軟土區高速公路地基沉降變形監控方案及實施技術研究

賀國棟（蘭州交通大學，甘肅 蘭州730070）

近年來，我國高速公路建設發展非常快。國內軟土地基分布廣泛，軟土的高含水量、孔大隙比、高壓縮性、小壓縮模量、低承載力等特性，為軟土地區施工提出了特殊要求。

目前，高速公路軟土地基處理通常采用以下措施：一種是采用排水固結預壓法改善土體的三相體結構比例關系，加速軟土地基排水固結過程，達到改良土體的物理力學性質的目的；另一種為加固土樁法，通過土體樁和樁間軟土形成復合地基，提高地基承載力，達到減小路基總沉降量的目的[1，2]。

從已有的研究成果和施工經驗看，高速公路軟土地基施工過程中的變形監控必不可少，監控中沉降觀測目的是判斷軟土地基沉降變化速率，進而判定路基的穩定性，保證路堤填筑施工安全，同時可利用監控量測數據推算路基的最終沉降量，評價軟土地基的固結狀況以及設計方案、施工措施的合理性，豐富軟土地區施工經驗、充實軟基處理理論。

路基變形監控工作一般可分為填筑期監控、預壓期監控、路面施工期監控和工后監控4 個階段。其中前3 個階段(施工期)的變形監控可以對高速公路施工過程實施沉降穩定動態控制，正確控制填筑速率以確保路堤填筑安全；同時可確定加載預壓強度和卸載時間，加速沉降量在施工期或更早發生，減小工后沉降量；能確定結構物和路面的施工時間，確保結構物安全，減小路面施工期沉降量；通過監控有效控制工后沉降量和不均勻沉降，保證路面結構完整和車輛高速平穩行駛。工后沉降觀測可以進一步驗證地基處理效果，驗證沉降預測的精確性，為運營期間采取合理措施提供指導，進一步完善軟基設計、施工理論。

1 軟基變形監控方案技術要求

軟土區路基變形監控必須先做好技術設計方案，目的在于根據作業的具體要求，從全局考慮，統籌安排，使整個監控工作能及時有效進行，為工程建設的順利進行提供可靠、準確、連續完整的實測資料。

1.1 變形監控精度指標確定

確定路基變形的精度指標通常有3 個，一是采用規范中規定的固定值；二是根據沉降變形增量的大小確定精度指標；三是通過探討沉降變形觀測值與建筑物允許變形值的比值關系確定[3，4]。

沉降變形增量的觀測精度指標要求：為了確保沉降變形速率不致過大引起地基、路基發生破壞，沉降變形觀測的精度必須能夠真實反映路基沉降速率。對高速公路不同施工期中路基沉降的一般變化規律進行比較分析，結合現場觀測條件，目前一般在填筑期和預壓初期沉降變形增量的中誤差mds 宜取(2.5+0.5)mm，在預壓末期和路面施工期沉降增量中誤差mds 宜取(1.5+0.5)mm。

累計沉降變形量的觀測精度指標：沉降變形觀測點初設或接管后觀測所得高程為初讀數，累計沉降量為歷次初讀數間隔時間內的沉降增量之和。假設每次采用相同的觀測方法，沉降增量中誤差為mds，則經過n 次初讀數后累計沉降量的中誤差ms 為mds，因此可以看到累計沉降變形量的觀測精度隨著初讀數的次數增多而降低。

1.2 沉降變形監控的平差方法

在進行軟基變形監控技術方案準備階段，如果發現為施工埋設的水準網的精度低于沉降變形觀測的精度要求，此時在采用附合水準路線進行觀測后，若按一般附合水準路線平差方法來消除觀測中的閉合差，水準點本身的誤差將直接影響觀測結果的精度。因此沉降觀測的平差方法應該充分考慮水準點本身的誤差。

1.3 沉降變形觀測技術要求

觀測精度應按測量規范根據實測數據進行計算評估。為了確保觀測精度達到三等水準測量的要求，沉降觀測可采用單程雙測站、往返觀測和附合水準路線等方法，觀測的不符差應滿足《工程測量規范》中三等水準測量的技術要求。水準觀測時應及時檢查較差或閉合差，應符合規范規定，不滿足限差要求必須立即復測。儀器、操作和外界環境是誤差的三來源，為此，每次觀測應盡量遵從5 個固定原則：即后視尺固定；測站位置固定；轉點固定；儀器設備固定；觀測人員固定。

1.4 觀測點的布置及觀測頻率設計

高速公路沉降變形觀測點的布置首先應滿足施工過程中地基、路基安全需要，其次考慮高速公路路線較長，應對布設密度進行優化，以節省投資。沉降觀測的頻率應能反映出路基荷載和沉降變化的過程，通常需根據具體情況確定[5，6]。

2 軟基變形監控方案實施

2.1 沉降變形觀測點的選擇和埋設

沉降變形觀測的測量點分為校核基點、工作基點和沉降觀測點。其中沉降觀測點主要有埋設于路基中心線、路肩及基底的沉降板測桿。工作基點是作為沉降板測桿觀測的控制點，必須埋設在路堤填土影響區以外，一般至少距路基中心線50m 以外。一般用預制混凝土樁打入堅硬土層2m 以下，保證其穩定。而校核基點是用于控制工作基點的，布設在沉降區外地基穩定的地段，也一般采用預制混凝土樁打入堅硬土層10m 以下，4周應采取永久性保護措施，且利用它定期對工作基點復測校核。沉降觀測單位一般可利用施工單位所設置的校核基點。

2.2 沉降板的制作、埋設及保護

沉降板的制作要求：一般采用為長寬高尺寸為60cm×60cm×1cm 的鋼板做底板，一根直徑為40mm 的鋼管，并用4 塊鋼條搭接將鋼管焊接在鋼板的正中心作為測桿。隨著填土的增高，測桿可以接長，逐漸升高。鋼管外還設置硬質PVC套管，防止鋼管與路堤填土直接接觸，PVC 套管也可接長。

沉降板在第1 層填土鋪平但未壓實之前進行埋設，安放沉降板時應確保鋼板底座水平性良好，保證充實，避免底座與砂墊層局部虛空。通常在選擇斷面后，分別于路堤的中心和左、右路肩及基底上各埋設沉降板一塊，實測不同時間不同位置的沉降變形。

路基變形數據通過對測桿的不定期測試得到，為了得到與實際吻合的數據，要確保沉降板處于正常工作狀態，沉降板一旦損壞將很難恢復，更嚴重的是將導致數據的斷點，破壞數據采集的完整性和連續性。實際工作過程中，由于施工現場的復雜性，大型施工機械多、作業頻繁，極易造成沉降板的破壞。為此，監控負責方和施工方要做好相應工作，監控技術人員要對埋設做好技術指導工作，沉降板接管外要套有硬質PVC 管，沉降板周圍不得有大型土塊或石塊，沉降板四周可人工填料并用小型機具振動壓實。對施工人員做好宣傳工作，在沉降板周圍插上一面紅旗或非常醒目的標志牌以警醒操作施工機械的人員。

2.3 觀測頻率和精度及觀測原則

根據施工監控的技術設計方案，一般每填土1 層觀測1 次，長時間停止施工，中間需要加測，觀測間隔不大于7 ～10d/次。觀測過程發現異常現象，要加大觀測頻率，調整到2d/次，甚至1d/次，密切注意沉降變形發展情況。一般而言，觀測精度與沉降變形量有一定的關系，即沉降量越大，觀測精度可放低，反之則要求精度高。路堤施工期間，其沉降變形觀測精度與預壓期及路面施工期的沉降觀測精度相比，可適當放低。

2.4 沉降變形觀測方法

一般進行變形監控時，測站點并不需要與工作基點及沉降標一定在一條線上，只需要后視距與前視距盡量相等，前后視距差不宜超過1m。后視距或前視距以不超過50m 為宜，當工作基點與沉降板測點相距太遠或因高差的原因需要轉點時，一定得使用尺墊，轉點次數一般為1 次，不宜超過2 次。

沉降板埋設穩定后即可測得初始高程H0，隨著填方高度增加需要接長鋼管時，在接長之前，觀測高程H1。將鋼管接上，再觀測其高程，以此觀測值作為下次觀測計算沉降變形的初始值，依次類推。此時本次的沉降值即為：H1-H0。每段鋼管的長度以20 ～30cm 為宜，鋼管過長，當接上鋼管再于其上豎立銦鋼尺時，銦鋼尺所處位置較高，豎尺者無法看到圓水準氣泡，致使銦鋼尺無法豎直，而是左右晃動，讓觀測讀數者讀數產生誤差。觀測時間一般選擇在上午或下午較好，最好避開中午時段，因為那時陽光強烈，致使觀測人員眼睛眩暈，不宜看準讀數，另陽光強烈時對觀測儀器也有較大損害[7]。

隨著路基填筑高度不斷增高，觀測點位置相應要發生變化。一次轉點時，一般把工作基點的高程導到新壓實的路面上，如果此時儀器架設于原地面時，前后視讀數都有困難。可將轉點設于路堤邊坡上一定范圍內，在其上豎立銦鋼尺，儀器仍架設于原地面，則可看到讀數，再把儀器架設于新壓實的路面，將此處的高程導向沉降板測點。當填土高度進一步增大，仍會出現看不見銦鋼尺而無法讀數，而轉點又不宜超過2 次。此時則需要將工作基點的高程導往附近的橋墩或通道上，因為橋墩或通道的沉降基本上已趨于穩定，所以橋墩或通道上某一處的高程可作為以后的工作基點。

2.5 測試數據處理及應用

根據現場實測的不同時間同一位置，及同一時間不同位置的變形資料，需要對數據進行及時處理，同時繪制地基、路基隨時間變形的曲線，以填土時間為橫坐標軸，與時間對應的荷載(填土高度)和沉降量為縱坐標軸，可繪制時間-荷載-沉降曲線，指導施工過程。根據沉降變形量隨時間變化曲線，日沉降速率不超過10.0mm/d 時，可填筑下一層土方。當日沉降速率大于此值，則需報警，及時通知施工單位，上報業主，并仔細分析原因且加密觀測，待路堤變形穩定才可繼續填土。

3 結語

軟土地基沉降變形觀測是修筑高速公路過程中必不可少的監測工作，軟土地基路堤施工期間，根據場地軟土的特點，進行施工安全監控，控制地基沉降變形是確保施工進度和施工質量的重要手段，在軟土地區工程建設中要給予高度重視。

[1]龔曉南，等.)地基處理手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.55-141.

[2] 公路軟土地基路堤設計與施工技術規范(JTJ017!96)[S].北京：人民交通出版社，1997.

[3] 中華人民共和國交通部. 工程測量規范(GB50026-93)[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[4]聶讓，許金良.公路施工測量手冊[M].北京：人民交通出版社，1999.

[5]徐澤中，白忠良.滬寧高速公路(江蘇段)軟土地基沉降觀測和穩定驗證分析[J].水利水電科技進展，1998(3)：40-43.

[6]何良德，洪波.高速公路軟土地基沉降觀測的精度控制[J].公路，2003(4)：31-34。

[7]羅新文，徐學軍，施戈亮.高速公路軟土地基施工期沉降觀測問題的探討[J].長江大學學報，2008(3)：304-306。