高速公路軟基變形監(jiān)測

曾祥煜

摘 要：廣東的經(jīng)濟發(fā)展一直處于全國的前列，為實現(xiàn)“縣縣通高速”的目標，近年來廣東在大力建設(shè)高速公路。廣東珠三角城市處于三角洲海陸交互相沉積平原，軟土層發(fā)育，其具有分布廣、厚度大、承載力低，高壓縮性的特點，因此在修建高速公路的時候所要面臨的最突出問題是路基變形以及路基穩(wěn)定性，施工軟基監(jiān)測十分必要。那么，高速公路的施工過程中以及后期運營時，怎樣保障其安全和穩(wěn)定性，此篇文章結(jié)合江門市某高速路（一級公路）的監(jiān)測，淺談一下廣東珠三角地區(qū)軟土地基公路的變形監(jiān)測，并探討監(jiān)測中的遇到的問題，總結(jié)一些監(jiān)測方法以及路基沉降量分析。

關(guān)鍵詞：高速公路；軟基變形；監(jiān)測

土壤沉陷的類型很多，既包括了在初始狀態(tài)下的彈性沉陷，也包括了在塑性變形以及不在塑性變形下的不排水沉陷，還有固結(jié)沉陷和蠕變沉陷。在高速公路設(shè)計施工之中，軟土地基是經(jīng)常遇到的一類特殊路基工程。以廣東省江門市某高速公路為例，江門市某高速路處于三角洲海陸交互相沉積平原，軟土層發(fā)育，其具有分布廣、厚度大、承載力低，高壓縮性的特點，其多呈深灰色，飽和，流塑，含少量腐殖質(zhì)，具有腐臭味，土質(zhì)不均勻，含粉砂粒較多，常夾厚度 5-20cm的淤泥質(zhì)粉砂或粉砂層，項目軟土分布廣泛，厚度較大，軟土深度10-25m，軟土含水量高、靈敏度高、壓縮性高、孔隙比大、抗剪強度低、地基基本承載力容許值低。路基段軟土進行地基處理采用超載預壓法、排水固結(jié)預壓法、CFG樁等復合地基。軟土地基是公路工程施工難點之一，也是設(shè)計及施工過程中需重點解決的一個環(huán)節(jié)。軟基處理不好，隨著時間的推移，將會出現(xiàn)路面沉陷、橋頭跳車等問題，直接影響到交工后公路的使用功能。因此施工過程中需要監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)指導施工，反饋驗證設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，使工程達到預期設(shè)計標準。監(jiān)測中重要的環(huán)節(jié)是地基沉降監(jiān)測。

一、監(jiān)測項目

在軟基監(jiān)測中，一般主要的監(jiān)測項目包括：地表沉降、分層沉降、孔隙水壓力、地下水位、土體水平位移（位移邊樁）、深層土體水平位移（測斜）、土壓力等內(nèi)容。以江門某高速公路為例，斷面的布設(shè)基本原則：

1、軟土深度較深及性質(zhì)極差的路段；

2、填土高度最高路段及填土高度較高且軟土深度較深的危險路段；

3、距橋頭50m左右處；

4、涵洞；

5、魚塘等浸水路段。

除上述路段外，連續(xù)、均勻分布的一般軟土路段可根據(jù)處治措施和橋涵設(shè)置情況按100～300m左右間距設(shè)置監(jiān)測斷面。其中變形觀測主要為地表沉降觀測、位移邊樁監(jiān)測以及土體水平位移監(jiān)測。沉降觀測采用二等水準測量，在觀察了一定的時間之后就可以形成沉降的時間曲線，所得結(jié)果用于分析以及預測工后沉降量之中[1]。位移邊樁比較常用的兩種方法是前方交會法和極坐標法。土體水平位移觀測則是用測斜儀，得出不同深度的位移量與時間的變化曲線。

二、監(jiān)測儀器布設(shè)和數(shù)據(jù)分析

（一）儀器布置

1、沉降觀測：在進行沉降觀測的時候，第一步要布設(shè)沉降板，一般每個斷面埋設(shè)3塊沉降板，分別布設(shè)于路中以及兩邊路肩。沉降板埋設(shè)時，沉降板底槽應平整，并鋪設(shè)砂墊層。沉降板的金屬測桿、套管和接駁的垂直偏差率應不大于1.5%。沉降板底板采用鋼板，尺寸為50cm×50cm×（0.5～0.8）cm；金屬測桿直徑為4cm，測桿應與底板焊接為一體；測桿外套管采用塑料管，直徑為10cm，它應具有一定的強度和剛度。隨著填土的增高，測桿與套管相應接高，每節(jié)長度不宜超過50cm。監(jiān)測頻率為施工填土期1天/次，填土間歇期3天/次，滿載期第一個月3天/次，滿載期第二～三個月7天/次，第四個月～卸載前15天/次，卸載期1天/次，上路面期7天/次，運營期90天/次。沉降觀測使用二等水準測量，控制網(wǎng)使用二等水準測量。測量時需統(tǒng)計出測次沉降量、沉降速率、累計沉降量，并繪制沉降～荷載～時間關(guān)系曲線圖表。現(xiàn)水準測量規(guī)范中，二三四等水準測量的觀測中誤差m分別為0.18mm、0.78mm、1.04mm，以此分析一測站的高差中誤差和兩期觀測測站之差的中誤差，提高測量的精準度。

2、位移邊樁一般埋設(shè)于坡腳處，采用木樁或混凝土澆筑20cm×20cm×100cm（高）塊，中間澆注測量控制點。測量時使用全站儀，一般使用前方交會法或極坐標法。施工期監(jiān)測頻率同沉降觀測頻率，測量時需統(tǒng)計出測次位移量、位移速率、累計位移量，并繪制位移～荷載～時間關(guān)系曲線圖表。

a、前方交會前方交會法主要是角度交會，使用的儀器為經(jīng)緯儀。觀測圖形如圖1所示，邊樁設(shè)置在邊坡腳，一般情況下1組邊樁設(shè)置2～4個。在已知工作基點上設(shè)置儀器，觀測夾角A、B，根據(jù)兩己知工作基點間的距離b及觀測數(shù)據(jù)，計算出所測邊樁的坐標值。

圖1 前方交會法示意

b、極坐標法是利用高精度全站儀直接測量邊樁坐標的觀測方法，其觀測圖形如圖2所示。

圖2 極坐標法示意

圖中I為工作基點；M為后視點；A為邊樁；J1、J2為后視方位檢查點。每次觀測時，利用全站儀直接測出邊樁A 的坐標即可。

3、土體進行水平位移觀測之前將測斜管布置在路基兩側(cè)坡腳的位置，在埋設(shè)的時候需要保證測斜管導向槽方向跟測量位移方向是一樣的。在整個過程中，一些細節(jié)之處也需要被注意到。比如在進行儀器保護的時候，需要在監(jiān)測儀器的附近設(shè)置圍欄來防止其他人員的破壞[2]。并且，除了要防止碰撞到測斜管之外，還需要在觀測結(jié)束之后對管口進行封口，以防進入異物而造成管口堵塞問題。監(jiān)測數(shù)據(jù)采集后繪制深層土體水平位移～時間關(guān)系曲線（包括位移速率曲線）

（二）數(shù)據(jù)分析

沉降數(shù)據(jù)的分析是長期的過程，軟基的施工需沉降數(shù)據(jù)來指導施工。施工填土期，當沉降速率大于15mm/d或邊樁、深層水平位移大于5mm/d時，現(xiàn)場必須停止施工，待沉降速率、位移速率減小并穩(wěn)定后再繼續(xù)下步施工，分析沉降速率超標原因，調(diào)整施工作業(yè)，經(jīng)驗表明，沉降速率、位移速率驟變往往是路基滑坡的前兆。因此，施工中必須根據(jù)監(jiān)測實時數(shù)據(jù)來指導施工，確保工程的穩(wěn)定以及安全。

軟基的預壓期一般為6個月以上，路基是否能夠卸載必須同時滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015）兩個要求。即要求推算的工后沉降量小于設(shè)計容許值，同時要求連續(xù)2 個月觀測的沉降量每月不超過5mm。（工后沉降：橋臺與路堤相鄰處≤0.10m，涵洞、通道處≤0.20m，一般路段≤0.30m）。工后沉降推算一般采用“三點法”、“雙曲線法”、“Asaoka法”等。

（三）監(jiān)測中遇到的問題

施工中監(jiān)測儀器容易受到施工設(shè)備破壞，監(jiān)測設(shè)備的破壞會導致數(shù)據(jù)的缺失不連續(xù)，對后期的推算工后沉降等造成影響。因此在設(shè)備受到破壞時必須第一時間進行修復，并告知現(xiàn)場人員加強保護。

三、結(jié)語

監(jiān)測是軟土路基施工中不可或缺的環(huán)節(jié)，通過對沿線路基填筑過程中的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)路基失穩(wěn)危險的先兆，判斷工程的安全性，并及時采取必要的工程措施，確保工程的穩(wěn)定與安全。以數(shù)據(jù)指導施工，確定和優(yōu)化施工方案，校驗工程勘察資料以及驗證設(shè)計參數(shù)。作為監(jiān)測人員必須不斷學習，不斷加強責任心，不斷總結(jié)。

參考文獻：

[1]化建新，閆德剛，趙杰偉，郭密文.第七屆全國巖土工程實錄交流會特邀報告——地基處理綜述及新進展[J].巖土工程技術(shù)，2015，06：285-300.

[2]汪瑩鶴，趙新益，陳占，陳遠洪.鄭武客專線粉質(zhì)土地基沉降觀測數(shù)據(jù)異常值判別及沉降預測研究[J].長江科學院院報，2013，04：79-84.