山區高速公路軟基變形規律及沉降預測應用研究

張春輝 （中鐵十六局第一工程有限公司，北京 101300）

1 工程概況

海西網漳州云霄至平和（閩粵界）高速公路A7標段起點樁號K71+650位于交盾特大橋橋頭附近，經交盾特大橋和玉和隧道后至頂寨村，經下石后路線往西南，終點K79+940位于崎嶺鄉際頭村。合同段路線全長8.29km，總投資4.35億元。

本合同段按雙向4車道高速公路標準建設，設計車速80km/h。整體式路基寬24.5m、分離式路基單幅寬12.25m。橋梁設計荷載采用公路-Ⅰ級，設計洪水頻率：特大橋為1/300，其他橋涵和路基為1/100。隧道采用分離式隧道，隧道內斷面凈寬10.25m，凈高5.0m。文章以實際工程為例，對山區高速公路軟基變形規律和沉降預測進行分析和探討。

2 山區高速公路軟基監測點布設

2.1 埋設軟基監測儀器和測點

在進行路基觀測之前，需要根據觀測點將沉降板埋設好，沉降標主要由管節、底座以及PVC管保護管帽3個部分構成。在砂墊層下埋設沉降標。在進行沉降板的安設時，其水平度要通過水平尺進行矯正，然后使用鉛垂控制垂直度，在砂墊層上進行適當的搓揉，使砂墊層和底板可充分接觸，防止出現局部虛空的情況。然后再次回填夯實，要求將沉降標從路基面露出的高度控制在50cm以內，見下圖。

沉降測點埋設圖

2.2 埋設孔隙水壓力計

在進行孔隙水壓力計的埋設時，首先使用鉆機進行鉆孔，然后進行單只埋設，以保證不影響孔隙水壓力計的檢測準確率。鉆孔到設計的深度后，首先要預留出30cm，然后壓入孔隙水壓力探頭，探頭壓入至原狀土層中即可。然后使用粘土進行封孔。埋設孔隙水壓力計前，為了避免透水時測到的孔隙水壓力值＜實際壓力值，需先將透水石放入到沸水中煮2h。測頭連接操作時需要在飽和水的情況下進行。測量完成后，在電纜線上將測頭上做好標志。不斷對上述步驟進行重復，直至埋設好所有的孔隙水壓力計。埋設好測頭后，要集中將電纜引到路堤坡腳位置，然后使用PVC管保護[1]。

2.3 埋設測斜管

使用塑料管作為測斜管，要求測斜管的彎曲性能可達到測量土體的位移要求。在埋設測斜管時，先使用鉆機進行導孔，導孔的垂直誤差要控制在1.5%內，測斜管中的十字槽務必和路基縱向方向對準。將提前準備好的帶有底蓋的測斜管順次緩慢、豎直的壓至鉆孔中，然后將平衡水灌注測斜管，并將管身扶正，使其和管槽方向對準，然后馬上使用粘土進行封孔，并將管蓋螺絲上好。

2.4 軟基監測頻率

按照下表進行軟基的監測，在進行監測時，需根據各個監測斷面工程的填筑情況、地質情況、實測數據變化情況、降雨情況等調整監測頻率。遇到特殊情況時，需適當加強觀測密度，以達到動態指導施工的目的。

軟基監控頻率表

3 山區高速公路軟基沉降監測情況

3.1 路基表面沉降情況

山區高速公路軟土地基具有較高的壓縮性、流變性，強度比較低，含水量比較大，為了保證施工質量，避免出現路堤滑坡失穩的情況，在進行軟土路基填筑作業時，需要控制好填筑速率。通過利用路基趨向失穩來將路基填土速率和路基穩定性之間的關系反映出來，并將其作為判斷路基失穩的主要參考依據。利用此方法可以將加載期間沉降的發展趨勢準確的分析出來。通常情況下，要求將路基填筑過程中的沉降速率控制在10～15mm/d。

3.1.1 線路各段路面沉降情況

在進行山區高速公路軟基施工過程中，受地質條件等因素的影響，很容易出現地質沉降，為了可查明沉降的變化規律，首先需要對施工加荷情況進行分析。在進行荷載施加時，監控單位和施工單位之間要互相配合，確保加荷施工可順利開展。本工程在施工過程中，通過監測證明，在地質情況比較差、加載高度比較大的地質情況下沉降值達到了最大值1206，研究決定采用換填+拋石擠淤的處理方式進行處理。該標段地基沉降在500～1000mm之間的沉降有6個，達到了25%。

3.1.2 等超載路段沉降預測

在對軟土路基進行填筑處理后，由于全線填挖交界路段分布非常多，很容易出現不均勻沉降，使路面產生裂縫。為了降低工后沉降，防止路面出現裂縫，需采用等超載預壓處理的方式對欠載預壓路段進行處理。通過監測后發現，路基沉降情況主要有下述幾個方面：

①在進行等載預壓過程中，很多路段都出現了沉降，沉降值達到了5mm～123mm，平均沉降值達到了37.5mm；②對軟土路基進行等載預壓以后，除了原有的監測路段外，其他路段工后沉降值為2mm～46mm，平均沉降值為14.1mm，進行預壓后剩余的沉降是預壓前沉降值的27.4%；③超載預壓后，將原設計方案8個檢測斷面中路段推算工后沉降值為18mm～248mm，出現這一情況主要是因為這部分路段地質情況普遍比較差，沉降速率在進行收斂的過程中速度比較慢。

通過進行監測證明，路基在使用超載預壓的方式進行處理后，使路基剩余沉降顯著降低，對防止路面裂縫、路基裂縫方面有起到了顯著的控制效果[2]。

3.2 側向位移

為了觀測側向位移情況，在底部穩定土層中埋入了測斜管，然后利用測斜儀對加載過程進行觀測，從而更加準確的了解土層出現側向位移的情況，進而更好地對路基加載施工進行指導。路堤是否具有良好的穩定性，和側向位移速率有直接的聯系。通常情況下，路堤進行填筑作業時，要求其側向位移速率要控制在5mm/d，通過進行監測證明，得到的檢測結果如下：

①經過分析發現，各路段的側向位移值達到了6.9～233mm，累計側向位移的平均值達到了69.3mm，路基比較高時，總體側向位移值相對來說較小，證明地基穩定性良好。

②通過分析發現，各個路段出現最大側向位移的點位于地表下0.5～3.5m處。

③進行加載的過程中，一些路段的側向位移速度＞5mm/d，采取路基穩預警措施，使路基的穩定性得到了有效控制，沒有產生路基失穩、滑塌的情況。

4 結語

綜上所述，軟土地基由于壓縮性高、含水量大、透水性差等特點，對公路工程施工質量有比較大的影響，文章以實際工程為例，對山區高速公路軟基變形規律和沉降預測進行了分析和探討。通過分析證明，該山區高速公路在地表以下0.5m～3.5m的位置出現了最大位移，大部分斷面的側向位移速率都＜5mm/d，均未超過預警值，地基沒有出現失穩和滑塌的情況，取得了良好的處理效果。