公路路基沉降的先進監測技術及工程應用

齊曉楠，毛建影

(東營市公路勘察設計院(山東中咨公路咨詢設計有限公司)，山東 東營　257091)

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公路路基沉降的先進監測技術及工程應用

齊曉楠，毛建影

(東營市公路勘察設計院(山東中咨公路咨詢設計有限公司)，山東 東營257091)

摘要：分析了傳統的路基沉降監測技術的不足，并結合工程實例，闡述了開發先進沉降監測技術和沉降理論模型，對監測和預測公路路基沉降的重要意義。

關鍵詞：公路；路基；沉降；監測

1自動化、全天候的路基沉降監測

(1)基于霍爾多磁感應的激光測距方法

將多磁霍爾傳感器、激光測距等技術相結合，開發了一種路基沉降自動測量系統。在路基垂直沉降方向上的特點位點上設置多個磁環，磁環位置和間距固定。在測量時，采用單片機控制步進電機下降，一旦電機下方的多磁霍爾傳感器遇到磁環，會引發霍爾效應，并產生觸發信號反饋給單片機，單片機產生2路信號，分別用于停止步進電機和啟動激光測距儀，測量磁環到激光器的距離，并自動將數據通過通信網絡傳輸給計算機，通過磁環位置的變化計算出路基沉降量。

工程實例：濟南西客站車站設置有2條正線、15條到發線、1個側式站臺和7個島式站臺，其站場路基位于深厚松軟土地基區域，施工時為了減少工后沉降，依次進行了CFG樁路基加固處理和堆載預壓排水固結處理。2009年11月，在濟南西客站進行了沉降測量系統的現場安裝和調試，分別在3個路基沉降觀測斷面，即DIK420+494、DIK420+500和DIK419+506上埋設了一套垂直分層沉降與橫向位移測量子系統和表面沉降測量子系統的目標星點，并在隨后3個月內對路基斷面的沉降進行了全方位的監測，并通過Internet網絡遠程傳輸監測數據。在3個月的監測期內，路基各分層較穩定，磁環高程基本保持不變，最大沉降量僅為3mm，說明該處路基在堆載預壓中后期并未發生明顯變形。

(2)基于光纖傳感監測技術的路基監測系統

近年來，光纖傳感監測技術開始廣泛應用于隧道、邊坡、大壩、橋梁、路基等領域的監測，該技術利用光纖光柵解調裝置監測光柵布拉格波長的漂移量，進而計算出外界的應變變化量，具有靈敏度高、抗靜電干擾、可實時傳輸網絡數據等優點。如圖1(a)所示，在路基中設置直徑大于200 mm的圓盤，下端依次連接有光纖光柵位移計和測桿，當路基沉降時，帶動圓盤沉降，此時光纖光柵位移計可以感應到土層的位移變化。

工程實例：在德興至南昌高速公路的D10標段，公路路基為軟質路基，其中0～3.5 m內為粉質粘土、3.5～5 m內為淤泥質土、5～8 m內為粉質粘土、8 m以下為細砂和圓礫，該標段軟基采用了CFG樁進行加固處理。本次軟基沉降監測現場，在路基斷面的監測孔內埋設了光纖光柵位移傳感器，并選擇了解調進度為1 pm的光柵解調儀器。如圖1(b)所示，在路基填筑期間，整個軟基沉降控制較好，但是在1月和3月中旬，沉降速率超過了10 mm/d，不過通過加快填方速率，使沉降得到很好的控制。因此，利用光纖光柵監測技術可以對路基沉降數據進行實時、連續監測，避免出現大面積公路病害，同時與傳統的沉降板監測相比，其監測精度大幅度提高，可以避免常規監測的數據大幅度偏移誤差。

圖1　光纖光柵傳感監測與常規沉降板監測的數據對比

2建立沉降模型，預測路基沉降趨勢

目前，常用的預測沉降的理論方法有基于土的本構模型的Biot固結理論模型和基于沉降實測數據的推算模型，如雙曲線法、S型成長模型等。其中，前者與工程實際存在較大差距，而后者則根據大量的沉降實測數據，建立合理的預測模型，對預測路基未來沉降量具有重要意義。

工程實例：深圳濱海大道全長9.66 km，其中7.25 km位于潮間帶和水下淺灘，存在大量的淤泥層，為軟基沉降監測的重點路段。在該路段的K1 +800 試驗段，鋪設沉降板進行地表沉降監測。在施工期間，每填筑一層土觀測一次；在路堤填筑后的堆載預壓期，每半月或一個月觀測一次。如圖2(a)所示(曲線4)，沉降板監測的沉降量呈“S”形趨勢變化。

圖2　沉降板監測和幾種S型成長模型預測路基沉降量

同時，還采用幾種“S”型成長模型對路基沉降趨勢進行了預測。在220 d前，Gompertz模型、Pearl模型、Weibull模型均可以很好的預測的沉降趨勢，與工程實測沉降量基本一致，但是在220 d后，3種模型預測值與實測數據均存在較大誤差。不過，將上述3種模型組合，并給每個模型設定一定的變權重系數，構建了一種變權重組合S型模型，從而更加精確的預測了路基的沉降量變化(圖2b)，與工程實測數據基本一致。

其中，1為Gompertz模型，2為Pearl模型，3為Weibull模型，4為實測數據

3結論

隨著國家公路網的建設，公路建設區域的地質和人文情況的復雜性增加，給公路的路基建設增加了很大難度，很多公路將使用特殊路基，甚至不良路基，如軟土地基等，更易引起路基的沉降。因此，在施工和工后使用過程中，非常有必要實時監測路基沉降的變化情況，根據實測沉降數據分析路基沉降的規律，并在出現異常情況時及時采取有效的控制措施，以避免大面積路基沉降對公路的破壞。

參考文獻：

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[3]劉優平，吳文清，黎劍華，等.高等級公路軟基沉降光纖光柵監測技術研究[J]. 建筑科學，2013，29(9)：21-24.

收稿日期：2016-03-11

作者簡介：齊曉楠(1978-)，女，吉林長春人，工程師，研究方向：路基。

中圖分類號：U412

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0093-02