检验地基工程处理效果和施工方案的正确性。

（5）通过观测数据，采用科学预测方法，对今后沉降做出预测，为施工及营运保养提供参考。

2.2 监测方案编制依据

（1）交通部《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；

（2）交通部《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）；

（3）交通部《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）；

（4）交通部《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）；

（5）交通部《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2003）；

（6）交通部公路规划设计院《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）；

（7）郴宁高速公路的地质勘测资料、施工设计图及有关技术文件；

（8）关于做好郴宁高速公路路基沉降与稳定性观测统计的通知；

（9）郴宁高速公路路基沉降与稳定观测合同书。

第3章 监测实施

3.1 监测原理

首先，选取观测基准点(水准点和位置控制点) 。水准路线是沿公路路线布设，水准点宜设于公路中心线两侧50～300m 范围之内；大桥、隧道口及其他大型构造物两端，增设水准点。由于一些施工单位难以提供稳定可靠的观测基准点，可以在施工之初，从施工控制点上转测到牢固点，作基准点，为日后检查或引测工作基准点之用；然后确定工作基准点(作业场地) ；最后布设整体网观测点和局部特征点。

本次工作内容分为沉降监测及稳定性（水平位移）监测，所有监测项目如表3.1所示：

表3.1 监测项目与监测目的

3.2 监测点布置

3.2.1 监测断面布置原则

变形观测点应设置在需要观测的位置处，它直接反映出测点处变形情况，因此，测点的设置位置不仅要根据设计要求，同时还应针对施工掌握的地质、地形情况调整或增设。沉降和稳定观测点最好设在同一断面上，这样有利于测点看护，便于集中观测，统一观测频率，更重要的是便于各观测项目数据的综合分析。其布置原则如下：

3.2.1.1 原地面沉降监测断面布置原则

1．软土地段路基原地面沉降观测断面布置原则

（1）软土地段路基指软土深度大于3m ，没有进行清淤处理，采用粉喷桩、碎石桩等其它形式处理的软土地段。

（2）观测断面的纵向设置间距为100m ，每一软土地段观测断面设置数量不少于2个。当软土地段路基长度在100m 范围内时，观测断面设置数量不应少于1个。

（3）软土地段路堤为高填方路堤（填方高度大于10m ）时，应进行深层沉降及水平位移观测。

2．高填方路基原地面沉降观测断面布置原则

（1）高填方路基指填土为红粘土，填土高度大于10m 或填土为其它材料，填土（石）高度大于20m 的路基。

（2）观测断面的纵向设置间距为150m ，每一高填方地段观测断面设置数量不少于2个。当高填方地段长度在150m 范围内时，观测断面设置数量不应少于1个。

3.2.1.2 水平位移监测断面布置原则

1．横向半填半挖的填方路基水平位移观测断面布置原则

（1）原地面坡率大于1:1，且填方高度大于6m 的路基，在坡脚布置位移桩（或测斜管）。

（2）观测断面的纵向设置间距为50m ，每一处观测断面设置数量不少于2个。

（3）原地面坡率大于1:1，且填方高度大于10m 的路基，在坡脚布置测斜管。

2．不稳定挖方边坡水平位移观测断面布置原则

（1）不稳定挖方边坡指挖方边坡高、土质松散、含水量高、岩层产状顺层、节理发育、裂隙水丰富、处在古滑坡范围之内等不稳定条件下的挖方边坡。

（2）观测断面的纵向设置间距为40-50m ，每一处观测断面设置数量不少于2个位移桩。

高挖方路堑水平位移观测点置如图3.1。

3.2.2 沉降与稳定监测点的布置 3.2.2.1 沉降监测点的布置

沉降板埋设分为地表和路床底埋设两种，前者观测地表沉降，后者观测路堤总沉降。沉降板由200mm 长、内直径为25mm 的钢管和600mm×600mm×9mm的底面钢板组成。底部钢管用互成120°的撑脚三角板焊接在沉降板中心处，节管用管箍连接。节管顶部用护管帽盖住。地表埋设时，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。实际操作时，在第一层压实面上挖土坑（深30～40cm ），管顶应低于原压实面15~20cm，随即测量管顶至底板高差，填土夯实至管顶，并测量管顶标高(初读数) ，回填土并夯实至原压实面，以保护沉降管，堆30～40cm 砂石层作标记，当第二层土施工完毕后，在管顶位置接上第二节钢管。观测时，每节管的顶面有上、下管定标高，下节管顶面标高用于计算第一次沉降量，上节管顶标高作为下次计算沉降量的数据。随着填土的增高，测杆和套管也相应接高，接高后的测杆顶面略高于套管上口，套管上口应加盖封住管口，避免填料落入管内而影响测杆下沉自由度，循序逐节升高，重复上述工作。路堤总沉降观测是在路床底当路堤填土至路床底时及时埋设观测总沉降的沉降板，其形式与地表沉降板相同，只是观测接管较少。一般路堤的沉降板设置在路中心，横向半填半挖的填方路基、高路堤、软基地段根据实际情况增设路肩及坡趾测点。 3.2.2.2 稳定性监测点的布置

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组成。

1．路堤边桩的布设

在路基的填筑过程中，由于路堤荷载的作用，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每隔2～3m 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，最后用小钉在边桩上标定桩位。边桩设置个数以控制路基稳定为目的确定，一般沿纵向每隔100～200m 设置一个观测断面，构造物台背路段设置2～3个观测断面。边桩采用钢筋混凝土预制，砼标号不小于25号，长度1.2m ，方形断面，边长15cm ，桩顶预埋特制测头。边桩的埋置深度以地表以下不小于1.0m 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。水平位移采用铟钢尺位移计量测或单三角前方交会法观测，地表垂直位移采用高程观测法。

2．高挖方边坡边桩的布设

路堑开挖过程中，在山体荷载和地下水荷载的作用下，路堑边坡可能滑坡，因此要在高挖方路堑边坡处设置若干边桩(位移桩) 。位移桩的布设（图3.1）根据边坡地质条件确定，一般在边坡平台上每隔40-50m 设置一个观测桩，并且上下两排观测桩呈梅花形布置，最后用小钉在边桩上标定桩位。边桩的布设主要在挖方比较高的路基地段，此边桩的几何尺寸和结构与路堤边桩一样。

3.2.2.3 沉降观测板及位移桩埋设情况

观测组自2009年9月19号至2011年9月28号共完成了42个观测点，包括28块沉降板（破坏板4块）和14根稳定观测点位移桩的埋设及观测。具体布设情况见下表3.2。

表3.2 沉降观测板及位移桩布设情况一览表

现场埋设沉降观测板见图3.2。

图3.2 沉降板

现场埋设的位移桩见图3.3。

图3.3 位移桩

3.3 监测方法及监测精度

3.3.1 沉降监测方法及精度

高速公路地基及路堤沉降量的变化相当复杂，它与设计总沉降量的大小、监测频率、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。

根据施工全过程的沉降监测的不同要求，路堤施工全过程沉降监测水准测量等级、精度指标和对仪器的要求如表3.3所示。

表3.3 路堤施工全过程沉降监测水准测量等级、精度指标和对仪器的要求

3.3.2 稳定性监测方法及精度

路基水平位移的监测精度要求与监测的方法和监测的仪器有关：当采用单三角前方交

会法监测时，监测仪器采用J1或J2经纬仪，方向监测水平角误差为±2.5″；当采用视准线监测方法时，监测仪器采用光电测距仪，测距仪误差为±（5mm+5PPm.D）。

3.4 监测频率及监测周期

由于监测对象及其各种条件不同，关于监测周期的确定，目前还不能得出确切的计算公式，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监测，通常按加载阶段和变形是否稳定确定监测周期。公路施工一般分为填筑期、预压期和路面施工期三个阶段。对软土地基段、采空区和岩溶区：第一阶段，荷载逐渐加大，沉降速度较快，正常情况下7天左右观测一次；第二阶段，预压初期每半月观测一次，以后可每月观测1～2次；第三阶段，路面每填筑一层观测一次，或每月观测一次。对其它普通高填路段可每月观测1～2次，但在超高填路堤的填筑后期应适当加大监测频率，每半月监测一次。但既定周期并不是一成不变的，当有特殊要求或发现有异常情况时，适当缩短监测周期。

第4章 监测报警值

根据设计要求与有关工程经验，在路基填筑期，为了保证路基的稳定，一般以控制路基月沉降速率300mm/月、高路堤边坡坡脚水平位移速率150mm/月进行施工填土。该标段在最近几月观测时段内基本上都满足该控制标准，路基月沉降速率在K165+335路段处达到最大值，即为219.9mm/月。所有位移桩的水平位移速率都满足控制标准，与沉降观测结果符合。

当施工期的监测项目指标超出上述控制标准时，及时通知有关单位，暂停施工，确保施工期地基安全。

对监测数据进行分析，出现下列情况之一时，立即报告监理、业主，建议施工暂停，并采取措施进行处理。

（1）监测数据有不断增大的趋势；

（2）支护结构变形过大或出现明显的受力裂缝且不断发展； （3）时态曲线长时间没有变缓趋势。

第5章 监测结果

5.1 累计沉降量-时间曲线

图5.1 K164+995累计沉降量-时间曲线

图5.2 K165+335累计沉降量-时间曲线

图5.3 K165+715累计沉降量-时间曲线

图5.4 K166+310累计沉降量-时间曲线

图5.5 K168+535累计沉降量-时间曲线

图5.6 K170+660累计沉降量-时间曲线

图5.7 K172+885累计沉降量-时间曲线

5.2 沉降速率-时间曲线

图5.8 K164+995沉降速率-时间曲线

图5.9 K165+335沉降速率-时间曲线

图5.10 K165+715沉降速率-时间曲线

图5.11 K166+310沉降速率-时间曲线

图5.12 K168+535沉降速率-时间曲线

图5.13 K170+660沉降速率-时间曲线

图5.14 K172+885沉降速率-时间曲线

5.3 水平位移监测结果

表5.1 C10水平位移监测结果汇总表

5.4 最大累计沉降量与最大沉降速率

表5.2 C10 最大累计沉降量、最大沉降速率统计表

第6章 结论与建议

本合同段在监测期间，共完成了42个监测点的布置和监测，其中包括28个沉降观测点和14个稳定性（水平位移）观测点；因施工影响，有4处沉降观测点损坏。本合同段最大累计沉降量为363.6mm ，最大沉降速率为219.9mm/月，最大水平位移为154mm ，各点的沉降量和位移量均在规范和设计文件规定的范围内。