沉降观测在汽车试验场坡道建设中的应用

龙春林，谭 成，覃像春，陈 琴

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州）

0 引言

为进一步提升某汽车试验场的试验能力，某试验场对原规划的山路试验区进行试验能力升级改造，拟在山路试验区西北角建设8种不同的标准坡道，坡度为5%～40%，其中10%、15%、20%包含低附路面。标准坡道建成后，将是整车耐久性、动力总成、底盘标定试验的重要组成部分，标准坡道的作用就是让试验车辆进行爬坡能力、驻车能力、半坡起步能力、ABS防抱死、轮胎抓地力等性能及耐久性的测试。通过测试发现车辆存在的设计缺陷与隐存的故障，及时改进与消除。

就坡道而言，目前国内外汽车试验场已建成的工程做法主要有5种：（1）采用原土或改性土堆坡；（2）采用大型泡沫苯乙烯块（EPS）堆砌填方；（3）采用发泡混凝土堆坡；（4）采用粉煤灰填筑；（5）采用工业废渣填筑。根据某试验场实际情况出发，本坡道工程经研究决定采用原土或改性土堆坡的工艺。

采用素土或灰土分层压实的方法高填方堆坡建成后最大的弊端就是地基沉陷，而我们通过对地基进行素土堆载预压处理，然后再进行严格要求的沉降观测，即可对地基因荷载增加等作用随时间的沉降变形规律进行总结与归纳，为进行后期级配碎石的填筑提供成果支持。因此，我们必须十分重视沉降观测在标准坡道施工和运营过程中的应用。本文主要以某试验场标准坡道建设为例，分析沉降监测在其中的作业流程、施工工艺、数据观测及分析、沉降规律等。

1 沉降观测准备

沉降观测在坡道建设前的施工准备主要为确定监测等级、仪器及附件的选用与检校等，具体如下。

1.1 确定监测等级

山路坡道沉降观测等级的确定根据设计技术标准《公路路基设计规范（JTG D30-2004）》《公路软土地基路堤设计与施工技术细则（JTG/T D31-02-2013）》，以及相关测量规范《国家一、二等水准测量规范》等来确定，本工程按二等水准测量要求进行，观测精度应小于1 mm[1，2]。

1.2 确定仪器及附件

在确定水准测量等级要求的条件下，按照《国家一、二等水准测量规范》《国家三、四等水准测量规范》，表1为水珠测量的等级以及沉降观测方法的相关要求，表2为适用仪器型号。所选仪器在观测作业前必须经过相关校正部门的检验，且出具相关合格证明，各项指标满足校正要求。另外，施工单位必须重新校检连续使用1个季度（3个月）以上的仪器及设备。本工程选用的测量仪器为2套型号DSZ1的自动安平水准仪，以及1套5 m塔尺附件，符合二等水准测量仪器型号的要求[3]。

表1 沉降观测方法及精度

表2 各等级水准观测适用仪器型号

2 制定方案

本工程沉降观测工作主要分为基准网设计、观测点施工、水准测量以及资料整理与提交，具体如下。

2.1 基准网设计

使用沉降标开始测量之前，必须在每段曲线上设置由4个基准点组成的基准网。基准网当作高程网来控制沉降标，并应由专业人员完成实施。基准网的作用是用来对观测点进行检验和直接测定，在整个观测过程中需保证基准网稳定不变，故稳定且易于作业是基准点埋设的基本要求，且与标准坡道保持大约坡道设计高程的2倍的距离，且于高速环道设计基准线两侧100 m～200 m之间，不宜过近，以免受高速环道沉降的影响。

2.2 观测点施工

坡道沉降观测点应布置在即能反映变形体变形特征又便于监测的位置，如坡道转弯处，坡道平台、坡道交汇处坡角位置等。沉降点布设间距一般控制在2O～30 m以内。本测试坡道共设计沉降观测点15个，实际共预埋沉降观测点15个，观测点如图1所示。

图1 观测网平面布置图

观测点布设的过程就是沉降板大样制作施工的过程，沉降板大样的设计包括底板、测杆、套管。底板材质一般为钢板，程方形，尺寸大于50*50 cm为宜，厚度在0.5～1 cm即可。测杆为一般为钢管（金属测杆），以便焊接在底板的中心，直径尺寸应大于等于φ5 cm。套管材质为塑料管，套住测杆，同时还能保证测量标尺的进出，直径一般在φ10 cm左右。测杆和套管的高度随着填土的增加而接高，最终要保证测杆顶面高于套管顶面约2～5 cm左右，且为了防止有东西坠入，套管需加盖封堵，且还需保证套管高出路面，并做好醒目标志，以免被破坏。沉降板基坑开挖如图2所示，沉降板下铺设砂垫层如图3所示。

图2 沉降板基坑开挖

图3 沉降板下铺设砂垫层

2.3 观测点测量

观测网观测点埋好稳固后，即可进行首次观测。观测作业由具专业职称的工程师施测。为保证观测精度，在观测过程中应遵循“五固定原则”，即固定基准点、工作基点与观测点，固定人员，固定仪器、设备，固定观测路线、程序与方法，各次观测的环境条件应基本一致，五定原则的目的是为了减少人机料法环对观测结果的影响，确保观测数据具有统一的趋向性，可比性。观测中如突然发生大量沉降、各测点沉降量严重不均匀或出现较大裂缝等异常情况，应进行逐日或几天一次的连续观测。11号沉降观测点在机械施工时被碰到，造成11号沉降观测点作废。

2.4 观测数据及分析

观测数据形成的过程就是在每个观测周期的时间节点上专业测量人员进行各个观测点高程值测量的过程，本工程选用的观测周期为两周观测1次，当然，也可以按照自身实际情况制定不同时间长度的观测周期，但不管周期的长短如何，一旦制定好观测周期就必须严格按照规定进行相应观测点的测量，不能中途变动，以免影响后期数据分析从而无法得出科学的地基沉降变化规律，而通过将每一次周期的观测点测量数据进行整理，就会形成一组观测成果数据图表。以下是本工程的成果数据及分析[4]。

2.4.1 沉降变形观测高程测量数据

经过专业测量人员对各个观测点高程的测量以及整理，我们得出了过程沉降变形观测高程测量数据表，见表3。

表3 沉降变形观测高程测量数据表

2.4.2 沉降点高程值前后比较

如表4所示，本工程共计进行了9次各个观测点（共计15个观测点）的数据测量，每次测量间隔为两周，将第1次的各个观测点的高程值与第2次各个点的高程值进行相减，就可以得到在此特定周期内每个观测点的沉降量，以此类推，就可以算出8个时间观测周期内的相应的观测点沉降量。另外，我们再将得到的各观测点的沉降量进行累计，就得出每个观测点在8个观测周期内的沉降变化情况，从而可以判断出地基在超载预压过程中的稳定情况。另外，从表5可以看出：9次观测结束后，11号沉降观测点作废外，其余各点均正常；数据中出现负值情况的主要原因，是因为测站的站数多与两测站之间高差大，有时要看到塔尺三米至四米的位置，但每次在沉降变形观测闭后都在技术规范内。从各监测点的累计沉降量可以看出，监测点最大沉降量为72 mm，后两个月连续每月平均沉降量为2.5mm，符合连续2个月不超过3mm的设计要求，坡道在该段时间内的沉降处于较稳定的状态，整个沉降监测过程没有任何大的异常发生。

表4 沉降点沉降量数据表

2.4.3 沉降点观测成果分析

测试山路坡道素土填筑及素土堆载按设计的要求，在规定的时间内完成了施工作业，测试山路坡道采用素土堆载预压处理，设计预压期为3个月至6个月以上的预压期。紧随工程施工进展进行沉降观测工作，自第1次观测时间开始，到测试山路坡道堆载预压土沉降，所有15个沉降板，其中14个沉降板沉降观测工作进展正常。截至目前累计最大沉降量10%和15%坡道交汇处坡角位置，最大沉降量为0.072 m，共观测9次，观测时长3个月零19天，符合设计时长要求。

从沉降曲线各测点的历时位移过程线可见，测点沉降量较小，一直都比较稳定。目前观测数据趋于稳定平稳，堆载预压段已具备沉降评估条件，按设计规范要求已达到可卸载标准。沉降曲线图如图4所示。

图4 沉降曲线图

3 沉降对汽车试验的影响

沉降对整车耐久、动力总成试验以及整车性能试验有着非常重要的影响。

首先，我们在整车耐久规范、动力总成试验当中，对试验车辆的山路子规范进行了路线及圈数定义，以及每圈的每一个操作规范都进行了规范定义，如果出现了较大的沉降，那么整车耐久的试验强度就会出现打折，车辆零部件的考核将达不到预期的目的，汽车产品工程师无法第一时间对零部件可能出现的问题进行分析和整改。那么本来应该出现故障的零件，就会以合格的身份出现在用户的手中，并极有可能以售后问题的身份呈现在汽车厂家的面前，将会出现索赔甚至国家强制召回的风险，用户买不到物美价廉的产品，同时也对汽车厂家造成负面影响以及不可挽回的损失。所以沉降越小，对整车耐久试验规范以及动力总成试验的执行一致性就好，试验质量就越高。

其次，对整车性能试验的影响也如此，每年一些权威认证机构（例如CNAS）都要对各种不同的汽车性能试验进行比对，而像汽车爬坡试验、最大爬坡试验等比对试验都是在标准坡道进行的，如果坡道出现了较大的沉降，那么试验结果将会与上一年出现较大偏差，那么该问题必然会是一个不合格项，如果整改不通过，试验场将会失去该性能试验的相关认证资质，汽车试验场的试验能力及同行业的竞争力将大打折扣。

4 结语

沉降观测是本坡道建设工程的一项重要工作。沉降观测的目的一是为了控制填土的速度，防止填土施工过程中地基上高路堤产生滑坡或地基强度破坏；另一个目的是为了观测填土过程及预压过程中地基沉降规律，预测地基的沉降趋势，揭示沉降速率，为确定卸载时间、卸载后的路床标高及预抛高量等提供技术依据。沉降观测可以保证坡道建设的施工与运营安全，并为后期的勘察设计与施工提供可靠的数据支撑！