路基病害工程监测与检测.doc

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路基病害工程监测与检测14.1概述高速公路、一级公路或二级公路设计车速高，路面平整性要求高，因此，规定施工过程中必须进行沉降和稳定观测，一方面保证路堤在施工中的安全和稳定，另一方面能正确预测工后沉降，使工后沉降控制在设计的允许范围之内。高填方路堤的地基土体，由于填筑体对其施加了较大压力，会产生压缩变形，填筑体在自身重力作用下也要压密变形，这两个变形的完成都需要一定的时间才能完成，并逐步达到稳定。高填方路堤的基底承受的荷载很大，一般应迸行路堤稳定性验算和对基底土的承压强度值进行检查。如对原地基进行常规压实仍不能满足稳定验算要求，应对地基进行加固处理。因此，高路堤施工除应优先安排施工外，还有必要对其稳定与沉降实施动态监测，以保证工程和确定路面施工时间。在软土地基上修筑公路路堤，最突出的问题是稳定和沉降。虽然软土地基处理方法很多并已公路工程中广泛应用，但鉴于软土地基地质条件、路堤荷载条件和施工条件的复杂性，一般还难以对每种处理方法进行严密的理论分析，还不能在设计时作精确的计算与设计。为掌握路堤在施工期间的变形动态，必须进行动态观测。动态观测项目除设计有明确要求的外，一般视工程的重要性和地基的特殊性，以及观测对施工的影响程度等来确定。一、路基病害整治施工监测的目的路基病害整治施工监测的目的主要有四个方面：即以工程监测的结果指导现场施工，确定和优化施工参数，进行信息化施工。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。评价路基工程的技术状况，检验设计参数和设计理论的正确性。为设计、施工、管理和科学研究提供资料。二、路基病害整治施工监测原则（1）监测点应设在观测数据容易反馈的部位。地基条件差、地形变化大和设计问题多的部位和土质调查点附近均应设置观测点，桥头纵向坡脚、填挖交界的填方端、沿河、临空等特殊路段均应酌情增设观测点。（2）无论在路堤的纵向还是横向，测点越多，测得的结果越能反映路堤真实情况。但测点多，无论费用、测试工作量、测点保护工作量都会增加，而且测点会对施工造成不便。从满足监测需要与施工便利性考虑，一般路段沿纵向每隔100-200m设置一个观测断面，桥头引道路段应设置2-3个观测断面。（3）沿河、临河等临空面大且稳定性差的路段，必要时应进行地基土体内部水平位移的观测。对于成层软土地基需进行土体内部竖向和水平向位移观测。（4）测点的设置不仅要根据设计要求，同时还应根据施工中掌握的地质、地形等情况增设。（5）在施工期间位移观测应每填筑一层土观测一次；如果两次填筑时间间隔较长，每3d至少观测一次。路堤填筑完成后，堆载预压期间观测应视地基稳定情况而定，一般半月或每月观测一次。对于孔隙水压力的观测，每填筑一层后，应每隔1h观测一次，连续观测2-3d。（6）当路堤稳定出现异常情况而可能失稳时，应立即停止加载并采取果断措施，待路堤恢复稳定后，方可继续填筑。（7）沉降和稳定等观测点最好设在同一横断面上，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。（8）观测频率应与位移速率相适应，位移越小，观测频率越小；反之位移越大，观测频率越高。一般路堤在极限高度以下，位移较小，观测次数可少些。极限高度以上填筑时，路堤极易失稳，因此，要求每填一层均要观测，间歇期要增加测次；当位移曲线骤然变大时，更要跟踪观测，分析原因，并考虑是否需要采取措施。三、路基病害整治施工监测应注意的问题为了检验路基病害处理的效果，通常在同一地点分别在处理前后进行测试，以进行对比，并注意下列问题：（1）前后两次测试应尽量使用同一仪器、同一标准进行。（2）由于各种测试方法都有一定的适用范围，因此必须根据测试目的和现场条件，选择最有效的方法。（3）无论何种方法都有一定的局限性，故应尽可能采用多种方法，进行综合评价。（4）测试位置应尽量选择有代表性的部位，测试数量按有关规定要求进行。四、路基病害整治施工监测的内容根据公路路基设计规范JTG D30-2004和公路路基施工技术规范JTG F10-2006的要求：路基病害整治工程监测主要包括路堑边坡或滑坡监测 、高路堤稳定和沉降观测 、预应力锚固工程原位监测等三部分，涉及路基沉降、稳定和地基承载力。故在本章中主要以软土地基为例介绍路基病害整治中路基的稳定和沉降监测方法，同时对复合地基载荷试验作简要介绍。14.2路基病害整治监测技术要求路基病害整治施工监测技术要求是根据公路路基设计规范JTG D30-2004和公路路基师公技术规范JTG F10-2006中对滑坡地段路基、高填方路堤和软土地区路基等特殊路基稳定性提出的内容为依据，具体如下： 一、高填方路堤1高路堤稳定性分析的强度参数高路堤稳定性分析的强度参数应根据填料场地情况，选择有代表性的土样进行室内试验，并结合现场情况确定。 （1）路堤填土的强度参数、值，采用直剪快剪或三轴不排水剪试验获得。试样的制备要求及稳定分析各阶段采用的试验方法详见表 12-1。当路堤填料为粗粒土或填石料时，应采用大型三轴试验仪进行试验。 （2）分析高路堤的稳定性时，地基的强度参数、值，宜采用直剪固结快剪或三轴固结不排水剪试验获得。 （3）分析路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性时，应结合场地条件，选择控制性层面的土层试验获得强度参数、值。可采用直剪快剪或三轴不固结不排水剪试验。当可能存在地下水时，应采用饱水试件进行试验。2路堤稳定性分析路堤稳定性分析包括路堤堤身的稳定性、路堤和地基的整体稳定性、路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性等内容。 （1）路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性宜采用简化 Bishop 法进行分析计算。（2）路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性可采用不平衡推力法进行分析计算，3路堤的稳定安全系数路堤稳定性计算分析得到的稳定安全系数不得小于表12-2 所列值路堤填土采用的强度指标 表 12-1控制稳定的时期强度计算方法土 类试验方法采用的强度指标试样起始状态备 注施工期总应力法渗透系数小于 10-7cm/s直剪快剪、填筑含水量和填筑密度。当难以获得填筑含水量和填筑密度时，或进行初步稳定分析时，密度采用要求达到的密度，含水量按击实曲线上要求密度对应的较大含水量任何渗透系数三轴不排水剪运营期总应力法渗透系数小于 10-7cm/s直剪固结快剪、同上用于新建路堤的稳定性分析任何渗透系数三轴固结不排水剪渗透系数小于 10-7cm/s直剪快剪、同上，但要预先饱和用于新建路堤边坡的浅层稳定性分析任何渗透系数三轴不排水剪渗透系数小于 10-7cm/s直剪快剪、取路堤原状土用于已建路堤的稳定性分析任何渗透系数三轴不排水剪推荐的路堤稳定安全系数 表12-2分析内容计算方法地基情况计算采用的地基平均固结度及强度指标安全系数路堤的堤身稳定性简化 Bishop 法按表 12-1 确定1.35路堤和地基的整体稳定性简化 Bishop 法地基土渗透性较差、排水条件不好取 U=0，地基土采用直剪固结快剪或三轴固结不排水剪指标，路堤填土按表 12-1 确定1.20按实际固结度，采用直剪固结快剪或三轴固结不排水剪指标，路堤填土按表12-1 确定1.40地基土渗透性较好、排水条件良好取 U=1，采用直剪固结快剪或三轴固结不排水剪指标，路堤填土按表12-1 确定1.45取 U=1，地基土采用快剪指标，路堤填土按表12-1 确定。1.35路堤沿斜坡地基或软弱层滑动的稳定性不平衡推力法采用直剪快剪或三轴不排水剪指标，路堤填土按表12-1 确定1.30路堤基底处理路堤基底处理应符合公路路基设计规范JTG D30-2004第 3.3.5 条有关地基表层处理的规定，当地基中分布有软弱土层时，应按软土地段路基的有关规定，做好地基加固设计。当路堤稳定安全系数小于表12-3 中相应的稳定安全系数时，应采取改善基底条件或设置支挡结构物等措施。 路堤稳定性监测 （1）路堤施工监测项目路堤施工应注意观测路堤填筑过程中或以后的地基变形动态，对路堤施工实行动态监控，观测的项目参照表 12-3选定。高路堤稳定和沉降观测项目 表12-3观测项目仪具名称观测目的地表水平位移量及隆起量地表水平位移桩（边桩）用于稳定监控，确保路堤施工安全和稳定地下土体分层水平位移量地下水平位移计（测斜管）用于稳定监控与研究，掌握分层位移量，推定土体剪切破坏位置。必要时采用路堤顶沉降量地表型沉降计（沉降板或桩）用于工后沉降监控，预测工后沉降趋势，确定路面施工时间（2）设计应明确观测的路堤段落、观测项目、观测点的数量及位置等，确定稳定性观测控制标准，说明施工中应注意的事项。二、软土地区路基1 软土地基上公路路基的设计包括沉降计算、稳定验算及其相应的处治方法的设计；施工中的沉降与侧向位移(稳定)观测的技术要求应作为设计内容。 2软土的鉴别指标及依据见表 12-。 软土鉴别指标 表 12-土 类天然含水量（%）天然孔隙比直剪内摩擦角（°）十字板剪切强度（kPa）压缩系数 a0.1-0.2（MPa）粘质土、有机质土35液限1.0宜小于 535宜大于 0.5粉质土300.90宜小于 8宜大于 0.33稳定验算 软土地基路堤的稳定验算一般采用瑞典圆弧滑动法中的固结有效应力法、改进总强度法，有条件时也可采用简化 Bishop 法、Janbu 普遍条分法。验算时按施工期和营运期的荷载分别计算稳定安全系数。施工期的荷载只考虑路堤自重，营运期的荷载包括路堤自重、路面的增重及行车荷载。 4地基稳定性与工后沉降控制标准 软土地基处治设计包括稳定处治设计和沉降处治设计，当计算的稳定安全系数小于表 12- 的规定值时，应针对稳定性进行处治设计；当路面设计使用年限（沥青路面15 年、水泥混凝土路面 30 年）内的残余沉降（简称工后沉降）不满足表 12- 的要求时，应针对沉降进行处治设计。 稳定安全系数 表 12-指标不同的试验方法对应的安全系数固结有效应力法改进总强度法简化 Bishop 法、Janbu 法不考虑固结考虑固结不考虑固结考虑固结直接快剪1.11.2静力触探、十字板剪1.21.3三轴有效剪切指标1.4注：当需要考虑地震力时，稳定安全系数减少 0.1。 容许工后沉降 表 12-6道路等级工程位置桥台与路堤相邻处涵洞、通道处一般路段高速公路、一级公路0.10m0.20m0.30m二级公路0.20m0.30m0.50m5沉降与稳定观测 （1）软土地基上的高填方路堤和桥头路堤应进行沉降与稳定观测设计，其设计内容包括：沉降观测与侧向位移(稳定) 测点位置，观测仪选型与布设，观测方法，观测频率。必要时，应进行软土地基深部位移观测。 （2）路堤填土速率应满足下列要求： 填筑时间不小于地基抗剪强度增长需要的固结时间。 路堤中心沉降量每昼夜不得大于 10-15mm，边桩位移量每昼夜不得大于5mm。（3）沉降与稳定观测项目二级及二级以上公路路堤施工中，必须进行沉降和稳定的动态观测，其具体观测项目见表12-7。沉降与稳定动态观测项目 表12-7观测项目常用仪具名称观测内容及目的地表沉降量地表型沉降计（沉降板）根据测定数据调整填土速率；预测沉降趋势，确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间；提供施工期间沉降土方量的计算依据地表水平位移量及隆起量地表水平位移桩（边桩）监测地表水平位移及隆起情况，以确保路堤施工的安全与稳定地下土体分层水平位移量地下水平位移计（测斜管）用作掌握分层位移量，推定土体剪切破坏的位置。必要时采用6路面铺筑时间的确定 路面铺筑应在沉降稳定后进行，采用双标准控制：即要求推算的工后沉降量小于设计容许值，同时要求连续 2 个月观测的沉降量每月不超过 5mm，方可卸载开挖路槽并开始路面铺筑。 三、 滑坡地段路基 1滑坡稳定性分析 （1）滑坡稳定性评价 滑坡稳定性应采用工程地质类比法和力学计算进行综合评价。验算时，高速公路、一级公路安全系数应采用 1.20-1.30；二级及二级以下公路安全系数应采用 1.15-1.20；考虑地震力、多年暴雨的附加作用影响时，安全系数可适当折减 0.05-0.1。 （2）滑坡稳定性计算方法 计算滑坡推力时应考虑的荷载：滑体重力、滑坡体上建筑物产生的附加荷载、地下水产生的荷载（包括静水压力和动水压力）、动荷载（如汽车荷载）等永久荷载，以及地震水平作用力、作用在滑体上的施工临时荷载。 滑坡剩余下滑力可采用传递系数法。当滑坡体最后一个条块的剩余下滑力小于或等于 0 时，滑坡稳定；当大于 0 时，滑坡不稳定。此Ti 值可作为设计支挡工程结构所承受的推力。滑坡稳定性分析所得的稳定系数不得小于滑坡稳定性评价中抗滑稳定安全系数的规定。 （3）参数取值 滑面岩土抗剪强度取值，可根据滑面岩土室内试验资料、极限平衡反算值、工程地质类比经验数据，结合滑坡可能出现的最不利情况进行分析确定。必要时可由现场试验资料进行确定。 2施工监测与动态设计 （1）高速公路、一级公路的滑坡防治应进行滑坡监测与动态设计。滑坡防治监测包括施工安全监测、防治效果监测和营运期监测，应以施工安全监测和防治效果监测为主。在施工期间，监测结果应作为判断滑坡稳定状态、指导施工、反馈设计和防治效果检验的重要依据。 （2）滑坡监测项目可按表12-8、附表 12-9 选定。路堑边坡或滑坡监测 表12-8监测内容监测仪具或方法监测目的地表监测水平位移监测全站仪、光电测距仪观测地表位移、变形发展情况垂直变形监测水准仪裂缝监测标桩、直尺或裂缝计观测裂缝发展情况地下位移监测测斜仪探测相对于稳定地层的地下岩体位移，证实和确定正在发生位移的构造特征，确定潜在滑动面深度，判断主滑方向，定量分析评价边（滑）坡的稳定状况，评判边（滑）坡加固工程效果。地下水位监测人工测量观测地下水位变化与降雨关系，评判边坡排水措施的有效性。支挡结构变形、应力测斜仪、分层沉降仪、 压力盒、钢筋应力计支挡构造物岩土体的变形观测，支挡构造物与岩土体间接触压力观测。预应力锚固工程原位监测内容和项目 表12-9预应力锚杆工作阶段监 测 内 容监 测 项 目施工阶段锚杆体材料锚杆的工作状态锚杆的施工质量锚杆张拉力；锚杆伸长值；预应力损失锚固对象加固效果被锚固体的位移和变形工程运营阶段锚杆体锚杆的工作状态预应力值变化锚固对象锚固工程安全状况被锚固体的位移与地下水状态（3）监测点应布置在滑坡体稳定性差或工程扰动大的部位，力求形成完整的剖面，采用多种手段互相验证和补充。 （4）防治效果监测应结合施工安全和营运期监测进行，防治效果监测时间应在整治工程完工且公路营运后不少于一年，施工期监测数据采集时间宜为每天一次，营运期监测数据采集时间间隔宜为 7-15 天，在外界扰动较大时，如暴雨期间，应加密观测次数。 （5）应及时分析滑坡监测资料，预测滑坡位移、变形的发展趋势和整治工程的效果，适时调整滑坡整治工程设计和施工方案，保证工程施工安全和路基稳定。 14.3 软土地基整治施工监测技术一、软土地基整治施工监测内容1软土地基整治监测内容软土地基整治监测内容包括：变形监测、应力监测和其他监测。监测项目和目的如表12-10所列。2软土地基整治监测工作软土地基整治监测工作包括以下六个方面：（1）观测项目的确定和布置；（2）观测设备的设计；（3）量测仪具的埋设安装；（4）现场观测和成果的记录；（5）观测成果的计算和整理分析；（6）观测资料的整编等步骤。常用监测项目一览表 表12-10监测项目仪表名称观测目的沉降地表沉降地表型沉降计（沉降板）地表以下土体沉降问题，常规观测项目地基深层沉降深层沉降标地基某一层位以下沉降量，按需要设置地基分层沉降分层沉降标地基不同层位分层沉降量，按需要设置水平位移地面水平位移水位位移边桩测定路堤侧向地面水平位移并监测地面沉降或隆起量，用于稳定监测。常规观测项目地基土体水平位移地下水平位移标（测斜仪、管）观测地基各层位土体侧向位移量，用于稳定监测和了解土体各层侧向变位以及附加应力过程中的变化发展情况。常规观测项目应力地基孔隙水压力孔隙水压力计观测地基孔隙水压力变化，分析地基土固结情况，按需要设置土压力土压力计（盒）一般用于地基或桩（柱）的承载能力测定。粉喷桩地基应作此观测，其他地基必要时采用承载力载荷试验仪观测地基处理后地下水位的变化情况，校验孔隙水压力计读数其他地下水位(辅助观测)地下水位观测计观测地基处理后地下水位的变化情况，校验孔隙水压力计读数出水量(辅助观测)单孔出水量计检测单个竖向排水井排水量，了解地基排水情况二、软土地基整治施工监测量测器具量测仪具的功能和质量极为重要，往往是测试成果优劣的决定性因素。测量仪具按测试原理分电测式和非电测式两大类。（1）非电测式非电测式量测仪具包括机械式和液压式。它的特点是性能可靠，使用简便，对环境适应性强；缺点是一般灵敏度较低，不便于遥测和测试记录的自动化，机械式量测仪具还不能进行结构内部和岩土内部应力、变形的量测。常用的机械式量测仪具有：百分表、千分表、挠度计、测力计、水准式倾角计、手持式应变计等；液压式量测仪具是利用液体的不可压缩性和流动性来传递压力和变形，常用的有液压式压力盒等。（2）电测式电测式量测仪具的特点是：元件轻、量程大、灵敏度高，便于量测结构内部和岩土内部的应力应变，便于遥测和测试记录自动化，但有些电测式量测仪对环境的适应性差，长期稳定性差。电测式量测仪具一般由传感器、放大器、记录器组成，其种类较多。按原理常用的有：电阻应变式、差动电阻式、差动变压器式、振弦式等。利用这些原理做成的量测仪具有：电测百分表、电测位移计、电测应力计、电测应变计、电测钢筋计、钢弦式土压力盒、埋人式应变计等。随着电力、激光、微电脑等新技术的应用，电测技术正迅速向多功能、微型化、高灵敏度、高稳定性，以及控制、数据采集和处理的高度自动化的方向发展。三、变形监测技术变形监测主要包括地表位移和土体内部位移，位移方向包括竖向位移和水平向位移。水平向位移又包括垂直路堤中心线的横向水平位移和平行路堤中心线的纵向水平位移。沉降及水平位移观测，通常可在地表上安设固定标点，用精密水准仪、经纬仪等仪器，按精密测量方法求得。地基及路堤内部沉降通常采用电磁式、深层沉降板。测点沉降时，埋人不同土层深度中的标、环发生沉降后，计算与初始位置的差值，即可求出测点某一深度的沉降增量。深层土层的沉降，也可用刚性标杆引出地表，用地表测量方法测量。土层内部水平位移，一般用测斜仪来测量。沉降与水平位移观测应配合进行，沉降已基本稳定或已基本掌握其变化规律后，可根据工程重要性适当减少测试次数或停止观测。1控制点的布设与观测软基路堤工程的垂直沉降和水平位移观测控制标点的布置，应根据路基工程的重要性、规模、施工方案、地质情况以及采用的观测方法而定，以能全面掌握路堤变形状态为原则。一般布置如下：水准点的布设 地面水准测点：一般为每200m一个，以便一个测站视距不超过80m完成测点的观测。水准点设在土质坚硬便于长期保存和使用的测点，并埋设混凝土水准标石，统一用BM；桥上水准点：路堤填筑到上路床时，为了减少转点传递对观测高程的影响，适时将地面水准点转移到有灌注桩基础的桥台上，预埋经磨圆的8-20mm、长20cm的钢筋；通道水准点：若二桥相距甚远，为了工作需要，也可在通道上选择经观测确已稳定的通道上设水准点，其稳定标准为通道测点连续三次月沉降速率小于1-2mm月的测量精度范围内的点，且要求每隔半年复核一次。（2）监测断面及沉降观测点布置桥头路基段，分桥头段和过渡段。一般在桥头踏板的尾部(一般踏板长5-8m)设测断面，过渡段自桥头起50m尾再设一观测断面。软基路基一般每隔100-200m，非软基路堤则每隔500-1000m各设一观测断面，横断面可设左、中、右三点，一般情况仅设中点。桥头或路堤大于5m的高填方的非软基路段沿纵向长度10-50m范围增设一点。根据工程需要也可在局部地段增加水平位移的观测。2地表沉降观测地表沉降观测对控制和保证软基路堤、高路堤等工程质量，确保建完后的工程的工后沉降量满足设计要求。通过系统连续、正确、完整的观测及分析，掌握、控制工程地基沉降量，预测沉降趋势，验证和指导工程设计及施工。（1）沉降观测的精度指标及频率沉降观测的精度指标。通常与沉降量有关。沉降量越小，观测精度越高。在公路路基施工中，沉降量的变化与路堤填筑、预压、铺路面及建完后运行等四个阶段相关。沉降观测的频率。取决于沉降量的大小、加载方法和观测目的等。通常要求观测的次数能反映出沉降变化的过程，又不遗漏变化的时刻。（2）水准测量的精度与方法观测精度指标确定后，选用何种等级的水准测量是众所关心的问题。现取水准测量规范中二、三、四等水准测量的观测中误差m观(尺上一次读数中误差，分别为0.18mm、0.78mm、1.04mm)来分析一测站的高差中误差和两期观测测站之差的中误差。根据理论推导，如不考虑水准点误差，二期观测由一个测站完成的高差之差的中误差分别是：二等水准为±0.25mm，三等水准为±1.1mm，四等水准为±1.5mm。若二期观测由水准点起连续两个测站完成，则高差之差的中误差分别是：二等为±0.35mm，三等为±1.6mm，四等为±2.1mm。观测精度指标为1-2mm时，应采用二等水准，否则用望远镜放大率大于30倍的进口水准仪作三等水准观测。在路基填筑中，要求达到2-3mm的观测精度时应采用四等水准。3沉降观测的实施（1）准备工作沉降板的制造及埋设图12-1中，沉降板由200mm长、直径为25.4mm的钢管和600mm×600mm×9mm的沉降板组成。底部钢管用互成120°角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。施工人员按设计的桩号断面将沉降板埋入铺好的砂垫层下。实际操作时，当第一层土压实后，在压实面上挖土坑(深度为20-30cm)，铺上5cm左右的砂垫层，层面要水平，将沉降板放在砂垫层上(图12-1)，管顶应低于压实面5-8cm，随即测量管顶至底板的高差，换土夯实至管顶，并测量管顶高程(初读数)，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、下管顶高程，下节管顶高程用于计算第一次沉降量，上节管顶高程作为下次计算沉降量的数据。循序逐节升高，重复上述工作。路基填筑过程中，由于路堤荷重的作用，使路堤坡脚处可能产生水平位移和垂直位移，因此在沉降板埋设断面的一侧坡脚处设置若干垂直于路基的位移桩。如果路基经过地基处理，且能满足压实要求，可以不埋设位移桩。水准点布设及转置桥上水准点图12-1 沉降标埋设示意(尺寸单位：mm)a)沉降标结构示意；b)沉降标埋设及接管操作水准点应选在垂直于路中心线50m外、土质坚硬、便于长期保存和使用的地点，并埋设混凝土水准标石。路堤升至一定高度时，为了减少沉陷观测由地面水准点传递到路面的高差影响，可将水准点转设到有灌注桩的桥台上，钻孔埋设有球状顶面的水准标点。桥台水准点用三等水准往返观测，高差闭合差为± (n为测站数)。水准仪及水准尺二等水准测量仪器采用DSl型精密水准仪，配用水准尺；三、四等水准测量采用DS3型水准仪，配用3m长的红、黑面木质水准尺。水准仪各部分转动应灵活，望远镜制、微动螺旋作用应可靠，调焦镜运用及目镜调节不能有明显的晃动现象。每次观测前除检验圆水准器、十字丝位置正确性、自动安平水准仪补偿器灵敏度等项目外，必须正确进行角的检验。DS1型水准仪角不应超过15"；DS3型水准仪角不应超过20"。水准尺必须牢固无损，尺底不应有松动，尺面不能有弯曲。水准尺必须装有圆水准器，不符合要求不能使用。需要指出的是：大多数施工队习惯用塔尺进行沉降观测，这是不允许的。因为塔尺上没有圆水准器，尺子的垂直度难以控制。若尺子前后有倾斜，加上风的影响，则尺上3-5m处的读数误差影响可达5-10mm。（2）沉降观测的外业为了提高沉降观测精度，应按下列要求进行操作。每期观测做到四个固定：固定观测人员；固定仪器及水准尺；固定后视尺读数；固定测站及转点。由于沉降量由两期观测高程之差求得，每次观测的高程即使有，mh的误差，只要固定仪器角校正值很小，不等差引起的高程误差mh可以在两期高程相减中给予消除，所求得的沉降量是正确的。观测时必须携带尺垫，严禁用砖石或不设尺垫作为转点。每次观测结束后，应及时填写沉降观测记录。（3）沉降观测的成果整理成果整理时，首先检查数据和计算是否正确，观测限差是否符合要求，文字说明是否齐全。计算两期观测的沉降量和累计沉降量。为了清楚地表示时间、填土高度和沉降量之间的关系，应绘制沉降点的时间填土高度沉降量的关系曲线。4土体内部沉降观测土体内部沉降观测目前主要有分层沉降和剖面沉降。（1）分层沉降仪分层沉降仪的原理图12-2 电磁式沉降仪工作图目前沉降观测使用最多的是电磁式分层沉降仪。它的基本原理是在钻孔的不同深度埋设铁环，当探头(内置电磁震荡线圈)经过铁环时(进、出瞬间)，磁场能量变化发出声音，由此确定铁环的位置，如图12-2。电磁式分层沉降仪由两大部分组成：测量系统和跟踪系数。测量系统包括沉降仪、钢卷尺(内置电缆)、探头和三角架。跟踪系统包括沉降管和沉降环。沉降管的埋没沉降管的埋设步骤是：a在测点钻孔。钻孔直径一般为108-125mm，最好用全断面取土器成孔，不可水冲，钻孔斜角小于1100。b下沉降管。注意接头连接与密封。c下沉降环。按设计要求每间隔一定距离放置沉降环(土体中一般2.0m一个)。从下往上，用送环器沿管壁下放，到规定深度后放开叉簧片，使其固定于土体中。 d每埋一个沉降环，及时进行回填，直至上一个沉降环位置。e整个钻孔沉降环埋设结束，进行第一次测量，记录下环的初始位置，并及时测量孔口高程。 f作好埋设记录，内容包括：工程名称、观测孔编号、孔深、孔口坐标、高程、沉降环数量、初始位置、主要埋设人员、日期等。测试a每次必须测量孔口高程。b对每一沉降环均应重复测量。c应同一人、同一仪器测量同一只孔。（2）剖面沉降仪剖面沉降仪的原理为了测量整个连续剖面上土体的垂直沉降，可在某个土层中埋设柔性导管(通常为聚氯乙烯管，其强度可根据上覆土层的压力控制制造)，用拉弦控制探头在导管内作水平移动。在测线外设置一个基准点，根据各测点与基准点差计算出测线上各点沉降变化，如图12-3。图12-3 剖面沉降仪测试原理图剖面沉降仪有水压式、振弦式和水平测斜仪等。图12-4水平测斜仪原理图水压式剖面沉降仪的实质就是测量测线上各测点与基准点的水位差，但其精度较差，现已较少使用。振弦式剖面沉降仪则是由一组装满液体(如水银)的管子相互连接构成，根据测点与基准点的液位差改变悬挂钢弦的张力和共振频率，达到高精度测量的目的。水平测斜仪则是测斜探头呈水平向构造，由沉降管和二次仪器组成。它可以测量路基内部不同位置、不同深度处的全断面沉降值。通过把特制的PVC沉降管埋在路基中，用记录仪电缆把装有伺服加速度传感器的探头从沉降管的一段拉到另一端。由于地基沉降，探头处于倾斜方向，通过重力加速度在敏感水平轴上的投影，可精确测量探头的倾角，再根据探头的长度计算探头两端的高程差，从而得到探头两端点对应的沉降差，如此累积便可以计算出路基横断面中任一点处的沉降值。水平测斜仪的优点：精度高，试验证明，每次读数误差小于0.1mm，50m长的坡面测试的累积误差小于5mm；操作方便，整个测试系统(探头、电缆及拉线、记录仪)可由一人携带，移动非常方便，测试操作仅需一人即可完成；可以测量整个断面的沉降曲线。水平测斜仪的工作原理如图12-4，当加速度计敏感轴在水平方向时，矢量g在敏感轴上的投影为零，加速度计的输出为零。当加速度计敏感轴与水平方向存在一夹角时，加速度计的输出电压信号为： (12-1)式中：加速度计初始偏值，在仪器出厂时厂家给定；加速度计电压因数。为了消除的影响，可将探头调转180°，在该点进行第二次测量得： (12-2)两式相减有： (12-3)由图12-4知：（12-4）式中：探头在某位置时，两端的高程差值；L探头长度，m，即两个导管K轮的间距。所以： （12-5）用导线拖拉探头前进，每隔0.5m(探头长度)记录一个高程差，则任意位置相对于测试起始点位置的高程差即为此距离内所有读数的代数和：。剖面沉降仪也可用于地表沉降观测。导管的埋设及其他准备a测线定位，要求准确、平直。b开沟：沟宽30-50cm，深度40-60cm，若上部有大型机械施工时深度更大，沟底部平整、夯实，铺一层5-10cm的细砂。c预先在导管中放置一根拉弦(测绳或细钢丝)，连接铺设导管。使用水平测斜仪时，铺设的导管应在每管两头槽口上作好标志，不得扭曲。d导管放好后回填砂土并压实。遇到交通道路段时应作特殊加固处理。埋设完毕后将探头在管中试行滑动，检查是否顺利，若不顺利，则挖开堵塞处，重新埋设。e使用钢弦式剖面沉降仪时，应在距导管出口处不远的地方选择一处不受沉降影响的基准点，砌制水泥基准台，表面水平，其高度略低于导管可能到达的最低点，并测量其坐标、高程。f作埋设记录，内容包括：工程名称、测线坐标、导管长度、导管出口处坐标高程、基准点坐标高程、埋设人员、日期等。测试a测试前所用仪器必须经过测定。b使用水平测斜仪先在孔口处调零；使用钢弦式剖面沉降仪时，先在基准台上调零。c测试时位于导管两边的两位人员应协作配合，当距离较大或中间土体挡住视线时可使用对讲机联系。d每次测试时均应测量两出口处坐标、高程。e每次测试必须测量温度，并根据厂方提供的温差校准曲线进行校准。四、土体水平位移观测1测斜仪工作原理目前测量土体内部发生水平向位移及其方向大多使用测斜仪。它的工作原理是测量测斜管轴线与铅垂线之间的夹角变化，从而计算土体在不同高程的水平位移。一般先在土体中埋设一竖直互成90°的4个导槽的管子(铝合金或PVC塑料管)。管子在土体中受力后发生变形，这时将测斜仪探头放入测斜管导槽内，每间隔一定距离(通常为0.5m)测量变形后管子的轴与垂直线的夹角氏，按式(67)计算不同高程处的水平位移增量d：（12-6）测得各分段位移后，可由测斜管底部或顶部为基准开始累加，求得任一高程处的实际位移数值。测斜仪的工作原理如图12-5。图12-5 测斜仪工作原理图测斜管初始位置2测斜仪的结构及技术指标一般测斜仪由探头、电缆、数据采集仪(读数仪)组成。目前使用最多的是伺服式测斜仪，探头外型如图12-6所示，由传感器、壳体、导轮、底座、电缆卡等组成。测斜仪的精度主要由探头的精度控制。其主要技术指标是：量程、灵敏度、稳定性及抗渗性图12-6 测斜仪的构造能。测斜仪的先进性则由数据采集仪控制。体积小、内存大，配置优良的预处理软件是其先进性的表现。3测斜管埋设步骤（1）钻孔，要求定位准确；倾斜度小于1°；钻孔直径与测斜管匹配(比测斜管略大)。（2）检查测斜管，下管前必须对测斜管进行检查。对外观质量较差、受力后弯曲变形、老化、受损的不合格管子，应予报废。底部测斜管应用闷头钉好，以防泥浆进入。（3）下管准备，下管前计算好长度、节数。接头处打好自攻螺丝导孔(导孔直径比螺丝直径略小)。准备好下管时固定用的麻绳或卡口。（4）下管，用经纬仪确定导向槽的方向，逐节连接下管。下深孔时应采用钻机或吊车等机械设备向管内注入清水，当上浮力太大或钻孔缩孔时，应适当施加压力，但不可将测斜管压弯。（5）孔壁回填，当测斜孔较浅(一般小于20m)，且埋管与观测时间间隔较长(大于2个月)时，可采用细砂回填和自然塌落消除孔壁空隙，但细砂回填时一定要用长钢筋捣动，且间隔一定时间加砂，达到真正密实。当测斜管较深，或埋管与观测时间间隔较短时，应采用孔壁注浆的方法。孔壁注浆有管外注浆和管内注浆两种方法。管外注浆是在管壁外下注浆管，然后用水泥浆泵注入水泥浆。管内注浆则是采用特殊的注浆闷头，将其安装在测斜管底部，然后在管中接上注浆管，由下向上注入水泥浆，直至水泥浆溢出地面。（6）孔口设置，测量测斜管顶端坐标及高程，安装保护盖，测斜管四周砌设混凝土墩，并作好标志。4观测将测头导轮卡置在测斜导管的导槽内，轻轻将测头放人测斜导管中，放松电缆使测头滑至孔底，记下深度标志。当触及孔底时，应避免激烈的冲击。测头在孔底停留5min，以便在孔内温度下稳定。将测头拉起至最近深度标志作为测读起点，每0.5m测读一个数，利用电缆标志测读至导管顶端为止，每次测读时都应将电缆对准标志并拉紧，以防读数不稳。将测头调转180°重新放入测斜导管中，将测头滑至孔底，重复上述步骤。5观测成果将测得的正、反向数据以测读末位记数，如0.0463，记为463，填入标明方向的现场测读记录表中，见表12-11。侧斜导管观测表表12-11深度（m）初始值测值0°测值180°差值变化值位移值（mm）0.5213463-436899686-3.191.0166303-284587421-10.051.514512