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软土地基高程基准建设研究

2019/08/28 阅读:

摘要:在宁波市高程控制点数据基础上,通过对各类别控制点不同沉降情况的研究分析,同时结合建设费用、应用范围等多项综合指标,提出类似宁波软土地基地区建设、维护、使用高程测绘基准的一些建议和思路,为城市规划、施工建设、社会经济发展提供有效可靠的测绘数据保障。

关键词:软土地基;沉降;高程测绘基准

软土地基主要指由淤泥、淤泥质粘土、松软冲填土与杂填土或其他高压缩性软弱土层构成的地基,其具有高压缩性、抗剪强度低、透水性小、触变性、流变性、不均匀性等特点。在软土地基地区,受软土地基特性和多种应力荷载影响,高程控制点标志极易出现沉降现象,导致其成果失真甚至点位破坏,给城市规划、工程建设、道路改建、地下管线施工等工作带来诸多不便,因高程成果不符带来的错误与返工现象也屡见不鲜,一直以来都是困扰这些地区高程测绘基准建立、维护、使用、更新的一大难题[1]。宁波属于典型的软土地基地区,城市建设速度快,对高程测绘成果的精度指标、分布密度要求较高。本文在宁波市地面沉降监测数据基础上,通过对不同沉降现象的综合分析,提出了软土地基地区建设维持高程控制基准的建议和思路,为现代化的城市规划和建设提供了良好的保障。

1地理环境概况

1.1地质情况

宁波市位于浙江省东部,长江三角洲东南角,浙江宁绍平原东端。地处东海之滨,杭州湾南岸,地形上处在天台山脉及其支脉四明山向东北方向倾没入海的地段。地质构造以断裂为主,褶皱次之,不同展布方向和不同切割深度的断裂相互交织,形成了本区特有的网格状构造格局,其中,镇海-宁海断裂北段为活动断裂,其他均为不活动断裂。地震活动强度弱、频度低,且以弱震、微震为主,区域地壳稳定性较好。宁波主城区位于滨海冲积平原地区内,浅部存在广泛的软土层,底板标高范围为-6~-48m,平均厚度约29m,软土层底板埋深大、厚度大,呈现出中心薄、四周厚的变化趋势,整体分布不均匀,天然含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、渗透性弱、承载力小等力学特征和高压缩性、低强度、易发生压缩变形等工程特性,属于典型的软土地基城市。由于软土层厚度分布不均,并具有高压缩性,在外部附加应力的情况下,极易出现不同程度的压缩变形量,进而演化为地面沉降现象,严重影响城市高程测绘基准的维护和使用。

1.2高程基准情况

1996年,宁波市以国家一等水准点为起算点,在全市布设二等水准网作为核心主框架,在各地区均匀布设三等水准网进行加密,形成了覆盖全市的高精度高程控制基准,该高程控制网每5~6a复测一次。宁波市主城区自1999年起,利用2座基岩点,建立了一个相对独立的沉降监测网,按一、二等水准要求观测。该网每年观测一次,通过比较监测点沉降量分析城区地面沉降情况。地面沉降监测网通过与市基本高程控制网联测,同时获取一套基于1985国家高程基准的高程成果,对于沉降量较为稳定的监测点也作为高程控制点使用。2009年,宁波市开始建设轨道交通工程,作为工程性项目,点位的相对稳定性尤为重要,因此我院在项目实施时,使用埋设深桩点的方式解决点位稳定问题。通过几年多条线路的研究,积累了较为丰富的经验。

2地面沉降成果分析

高程控制点虽然通常选建于地基稳定、具有地面高程代表性的地点,但其不可避免地会受到地面沉降现象的影响[2]。高程控制点标石的埋设地点、制作材料、埋石规格不同,决定着其受地面沉降影响的程度也会不同。宁波市地面沉降监测网在布设初期,就定下了一网多用、减少重复工作量的原则,因此在埋设监测点的同时,利用了很多基本高程控制网、轨道交通高程控制网、墙角水准点、道路水准点等高程点开展联测。整个监测网以宁波市域范围内稳定性最佳的2个深层基岩点(江东基岩点、保国寺基岩点)作为起算点,采用一、二等水准测量方法对所有点位进行联网监测、整网平差,获取了每年度的水准点位监测成果。本文结合这些点位2011~2016年的监测数据变化情况,对高程控制点的选建情况进行研究探讨,分析了控制点选建与点位沉降失真之间的内在联系,提出今后软土地基地区高程点埋设的建议和思路。

2.1控制点选建

宁波市地面沉降监测网监测点标石埋设规格主要划分为6大类:基岩水准标石、岩层水准标石、深桩水准标石、墙角水准标石、普通水准标石、道路水准标石,见图1。基岩水准标石一般需通过开挖钻探,埋设至地层内部稳定基岩体上;岩层水准标石通常直接埋设于裸露的浅层基岩表层;深桩水准标石多通过桩基埋设至持力层,宁波主城区持力层深度多在30~60m之间;墙角水准标石多埋设于自身已经过桩基处理的高层建筑或桥梁上;普通水准标石埋设于花 坛、农田等普通地面;道路水准标石埋设于城市道路表面。

2.2成果分析

本文针对不同的标石规格及选建位置,分别选取若干研究样本,计算其5a内(2011~2016)平均沉降速率,表征其受沉降影响程度,具体见表1~6。从表中可以看出,表1~4类水准标石基本均埋设至基岩体或稳定持力层,成果最为稳定,在不考虑费用、成本的情况下,宜作为高程测绘基准建设的第一选择[3]。普通水准标石、道路水准标石大都选埋于普通空地、城市道路等位置,埋深多在0.2~1m之间,下部土体多为淤泥质粘土,在上部荷载附加应力作用下,极易发生压缩变形[4],导致上部高程水准点随之产生较大沉降,在生产实践中用于高程测绘基准建设的局限性较大。

2.3埋设成本分析

不同选建位置、不同标石规格的高程控制点,其受地面沉降影响大小也不同。从高程测绘基准建设、维护和长期使用的角度考虑,应尽可能将点位建设为稳固、可靠、不易发生沉降变形,但在生产实际中通常还要考虑生产成本和建设费用问题,需要在高程测绘基准有效性和成本费用之间找到一个平衡点。本文根据生产实际,对不同选埋情况的高程控制点建设费用进行研究探讨,如表7。通过对不同规格高程控制点建设费用的对比分析可知,不同类别的高程控制点所需的建设成本费用也不同,在实际生产中宜根据需要区别对待。2.4初步结论通过对高程测绘基准建设中高程控制点的建设规格、选建位置、分级建设、成本费用等方面的综合分析[6],初步得出以下结论:1)稳定性最好的基岩水准点,其建设费用也相对最高,宜作为区域高程测绘基准起算点建设使用。基岩水准点应不少于4座,平均间距为50~60km,且分布均匀。2)岩层水准点、深桩水准点稳定性较好,建设成本也较高,宜作为区域高程测绘基准框架点建设使用,以平均间距20~30km为宜。3)墙角水准点、桥梁水准点稳定可靠,受沉降变化影响不大,且建设费用也较为低廉,宜作为城市高程测绘基准主要高程控制点使用,以2~4km为间隔进行建设。4)普通水准点、道路水准点虽然建设成本费用不高,但其受沉降影响较大,在长时间未进行复测检核的情况下,其成果的可靠性、准确性不足,宜作为农村等地区特殊情况下的补充使用。

3软土地区高程控制网建、管、用的建议

根据以上分析,建议软土地基地区高程测绘基准点位选择应因地制宜,控制网应分级建设、定期复测并评估网的使用期[7]。

3.1点位埋设因地制宜、分级建网

软土地基地区高程测绘基准建设应尽量统一建网,避免分区建网。宜利用稳定性最好的基岩水准点、岩层水准点、深桩水准点先建立统一的框架网,为整个地区提供高程基准框架;在框架网基础上,采用墙角水准点、桥梁水准点进行加密,满足城市规划、建设中对高程控制点的使用需求;普通水准点、道路水准点稳定性稍差,建议在高程测绘基准建设中作为补充使用。

3.2定期复测

软土地基地区通常土质条件较差,受工程和环境变化影响较大,区域内的高程控制点易出现较大的沉降变化,导致高程控制成果失真,影响正常使用。宜根据区域沉降情况,分析各点位环境分别处理,使用变形分析方法(如平均间隙法)找出相对稳定点组,再以稳定点组为起算点进行定期复测,对高程控制成果进行修正,保持高程成果的现势性和稳定性。复测时,联测方法应尽量与原测方法一致。

3.3网使用期

网使用期是指控制网可有效使用的期限,沉降严重区域,网使用期较短;沉降轻微区域,网使用期较长。不同的网使用期,决定了控制网定期复测的周期和频率[8]。

4结语

本文结合宁波地区高程测绘基准建设的工作经验,通过对软土地基地区高程控制点标石规格、选建位置、分级布设、建设费用等多项因素的综合研究分析,提出了分级建网、确定网使用期、根据网使用期进行定期复测的工作思路,为软土地基地区特别是城市高程测绘基准建设工作提供了借鉴和参考。

参考文献

[1]苏衍坤,李新国,朱绪伟,等.软土海岸地区测量控制点标志的设立[J].海洋测绘,2007,27(3):43-47

[2]苏衍坤,孙现申,王历进,等.基于GIS的黄河三角洲地区控制点沉降初步分析[J].海洋测绘,2010,30(5):32-35

[3]陈远新,黄小明.温州城市新高程基准建立的实践与思考[J].现代测绘,2007,30(1):24-26

[4]陈俊勇,张全德,张鹏.对中国高程控制网现代化工作的思考[J].武汉大学学报(信息科学版),2007,32(11):941-944

[5]张全德,梁振英.国家高程控制网更新模式的探讨[J].测绘通报,2001(3):4-6

[6]姜雁飞,马全明,唐红军,等.地裂缝和地面沉降条件下的城市轨道交通工程高程控制测量探讨[J].测绘通报,2011(3):48-51

[7]刘永强,韩红新.海河流域高程控制网复测必要性研究[J].水利水电工程设计,2008,27(3):40-42

[8]程剑刚,田文革.独立高程控制网在沉降区长周期工程建设中的应用[J].测绘与空间地理信息,2015,38(1):212-214

作者:符华年 韩红超 单位:宁波测绘设计研究院

软土地基高程基准建设研究

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