淺析高速公路軟基路堤施工監(jiān)控技術(shù)

陳輝龍

（河南省公路工程局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450009）

在高速公路施工過(guò)程中，經(jīng)常遇到在軟弱地基上面進(jìn)行路基土石方填筑施工。由于軟弱地基的特殊性質(zhì)，要求在施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制路堤的填筑速率，嚴(yán)密監(jiān)控填筑段的路基變化情況，邊施工，邊監(jiān)控，監(jiān)控所得結(jié)果又用于指導(dǎo)施工，否則盲目地施工，一味地追求工程進(jìn)度，不顧地基變化的實(shí)際情況，有時(shí)將造成嚴(yán)重工程事故及重大經(jīng)濟(jì)損失本文以成都至南充高速公路某段為例對(duì)高速公路軟基路堤施工監(jiān)控技術(shù)作以簡(jiǎn)要介紹。

1 成南高速公路工程概況

成南高速公路是國(guó)家規(guī)劃的上海到成都國(guó)道主干線的支線，全長(zhǎng)208公里，其地質(zhì)復(fù)雜，軟基地段較多，全段共有軟弱地基地段200多處，全路處于川中丘陵地區(qū)，其丘間溝谷，地勢(shì)低洼，多為水稻田，地表水長(zhǎng)期排泄不暢，其間沉積的低（高）液限粘土，多呈軟~可塑性，厚度約3~13米，通過(guò)計(jì)算，在這種軟基地區(qū)填筑路堤，當(dāng)填方高度超過(guò)8米時(shí)（個(gè)別地段4~5米），其路基穩(wěn)定性和殘余工后沉降將不能滿足規(guī)范要求，成南路在處理這些軟弱路基采用了塑料排水板、粒料樁、換填砂礫石、拋石擠淤等方法，其效果比較理想，在進(jìn)行路基填筑過(guò)程中，又實(shí)施了監(jiān)控技術(shù)，對(duì)路基的變化情況及時(shí)進(jìn)行有效監(jiān)控，指導(dǎo)施工，效果比較明顯。

2 軟基強(qiáng)度增長(zhǎng)原理和規(guī)范要求

在軟基設(shè)計(jì)和施工中，一個(gè)重要的依據(jù)即為軟基的強(qiáng)度隨荷載的增加以及時(shí)間的推移而逐漸增加，一般可以用下面的公式來(lái)表示：

式中：τ-軟基強(qiáng)度；C-粘聚力；σ-有效應(yīng)力；φ-摩擦角

從上面公式可以得出這樣的結(jié)論：在軟弱地基路段，初期荷載大，間隔時(shí)間長(zhǎng)對(duì)軟基強(qiáng)度的增長(zhǎng)是有利的，其強(qiáng)度的增長(zhǎng)和時(shí)間的規(guī)律大致可以用圖1來(lái)表示，從圖上可以看出，只要填土荷載增加的速率不超過(guò)地基強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率，路堤的安全就有保障，根據(jù)這一規(guī)律，在施工中便可合理地安排施工進(jìn)度，保證安全地進(jìn)行路基填筑。如成南路K44+200~K44+330段軟基，路基填方高度為15米，該段天然地基的極限填高為8米，則在填方高度8米以下，適當(dāng)?shù)丶涌焯钪俾剩谶@一時(shí)期地基天然承載力可以承受快速的加載，在填方高度超過(guò)8米以后，路堤的穩(wěn)定性要靠強(qiáng)度的增長(zhǎng)來(lái)保證，這時(shí)就應(yīng)該嚴(yán)格控制填筑速率，隨路堤填方高度的增加填筑速率的控制更應(yīng)該嚴(yán)格。

那么如何監(jiān)控路基的填筑速率？如何可以知道加載水平?jīng)]有大于地基強(qiáng)度增長(zhǎng)情況呢？目前較為有效和常用的方法是通過(guò)觀測(cè)路堤的沉降情況和側(cè)向位移情況來(lái)判斷當(dāng)前路堤的穩(wěn)定性，控制當(dāng)前的填筑速率。為此我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范對(duì)軟基路堤的施工和監(jiān)控技術(shù)提出了嚴(yán)格的要求，在JTJ017-96《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)軟基路堤的施工監(jiān)控要求如下：

2.1 在施工中應(yīng)遵循按圖施工的原則和“邊觀察、邊分析”的方法；如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)提供資料不符或原設(shè)計(jì)的處治方案因故不能實(shí)施改變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)告并根據(jù)有關(guān)規(guī)定報(bào)請(qǐng)變更設(shè)計(jì)。

2.2 按設(shè)計(jì)規(guī)定或規(guī)范要求布設(shè)觀測(cè)儀器。

2.3 軟土地基路堤的施工應(yīng)注意觀測(cè)填筑過(guò)程或以后的地基變形動(dòng)態(tài)，對(duì)路堤施工實(shí)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。高速公路、一級(jí)公路及二級(jí)公路工程在路堤施工中必須進(jìn)行沉降和穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，其觀測(cè)項(xiàng)目、目的、儀器如下：

（1）觀測(cè)項(xiàng)目：地表沉降量；儀器名稱：地表型沉降計(jì)（沉降板）；地表型沉降計(jì)（沉降板）：用于沉降管理。根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)調(diào)整填土速率；預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，確定預(yù)壓卸載時(shí)間和結(jié)構(gòu)物及路面施工時(shí)間；提供施工期間沉降土方量的計(jì)算依據(jù)。

（2）觀測(cè)項(xiàng)目：地表水平位移量及隆起量；儀器名稱：地表水平位移樁（邊樁）；地表型沉降計(jì)（沉降板）：用于穩(wěn)定管理。監(jiān)測(cè)地表水平位移及隆起情況，以確定路堤施工的安全和穩(wěn)定。

（3）觀測(cè)項(xiàng)目：地下土體分層水平位移量；儀器名稱：地下水平位移計(jì)（測(cè)斜管）。

地表型沉降計(jì)（沉降板）：用于穩(wěn)定管理和研究。用作掌握分層位移量，推定土體剪切破壞的位置。

3 成南高速公路軟基監(jiān)控方法

根據(jù)成南高速公路的實(shí)際情況，按照規(guī)范要求，全線采用設(shè)置沉降盤和側(cè)位移樁的方式進(jìn)行軟基的沉降和側(cè)向位移的觀測(cè)，具體方法如下：

3.1 監(jiān)控儀器

沉降盤采用基樁、沉降盤和套管組合結(jié)構(gòu)，直接檢測(cè)套管和基樁之間的相對(duì)位移，基樁采用φ40mm鋼管，沉降盤采用60cm×60cm的鐵板制作，上面沿對(duì)角線布設(shè)加固鋼板，套管采用φ80mm鋼管，套管焊接或螺栓連接在沉降盤中央。

側(cè)位移樁采用鋼筋混凝土預(yù)制樁，混凝土標(biāo)號(hào)不小于25號(hào)，長(zhǎng)度不小于1.5米,斷面可采用正方形或圓形,邊長(zhǎng)或直徑以10cm~20cm為宜,在樁頂預(yù)埋不易磨損的測(cè)頭,一般采用φ6mm鋼筋為好。

3.2 埋設(shè)方式

一般路段沿縱向每隔100m~200m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，橋頭路段應(yīng)設(shè)置2~3個(gè)觀測(cè)斷面，沿河等特殊路段應(yīng)酌情增設(shè)觀測(cè)斷面，對(duì)于路堤較高（大于12米其下有塑料排水板或碎石樁等處理措施時(shí)）應(yīng)適量縮短觀測(cè)斷面間距，對(duì)于上述段落要求觀測(cè)斷面縱向間距不應(yīng)大于100米。

沉降盤一般設(shè)置在路堤中央，對(duì)于重要段落，一側(cè)軟基或填方高度明顯大于另一側(cè)時(shí)，可在較危險(xiǎn)一側(cè)埋設(shè)；φ40mm鋼管基樁需鉆孔將其打過(guò)軟土層至硬土或強(qiáng)風(fēng)化層表面，要求基底盡量堅(jiān)硬，放入基樁后應(yīng)在樁頂采用8磅鐵錘錘至穩(wěn)定為止，沉降盤要穿過(guò)基樁，埋設(shè)于填方底部再回填密實(shí)。

軟土地基沉降量觀測(cè)記錄(單位:cm)

側(cè)位移樁一個(gè)斷面每側(cè)埋設(shè)4個(gè)，埋設(shè)間距5米一個(gè)，外設(shè)基準(zhǔn)樁，基準(zhǔn)樁應(yīng)在路堤坡腳外30米以上，在路堤較高，軟基深度較厚的段落，還應(yīng)適當(dāng)加大距離。邊樁埋設(shè)以地表以下不小于1.2米為宜，樁頂露出地面高度不應(yīng)大于10cm，可以采用打入或開(kāi)挖埋設(shè)，要求樁周圍回填密實(shí)，樁周上部50cm用混凝土固定，確保邊樁埋設(shè)穩(wěn)固。

3.3 觀測(cè)方法和精度

沉降盤的豎向沉降值采用鋼尺量測(cè)套管與基間的相對(duì)位移的方法，量測(cè)標(biāo)記在埋設(shè)或接長(zhǎng)時(shí)在套管的某一方位用鋼鋸齊套管頂面在基樁上鋸出長(zhǎng)約20mm凹槽，并用紅油漆作出標(biāo)記，在豎向量測(cè)位置，用紅油漆在套管和基樁上面畫一豎線，以便以后量測(cè)，量測(cè)精度到1mm。

側(cè)位移采用單三角前方交會(huì)法或鋼尺量測(cè)法，單三角前方交會(huì)法用J1或J2經(jīng)緯儀量測(cè)，方向觀測(cè)水平角誤差為±2.“5,采用測(cè)距儀或鋼尺量測(cè)方法時(shí),量測(cè)誤差為±5 mm。

側(cè)位移高程量測(cè)采用S1或S2型水準(zhǔn)儀，以二級(jí)中等精度要求的幾何水準(zhǔn)測(cè)量高程，觀測(cè)精度應(yīng)到1mm。

3.4 觀測(cè)頻率

每個(gè)軟基路段可以根據(jù)具體情況大致估算出天然地基的極限填土高度（一般設(shè)計(jì)單位已經(jīng)提供），在填方低于極限填土高度時(shí)，可以不控制填筑速率，軟基觀測(cè)頻率不大于15天；在填方高度接近或超過(guò)臨界高度后，每層填筑都應(yīng)進(jìn)行一次觀測(cè)，并應(yīng)控制填筑速率，軟基觀測(cè)間隔不應(yīng)大于5天；對(duì)于有異常現(xiàn)象的軟基段，應(yīng)該暫停加載，每天進(jìn)行一次軟基觀測(cè)直至穩(wěn)定為止；路基填筑完成后，預(yù)壓期間觀測(cè)應(yīng)視地基的穩(wěn)定情況而定，一般半月或每月一次，直至預(yù)壓期結(jié)束。

軟土地基水平位移觀測(cè)記錄(單位:cm)

3.5 觀測(cè)記錄和資料整理

每次觀測(cè)應(yīng)按照規(guī)定的格式做好記錄，及時(shí)整理匯總觀測(cè)結(jié)果，根據(jù)觀測(cè)資料結(jié)合填筑情況，繪制出軟基填土和沉降趨勢(shì)曲線、軟基填土和側(cè)位移趨勢(shì)曲線。下面以成南高速公路E3合同段K44+200~K44+330段軟基觀測(cè)記錄(1個(gè)月)為例繪制軟基填土和沉降趨勢(shì)示意曲線，軟基填土和側(cè)位移趨勢(shì)曲線示意圖如下：

3.6 軟基填筑控制標(biāo)準(zhǔn)

按照相應(yīng)的規(guī)范要求，軟基路堤穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)為：路堤中心線地面沉降速率每晝夜不大于1cm；坡腳水平位移速率每晝夜不大于0.5cm。按照上面的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合觀測(cè)記錄和趨勢(shì)曲線圖，我們可以很清楚地判斷出所填軟基段的變化情況，判斷其是否處于正常控制狀態(tài)，來(lái)指導(dǎo)施工。觀測(cè)結(jié)果應(yīng)結(jié)合沉降和位移的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行綜合分析，填筑速率應(yīng)以水平位移控制為主。

3.7 異常現(xiàn)象的處理

在對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)如果發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象之一時(shí)，應(yīng)該特別注意判斷其是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象：①、沉降和側(cè)位移觀測(cè)結(jié)果突然超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)。②、盡管觀測(cè)結(jié)果沒(méi)有超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)，但在趨勢(shì)曲線上越來(lái)越大，且呈明顯不收斂趨勢(shì)。③、路堤出現(xiàn)明顯的異常征兆。

如果路堤穩(wěn)定出現(xiàn)異常情況而可能失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)立即采取果斷措施：停止加載，每天進(jìn)行軟基觀測(cè)并對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，嚴(yán)密監(jiān)視施工現(xiàn)場(chǎng)變化情況，必要時(shí)向上級(jí)報(bào)告。待路堤恢復(fù)穩(wěn)定后，方可繼續(xù)填筑。

4 觀測(cè)設(shè)施的維護(hù)和保護(hù)

用于沉降與穩(wěn)定觀測(cè)的儀器在使用前需進(jìn)行全性能檢查和校驗(yàn)，以保證測(cè)定儀器的正常使用和觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠。沉降盤、側(cè)位移樁、基準(zhǔn)樁，在觀測(cè)中均必須采取有效措施加以保護(hù)或?qū)Ｈ丝垂堋３两当P由于設(shè)置在路基工作面上，容易遭到施工車輛、壓路機(jī)等碰撞和人為損壞，除采取有力的保護(hù)措施外，還應(yīng)在標(biāo)桿上豎有醒目的警示標(biāo)志，測(cè)量標(biāo)志一旦遭到碰損，應(yīng)立即恢復(fù)并復(fù)測(cè)。

沉降盤的套管和基樁在施工過(guò)程中，應(yīng)隨填方高度的增加逐漸加長(zhǎng)，要求沉降盤的套管高出路堤工作面至少50cm，基樁至少高出套管頂面20cm。套管和基樁可以采用螺帽接長(zhǎng)，每節(jié)套管和基樁可在2米左右，為防止套管和基樁被人為破壞，最好采用現(xiàn)場(chǎng)焊接的方法進(jìn)行加長(zhǎng)，在套管和基樁接長(zhǎng)后，應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)并記錄加長(zhǎng)的長(zhǎng)度和數(shù)量，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

由于埋設(shè)儀器在路面修筑期間以及完工后還將發(fā)揮作用，施工單位在路基完工后，不得破壞埋設(shè)儀器，在路基96區(qū)頂面驗(yàn)收交工后，埋設(shè)儀器應(yīng)交由后續(xù)施工單位保管使用。

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