【摘要】本文针对路基施工期沉降的危害，结合工程实践，介绍了路基施工中沉降观测设置的方法及沉降观测的要求和方法，通过具体工程实例对观测数据进行了分析，提出了提高路基工程质量的措施，从而保证铁路施工质量。
【关键词】铁路；路基；沉降观测
一、工程概况
我单位承担兰新客运专线DK1557+422-DK1600+000段沉降观测工作，全段为无碴轨道，需要在施工过程中进行沉降观测。本段路基共38km、桥梁4km，其中路基形式为路堤。
二、沉降观测方案
1、工作基准点的布置
基点以铁路勘察第一设计院提供的CPI、CPII高程点为基准，按二等水准测量的方法进行加密，水准基点沿线路300～400米设�Z一个，水准基点要求有较高的稳定性，其埋设深度应在冻土层以下1.0m为宜，顶部应为不锈钢钢头。如下图：
2、沉降观测点布置原则
沉降观测点埋设在需要测定的沉降变形体上。点位应设在能反应沉降变形体的特征部位，不但要求牢固、便于观测、形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。沉降变形点按路基、桥涵、隧道等各专业布点要求进行。
2.1观测点的间距一般不大于50m，每三个Ⅰ型观测断面设置一个Ⅲ型观测断面。路堤段路基设Ⅰ型观测断面，应在基底位�Z线路中心线上布�Z沉降板；基床底层施工完毕预压土堆载之前在距左右线各5.0m位�Z埋设沉降监测桩，基床表层施工完毕在距左右线各1.5m和线路中心线位�Z埋设沉降监测桩。Ⅲ型观测断面横剖面管埋设于路基基底碎石垫层顶面处，由于本段路基有些路基为正改线并行，因此剖面管应贯穿与正改线路基，剖面管两侧设�Z素混凝土保护墩；基床表层施工完毕后在距左右线各1.5m处和路堤中心埋设沉降监测桩。见附图：
2.2、路涵过渡段沉降标设置
涵洞每侧外边缘2m设置一个Ⅰ型沉降断面包括沉降板和沉降监桩，在涵洞顶部沿过渡段对角线方向埋设一个Ⅲ型断面，以观测涵洞本身的总沉降和差异沉降。见附图：
2.2、路桥过渡段沉降标设�Z：
在距桥头1m处设置设�Z一个Ⅱ型断面，0m设置一个Ⅲ型断面，10m、30m
处设�Z2个Ⅰ型断面，具体见附图：桥台路桥过渡段沉降监测平面布置示意图
3、沉降观测标的制作
3.1、沉降监测桩：桩体选择Φ20mm不锈钢棒，顶部磨圆并刻画十字线，底部焊接弯钩，待基床表层级配碎石施工完成后，通过测量埋�Z在监测断面设计位�Z，埋�Z深度0.5m，桩周0.15m用C20混凝土浇筑固定，完成埋设后按二等水准标准测量桩顶标高作为初始读数。
3.2、沉降板：由底板、金属测杆（φ40mm镀锌铁管）及保护套（φ75mmPV管）组成。底板尺寸为50cm×50cm，厚5cm。按二等水准标准测量沉降板标高变化。
①沉降板埋设位�Z应按设计测量确定，埋设位�Z处可垫10cm砂垫层找平，埋设时确保测杆与地面垂直。
②放好沉降板后，回填一定厚度的垫层，再套上保护套管，保护套管略低于沉降板测杆，上口加盖封住管口，并在其周围填筑相应填料稳定套管，完成沉降板的埋设工作。
③按二等水准标准测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高读数作为初始读数，随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测杆和保护套管，每次接长高度以0.5m为宜，接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。金属测杆用螺丝套扣连接，保护套管用PVC管外接头连接。
3.3、定点式剖面沉降测试压力计：定点式剖面沉降测试压力计底板采用沉降板底板，埋设位�Z应按设计测量确定；埋设位�Z处可垫10cm砂垫层找平，埋设时确保底板水平，填土至0.6m高度碾压密后开一小凹坑将压力计放入坑内，用细粒土将坑填平后，继续施工路基填土。埋设完成后，将压力计监测线沿水平方向甩到坡脚后，在坡脚处设C20素混凝土保护墩（0.5 m×0.5 m×0.95m ） ，墩内预埋剖面管管材，监测线从管内穿出；墩旁设监测桩，监测桩采用C20素混凝土灌注，断面采用0.5 m×0.5 m×1.6m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头，监测桩用钢筋混凝土保护盒保护。待上部一层填料压实稳定后，连续监测数日，取稳定读数作为初始读数。
3.4、剖面沉降管：路基基底剖面沉降管在地基加固及垫层施工完毕后，填土至0.6m高度碾压密实后开槽埋设，开槽宽度20～30cm，开槽深度至地基加固垫层顶面，槽底回填0.2m厚的中粗砂，在槽内敷设沉降管（沉降管内穿入用于拉动测头的镀锌钢丝绳），其上夯填中粗砂至与碾压面平齐。Ⅳ型断面中剖面管在涵顶填土0.6m厚开槽施工埋设，原则同基底剖面管埋设方法。沉降管埋设位�Z挡土墙处应预留孔洞。沉降管敷设完成后，在两头设�Z0.5 m×0.5 m×0.95m C20素混凝土保护墩。并于一侧管口处设�Z监测桩，监测桩采用C20素混凝土灌注，断面采用0.5 m×0.5 m×1.6m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头，监测桩用钢筋混凝土保护盒保护。待上部一层填料压实稳定后，连续监测数日，取稳定读数作为初始读数。
4、仪器及精度方法
4.1、观测仪器采用LEICA DNA03精密电子水准仪，及配套2m或3m铟瓦条码水准尺和7.5kg尺垫，水准仪和水准尺均在有效合格检定内。水准仪与水准尺在使用前及使用过程中，经常规检校合格，水准仪视准轴与水准管轴的夹角均不超过15″。仪器各种设�Z正确，其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中进行设�Z，并在数据采集时自动控制，不满足要求的在现场进行提示并进行重测。
4.2采用单路线往返观测，一条路线的往返测必须使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。观测成果的重测和取舍按《国家一、二等水准测量规范》（GB12897―2006）有关要求执行。 4.3观测时，视线长度≥3m且≤50m，前后视距差≤1.5m，
前后视距累积差≤6.0m，视线高度≥0.55m；测站限差：两次读数≤0.4mm，两次所测高差之差≤0.6mm，检测间歇点高差之差≤1.0 mm；
观测读数和记录的数字取位：读数记至0.01mm。
4.4、观测时，每测段往测与返测的测站数均为偶数，往测时奇数站按后―前―前―后，偶数站前―后―后―前按顺序进行，返测时奇、偶站观测顺序与往测时偶、奇站相同，每一测段应为偶数测站。一组往返测宜安排在不同的时间段进行；由往测转向返测时，应互换前后尺再进行观测；
4.5观测前30min，将仪器�Z于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；对于数字式水准仪，进行不少于20次单次测量，达到仪器预热的目的。测量中避免望远镜直接对着太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中截长的20%。观测时用测伞遮蔽阳光，对于电子水准仪，施测时均装遮光罩。
4.6自动安平水准仪的圆水准器，严格�Z平。在连续各测站上安�Z水准仪时，使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，第三脚螺旋轮换�Z于路线方向的左侧与右侧。除路线拐弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位�Z，一般为接近一条直线。
4.7观测过程中为保证水准尺的稳定性，选用7.5kg的尺垫，水准观测路线必须路面硬实，观测过程中尺垫踩实以避免尺垫下沉。同时观测过程中避免仪器安�Z在容易震动的地方，如果临时有震动，确认震动源造成的震动消失后，再激发测量键。水准尺均借助尺撑整平扶直，确保水准尺垂直。
4.8、观测精度应符合下表规定
等级 相邻基准点高差中误差（mm） 每站高差中误差（mm） 往返较差、附合或环线闭合差（mm） 检测已测高差较差（mm） 使用仪器、观测方法及要求
二等 0.5 0.13 0.3 n 0.5 n DS05 型仪器，按《高速铁路工程测量规范》一等水准测量的技术要求施测。
三等 1.0 0.3 0.6 n 0.8 n DS05 型仪器，按《高速铁路工程测量规范》二等水准测量的技术要求施测。
5、沉降观测频次的划分
5.1、路基沉降观测要求，如下表：
5.2、墩台观测频次
墩台基础沉降观测一般根据下表中要求的时间间隔进行。如下表：
观测阶段 观测频次 备注
观测期限 观测周期
墩台基础施工完成 / / 设置观测点，进行首次观测
墩台混凝土施工 全程 荷载变化前后各1 次或1 次/周 承台回填时，临时观测点取消
预制梁桥 架梁前 全程 1 次/周
预制梁架设 全程 前后各1 次 架梁后除荷载变化观测外，每15 天应有一组观测
附属设施施工 全程 荷载变化前后各1 次或1 次/周
桥位施工桥梁 制梁前 全程 1 次/周
上部结构施工中 全程 荷载变化前后各1 次或1 次/周
附属设施施工 全程 荷载变化前后各1 次或1 次/周
架桥机（运梁车）通过 全程 前后各1 次 至少进行2 次通前后的观测
桥梁主体工程完工～无砟轨道铺设前 ≥6 个月 1 次/周 岩石地基的桥梁，一般不宜少于2 个
月
无砟轨道铺设期间 全程 1 次/天
0～3 个月 1 次/月 工后沉降 长期观测
无砟轨道铺设完成后 个月 24 4～12 个月 1 次/3 个月
注：1、观测墩台沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。
2、架桥机（运梁车）通过时观测要求：第一次通过和第二次通过前后均需要观测，其后每1 次/1天，连续2 次；其后每1 次/3天，连续3 次，以后1 次/1 周。 （2） 涵洞沉降观测据下表中要求的时间间隔进行，涵洞顶填土沉降的观测应与路基沉降观测同步进行。
5.3.涵洞沉降观测
涵洞施工完成后，应系统观测涵洞的沉降。各阶段观测频次要满足下表要求
观测阶段 观测频次 备注
观测期限 观测周期
涵洞基础施工完成 / / 设置观测点
涵洞主体施工完成 全程 荷载变化前后各1 次或1 次/周 测试点移至边墙两侧
洞顶填土施工 全程 荷载变化前后各1 次或1 次/周
架桥机（运梁车）通过 全程 前后 至少进行2 次通过前后的观测
涵洞完工～无砟轨道铺设前 ≥6 个月 1 次/周
无砟轨道铺设期间 全程 1 次/天
0～3 个月 1 次/月 工后沉降 长期观测
无砟轨道铺设完成后 个月 24 4～12 个月 1 次/3 个月
13～24 个月 1 次/6 个月
注：1、涵洞沉降变形观测时，应同时记录结构荷载状态、黄精温度及天气日照情况。
2、架桥机（运梁车）通过时观测要求：每1 次/1天，连续2 次；其后每1次/3天，连续 3 次，以后1 次/1周。
6、观测资料整理
1、采用统一的《兰新第二双线客专铁路路基沉降观测记录表》做好观测数据的记录与整理。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。如下图：
桥涵沉降及沉降变形观测资料。
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。
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。
施工质量控制过程和抽检情况等监理资料。
三、数据分析及成果
1、数据单一桥台
对于单一桥台的观测数据分以下四个阶段进行归纳、分析：架梁之前、架梁后至铺设二期恒载前、铺设二期恒载后至钢轨锁定前、钢轨锁定以后。
2、数据管段分析
对于一座桥不仅要控制每个墩台的沉降，同时也要控制相邻桥墩的不均匀沉降，从而得出全桥的整体分析。
3、数据评估分析
3.1桥涵沉降预测采用双曲线回归法。对于预制梁桥，基础沉降应按桥墩台混凝土施工后、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，划分为基础施工完成～桥墩完成、架梁前后、架梁后至铺设钢轨之前、铺设钢轨至钢轨锁定之前、钢轨锁定之后至正式运营之前、正式运营之后等多个阶段。
3.2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不应低于0.92。
3.3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8mm。
3.4桥梁主体结构完工至无砟轨道铺设前，沉降预测的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。
3.5设计预测的总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差不宜大于10mm。
3.6梁体
根据评估指南》中对预应力混凝土桥梁上部结构变形的规定：“终张拉完成时，梁体跨中弹性变形不宜大于设计值的1.05倍；扣除各项弹性变形、终张拉60d后，L≤50m梁体跨中徐变上拱度实测值不应大于7mm；L>50m梁体跨中徐变变形实测值不应大于L/7000或14mm；不能满足上述要求时，应根据梁体变形的实测结果，确定梁体的实际弹性变形及徐变系数，并估算无砟轨道的铺设时间。”
四、沉降观测的几点要求
1、观测工作基准点的准确性，应定期对基准点进行复测。
2、保证工作基准点在施工过程中不被移动和破坏，在埋设观测点过程当中应保证其垂直度，并保证连接杆件紧密，安装完成后应使用铁架或木架保护观测设施。
3、在观测过程中注意观测方法，观测应连续进行且固定观测线路，严格按二等水准测量精度进行。
4、如果在观测过程中土质比较软，尺垫无法踩实时应在路面上做牢固的混凝土标识以供在观测时当做工作转点传递高程使用。
5、原始观测数据及时处理，发现不合格数据及时剔除并补测。
五、沉降观测的未来发展
高速铁路的沉降观测，目前使用较多的是二等水准路线观测等。在目前监测工作中，也通常使用多种方法进行观测，从而对沉降结果进行相互对照和检核。当前，沉降观测的发展趋势是在已有观测技术方法的基础上不断引入其他学科的方法，研究发展学科交叉型技术方法，从而不断提高高速铁路沉降观测测的精度等技术指标，并适应长期高频率的对路基、桥涵等沉降情况的监测，符合经济合理的原则。同时，不断引入最新的现代卫星、电子、自动化、计算机等高新技术，使沉降观测不断向着高精度、实时、智能化的方向发展。
【参考文献】
1.《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）；
2.《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》（铁建设[2006]189号）；
3.《国家一、二等水准测量规范》（GB12897―2006）；
4.《建筑沉降变形测量规程》（JGJ/T8-2007）；
5.《铁路客运专线竣工验收暂行办法》（铁建设[2007]183号）；
6.《客运专线无砟轨道铁路施工技术指南》（TZ216-2007）；
7.《工程测量规范》（GB0026-93）；
8.《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）；
9.《客运专线无砟轨道铁路设计指南》（铁建设函[2005]754号）；
10.兰新客运专线工程设计文件；
11.铁道部有关规定。