市政道路工程沉降监测实施方案

洞头县新城二期市政道路工程

承担单位：温州大学建工学院

通讯地址：浙江省温州市茶山高教园区温州大学建工学院邮政编码：沉降监测研究实施方案 325035

2014年11月

一、工程背景

洞头县城市开发建设指挥部拟建的洞头县新城二期市政道路工程，主要有海景大道、鹿西路、半屏路、三盘路、经三路、经四路、纬二路、大门环路、霓屿路等。拟建道路呈纵横交错，分布于整个场地（见图1）。拟建市政道路路基下部多为软土路段，地基土具有天然含水量高、孔隙比大、渗透性差、压缩性高、强度低等特点，土基强度过于软弱，路基修筑易引起差异沉降、沉降量大、沉降时间长、地基失稳等不良工程地质问题。

图1 拟建市政道路示意图

软弱土路基工程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质和施工条件等复杂因素的影响，很难单纯从理论上预测施工中遇到的问题。现场原位观测可以监控施工期路基稳定性，检验路基加固效果，保证工程质量；揭示路基变形规律，据此预测工后沉降，指导后期施工安排；为施工提供及时的反馈信息，做到信息化施工；监测数据和成果是现场管理人员和技术人员判别工程是否安全及判断路基处理施工质量的依据；另一方面，设计人员通过实测结果可以修改和完善原有的设计方案，确保后续路基、路面施工的安全顺利进行。

二、工程地质条件

拟建道路沿线范围内的区域地貌单元主要属剥蚀残丘前缘滨海区冲海积平原，

原为

滩涂经围垦回填而成。工区内地形平坦开阔，原地面高程一般为0.78～5.83m，局部位于剥蚀残丘区，略有起伏。

根据勘探资料分析，工区内工程涉深范围内地层表部为人工素填土，上部为全新统冲海积相软土，主要由淤泥、含砂淤泥、粘性土组成，局部夹碎砾石透镜体，碎砾石成份多为凝灰岩，磨圆度中等，分选性一般，粒径一般小于10cm；下部为前第四纪地层，主要为上侏罗统高坞组火山凝灰岩，上覆残坡积土层，局部直接出露地表。

各拟建道路沿线地基多为软土路段，工程区勘探深度范围内土层结构分布如下： ①素填土 灰黄色，湿，松散-中密状，主要由块石、碎石、砾砂组成，碎块石粒径以200-400mm为主，个别>500mm，含量50-80%，其余为砾砂和粘性土。为近3-5年回填，土质不均匀。层顶标高0.78～5.83米，层厚0.50～19.20米。

②1淤泥质粘土（mQ42）灰褐色，流塑状为主，局部软塑状，高压缩性。全场大部分区域有分布，层顶埋深0.50～16.20米，层顶标高1.66～-13.83米，层厚0.70～6.60米。

②2淤泥（mQ42）灰色，流塑状，高压缩性，偶见粉细砂、贝壳碎屑和半炭化植物碎屑。全场大部分区域有分布，层顶埋深3.00～15.20米，层顶标高-0.14～-12.30米，层厚2.20～10.80米。

②3淤泥（mQ42）青灰色，流塑状，高压缩性，偶见粉细砂、贝壳碎屑和半炭化植物碎屑。全场大部分区域有分布，层顶埋深9.80～22.80米，层顶标高-6.30～-20.43米，层厚2.50～16.40米。

③1淤泥质粘土（mQ41）深灰色，流塑-软塑状，高压缩性。见有贝壳碎屑和半炭化植物碎屑，偶含粉粒、粉砂团块或薄夹层。局部分布，层顶埋深17.50～29.50米，层顶标高-16.58～-27.34米，揭露层厚1.30～14.00米。

③3含粉质粘土角砾（al-mQ41）灰黄色，褐黄色，稍密-中密状，碎石含量20～40%，粒径以20～50mm为主，角砾含量30～40%；砂含量10～30%，粘性土含量10～20%。土质不均匀，局部以粘性土为主。局部分布，层顶埋深16.00～28.70米，层顶标高-13.85～-25.96米，揭露层厚0.90～3.10米。

④1粉质粘土（al-lQ32-2）灰黄、褐黄色，软塑-可塑状，中-高压缩性。见铁锰质氧化斑点，局部夹粉细砂，局部砂含量较多。层顶埋深16.60～39.00米，层顶标高-12.62～-36.83米，揭露层厚0.90～19.50米。

④1a含粉质粘土角砾（alQ32-2）灰黄色，褐黄色，稍密-中密状，碎石含量30～50%，粒径以20～50mm为主，角砾含量30～40%；砂含量10～20%，粘性土含量5～15%。土质不均匀，局部以粘性土为主。层顶埋深17.10～29.10米，层顶标高-13.27～-26.19米，揭露层厚0.80～13.50米。

④2粘土（mQ32-2）灰色，流塑-可塑状，中-高压缩性。局部分布，层顶埋深27.00～39.00米，层顶标高-23.50～-37.90米，揭露厚度1.90～14.10米。

⑤1粉质粘土（al-lQ32-1）灰黄-灰色，可塑状，中-高压缩性。见铁锰质氧化斑点，局部夹粉细砂，局部砂含量较多，相变为粘质粉土。零星分布，层顶埋深32.00～50.00米，层顶标高-28.99～-48.90米，揭露层厚2.50～20.50米。

⑨含粉质粘土角砾（el-dlQ）灰黄色，黄褐色，中密状为主，局部松散或密实状。碎石含量30～40%，粒径以20～50mm为主，角砾含量30～40%；砂含量10～20%，粘性土含量5～15%。土质不均匀，局部以粘性土为主。零星分布，层顶埋深0.00～63.00米，层顶标高5.91～-62.07米，揭露层厚1.10～23.90米。

⑩1全风化凝灰岩（J3X）

灰黄色，黄褐色，灰白色，软塑-可塑状，中等压缩性。原岩矿物成分已难以分辨，已风化成粘性土夹砂状，局部含少量未风化完全的碎砾石，遇水易软化。

总体而言，工区全线大部地段为软土路基，上部均分布有的冲海相软土，属软土路段。软土具高天然含水量、高孔隙比、高压缩性、渗透性差、强度低等特点，土质极差。

三、工程重点问题

洞头县新城二期拟建市政道路，要求路网前期可做施工道路，后期可做围垦区永久性主干道路，避免重复施工，造成人力物力资源的浪费。但该模式对于前期规划要求较高，通过类似工程可以发现，目前围垦区的路网建设过程中会存在诸多问题：围垦区地基压缩性强，工后沉降及不均匀沉降大，会导致后期建成的路面变形、开裂及桥头跳车等工程问题，从而影响行车舒适性，威胁行车安全，增加维护费用。同时，道路的过大不均匀沉降会引起道路下面的水、电、气等管道破裂（见图2）。

图2 软弱土地区市政道路建设工程问题

道路路基固结沉降计算可以采用分层总和法的得到，如下所示：

S=ψ∑in ∆pziHiUi Eci

式中，ψ为修正系数，基于监测资料进行修正；Eci—第i层土体的等向压缩模量；Δpzi—第i层土体的平均附加负压；Hi—第i层土体的厚度；Ui—第i层土体的固结度。Eci由自重下K0固结等向固结试验得到，也可由等向压缩模量近似代替。

通过以往类似区域的工程地质和试验数据资料计算发现，路基沉降远远大于一级公路一般路段工后沉降30cm的要求。因此必须进行相应的地基处理措施，同时进行沉降监测，沉降稳定且工后沉降满足规范要求后再进行永久性道路面层建设。

目前拟建市政道路拟采取的地基处理措施为强夯，但在在道路建设工程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件等复杂因素的影响，很难单纯从理论上预测路基沉降大小及固结度。同时根据类似垦区地基处理案例分析，如果处理深度不足，地基沉降无法在短时间内稳定。

因此，必须对围垦区路网在建设及施工使用期间的沉降进行试验研究，结合沉降及工后沉降要求确定路基填筑高度，判断沉降是否稳定，分析工后沉降是否能够满足要求，进行永久性道路的面层施工。

四、试验方案

路基沉降观测断面的设置及观测内容根据沉降控制要求、地形地质条件、地基处理方法、路堤高度、等具体情况并结合施工工期确定，同时还需根据施工核对的地质、地形等情况调整或增设。初定如下：

4.1 试验设计依据

（1）《洞头县新城二期市政道路建设工程设计》，中国市政工程华北设计研究总院第一设计研究院，2013年03月；

（2）《洞头县新城二期市政道路工程地质详细勘察报告》，温州工程勘察院有限公司，

2012年05月；

（3）《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）；

（4）《公路勘测规范》（JTG C10-2007）；

（5）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；

（6）《工程测量规范》GB50026-2007；

（7）《建筑物变形测量规范》JGJ8-2007；

（8）本工程其它相关设计文件。

4.2 试验目的

现场原位观测可以监控路基沉降，揭示软基变形规律，据此预测沉降是否稳定及工后沉降是否满足规范要求，指导后期永久性道路建设的进度安排；为支路施工提供及时的反馈信息，做到信息化施工；另一方面，设计人员通过实测结果可以修改和完善原有的设计方案，确保路网建设的安全顺利进行。

4.3 试验原则

（1）现场试验工作必须“目的明确、方案可行、经济安全”，在确保地基安全及充分评价加固效果的前提下应做到经济节约。

（2）在场地地形地质情况进行全面、深入分析的基础上，对重点部位、重要因素进行重要监测。

（3）试验仪器和方法的选用，遵循技术成熟、方法可靠以及高精度、高灵敏度、强适应性和稳定性的原则，并侧重考虑现场的环境条件。

（4）既保证现场观测的质和量，更注重对观测资料的整理、分析和利用，并根据观测资料及时对路基处理的效果及路基沉降情况进行判断。

（5）试验点的布置遵循代表性原则、最不利原则，在确保全面性的前提下，力求经济性原则，以减小投入。

4.4 试验内容

主要由现场试验和室内试验两部分组成，现场试验内容包括：地表沉降、分层沉降、孔隙水压力，室内试验内容主要为采用先进仪器设备研究分析静力和动荷载作用下软土地基土体物理力学指标变化规律等。

4.4.1 地表沉降监测

回填地面沉降观测，观测点的布置遵循在平面上大致均匀分布同时兼顾重点部位的原则，沿线路方向每100m布置一个断面，每个断面布置3点。

（1）沉降标埋设

由于回填地面强夯施工即将开始，因此沉降标采用钢筋HRB335钢筋，直径25mm，将路面夯实后直接在原地面埋设，为保持稳定，沉降标埋入地表不小于50cm，标露出地表 30cm。

沉降标埋设后，随即观测顶部标高，沉降点观测位置要固定，作为以后每次观测位置的依据。在整个观测期，应注意好沉降标不受破坏或被盗。如有损坏或被盗应及时修复，并恢复观测数据，确保观测数据的连续性。

（2）测量仪器

沉降观测所用水准仪为DSZ2自动安平精密水准仪，水准仪必须定期检查及校正，确保i角小于20″。水准尺采用3米长的铟瓦水准尺（配对）。

（3）沉降观测方法

沉降观测按二等水准精度进行，沉降测量精度的测量精度为±1mm，读取位至 0.1mm。以确保准确评价路基沉降情况，观测时，前、后视距尽量相等，以消除i角的影响。同时，视距不得超过100m。视线高度要求三丝均能读数，观测中要特别注意水准尺的垂直，即复合水准气泡的居中。水准点与沉降点之间一般直接观测，最多可转一次，转点时必须用尺垫。

闭合差按下式调整：

δi=-

式中：δi—高差改正数；

fh—闭合差；

[l]—水准路线总长度；

li—测段前、后视距之和。

4.4.2 分层沉降监测

（1）沉降标埋设 fhl li

观测不同深度土层沉降可了解不同深度的土层经加固处理后的沉降和土体固结程度，分层沉降观测点平面上约每1000m布置一点；每个分层沉降监测点拟在垂直方向布置7个磁环，用以确定不同位移的土层压缩量，孔深25m。埋设时首先在地表将磁环按预设位置套放固定在波纹管上，再将设置好磁环的波纹管套置于分层沉降管上，以确保沉降磁环不被分层沉降管卡住可自由移动，分层沉降管底端应予以封闭。然后在选定好的位置上采用30钻机钻孔至设计深度，再将套置好波纹管及磁环的分层沉降管放入孔中，再向孔中分层沉降管周围回填细沙。

（2）测量仪器

CS型尺式沉降仪，精度±1mm。

（3）分层沉降观测方法

分层沉降磁环埋设后应进行初读数采集，先进行水准测量确定出管口高层，再采用放入沉降管内的蜂鸣式沉降仪测头测试沉降磁环位置，当沉降仪测头到达沉降环安装位置时，沉降仪将发出蜂鸣声，此时，测读连接在沉降仪上的软尺刻度，确定沉降环离沉降管口的距离，前后两次监测距离之差即为测点沉降环的沉降量。在真空预压过程中，由于地基沉降产生沉降管可能下沉，应定期监测沉降管口高程是否产生下沉，并及时修正测点的沉降量。

4.4.3 孔隙水压力监测

（1）孔压观测点布置

孔隙水压力监测约每1000m布置一个钻孔，每个钻孔布置2只孔压计，了解土体中不同深度的孔压消散情况，根据不同深度孔隙水压力随时间的变化规律，可以了解不同深度土体的固结情况和强度增长趋势。

埋设时根据测点布置位置，钻机定位，采用φ108提土器开孔，孔深达测点以上20-50cm左右为止。钻孔完成后，向钻孔内倒入清水至孔口，将浸入清水中的孔压计连同装满清水的塑料袋迅速提出放入钻孔内，当透水石浸入钻孔水中时，撕破塑料袋弃之，钻杆接上压具，这时需五人配合操作，二人分别提拉护套上二根铅丝，一个拿孔压计将钻杆压具插入护管内，电缆从护管槽口引出，手握孔压计和电缆连同钻杆与铅丝垂直同步放入钻孔内，一个负责接长钻杆，一个操作钻机，孔压计到达孔底，用管钳夹住钻杆垂直平稳压入20-50cm，到所需深度为止；检测孔压计埋设后性能，小心提起钻杆，稍等片刻，用频率仪检查频率变化是否正常，若发现有异常，可利用铅丝将孔压计提起；用泥球投入钻机，并不断摇动铅丝使泥球封至孔底。各测点孔压计埋设完毕后，理顺电缆线，归拢成一束，用编织布缠绕扎紧，沿观测箱方向挖一深为30cm，宽20cm的沟，沟底铺垫5-10cm厚黄砂，将归拢成一束的电缆呈波浪形摆好，引致加固区场边，铺上20cm厚黄砂，上面再回土填平；孔压计之间用膨润土泥球封堵。埋设完成后测试至稳定，以确定初始值。

（2）观测所用仪器

孔隙水压力观测采用精度

（3）资料整理

按下式计算孔隙水压力：

P=K（fi2-f02）+B

式中：

P—被测孔压计的应力（kPa）；

K—标定系数（kPa/Hz2）；

fi—在荷载P作用下钢铉的自震频率（Hz）;

f0—无荷载时钢铉的自震频率（Hz）;

B—常数(kPa)。

4.4.4 室内试验

（1） 复杂应力路径下洞头县新城二期软粘土的各向异性试验研究

1）利用GDS双向振动三轴仪进行洞头县新城二期饱和软粘土的应力路径试验，研究由于施工等实际工程中引起的土体各向异性；

2）利用GDSHCA进行洞头县新城二期饱和软粘土的定向剪切试验，研究实际工程中由于大主应力方向变化所造成的土体各向异性。

（2） 不同工程条件下洞头县新城二期软粘土的初始剪切模量试验研究

1）利用弯曲元联合GDS双向动三轴仪进行不同围压、不同初始剪应力等条件下洞头县新城二期饱和软粘土的初始剪切模量；

2）获得不同条件下洞头县新城二期饱和软粘土初始剪切模量的统一表达式，为工程设计提供参数。

3）静动力加载条件下洞头县新城二期软粘土的模量与阻尼比试验研究

（3） 利用GDS静动三轴仪进行洞头县新城二期软粘土在不同应力路径下的固结不排

水剪切试验，研究静力条件下土体的模量软化现象；

（4） 利用GDS静动三轴仪进行洞头县新城二期软粘土循环加载试验，研究动力条件下

土体的模量和阻尼比随应变的变化情况。

（5） 长期循环荷载作用下洞头县新城二期软粘土变形特性试验研究

利用GDS双向振动三轴仪进行洞头县新城二期饱和软粘土的长期循环荷载试验（100000次以上），研究不同固结条件、初始剪应力、应力水平以及排水条件下软粘土的长期变形特性；

（6） 洞头县新城二期软粘土临界动应力水平试验研究

利用GDS双向振动三轴仪进行洞头县新城二期饱和软粘土在不同应力水平下的变

形特性，确定洞头县新城二期软粘土的门槛循环应力比、临界循环应力比和容许循环应力比取值。

（7） 主应力轴旋转下洞头县新城二期软粘土的动力特性研究

利用GDS空心圆柱扭剪系统进行主应力轴旋转下洞头县新城二期饱和软粘土的动力特性试验，研究交通荷载引起的真实应力路径下软粘土的长期沉降。

4.5 工期及工况频率

道路施工期沉降监测段：

强夯施工后三个月内，地面沉降监测、分层沉降监测、孔隙水压力监测，每7天监测一次。三个月后，每半个月监测一次，根据类似工程估计监测工期为3年。

4.6 试验分析与成果提交

本次测量结束，下次测量之前提交书面监测报告；所有监测任务结束后2个月内提交总报告。

4.7 监测工作规划及开展步骤

（1）场地地质情况调查监测位置选择

为后续监测工作质量，现阶段应做好场地地质情况调查工作，选择测点进行物理力学性质试验，选择好监测点、监测设施的布置位置，做到不放过重点部位，确保监测工作的针对性。

（2）基准点、标志点的布设

基准点的布置是关系到监测成果准确可靠与否的关键因素，监测工作开始前应针对现场实际情况，对基准点进行优化布置，并设置一定数量的替补基准点。

（3）沉降标埋设及垦区施工阶段的监测及分析

在监测工作开始前应做好各监测设施点、标志的埋设，埋设后应有一定的稳定期，并确保成活率，应做好相关内容的观测工作，并加强对监测结果的分析处理。

五、预期成果

（1）现场试验分析报告，明确洞头县新城二期路网变形发展趋势及沉降规律，为围垦区路基处理提供理论依据，为永久性道路建设提供判断标准；

（2）完善相关围垦区路网路基设计、处理规范规定中关于路基沉降部分内容。

六、实施进度

现场试验过程依托于洞头县新城二期拟建市政道路工程建设，时间进度参考回填地面强夯施工时间开展，持续时间由现场试验时间决定，时间节点参考如下：

2014.12.01—2014.12.31：细化现场监测方案，沉降板加工、制作，试验材料购置、

试验设备调试等；

2015.01.01—2015.03.31：试验人员进场，长期运营段钻孔、埋设沉降观测装置等； （现场施工段根据施工单位进度另行安排） 2015.04.01— 现场监测阶段 七、拟投入仪器设备

为确保本次监测工作顺利完成，现场试验拟投入如下监测仪器设备：

八、业主协作计划

（1）施工现场附近提供宿舍一间（3名测试人员、安装空调）、设备及试验材料仓库一间。安排现场试验就餐地点，费用自理。 （2）提供现场沉降观测基准点。

（3）施工单位对现场布点、埋设、钻探、测量等过程做好配合工作，并协助试验点的保护。

九、监测预算书

1. 测试内容、数量及单价（包含材料费、埋设费、测试费等）

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注：1、本工程监测工期三年，监测时间从场地强夯施工后开始。 2. 总费用

监测总费用为813160元。

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