高速公路斜坡軟弱路基變形監(jiān)測與分析

彭祥生

摘要：文章為掌握路堤荷載作用下斜坡軟弱地基的變形特性，選擇典型山區(qū)高速公路高路堤斜坡軟弱地基工點，進行了路基中心及下坡一側坡腳地基的長期沉降和水平變形測試，并對測試數據進行了分析。結果表明：（1）路堤填筑期內沉降變形發(fā)展相對較快，路堤填筑完成后沉降變形增速趨緩，采用雙曲線法預測得到的工后沉降為34.2mm，滿足高速公路路基工后沉降要求;（2）軟土層表面傾斜且下臥硬層表面基本水平時，路堤荷載作用下的地基水平變形最大值在地表，且變形值沿深度增加而減小，地基水平變形的監(jiān)控可以地表觀測樁為主。

關鍵詞：山區(qū)高速公路;路堤;斜坡軟弱地基;沉降;水平變形

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 130I：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.008

文章編號：1673-4874（2019）08-0028-03

0引言

在山區(qū)修建高速公路，線路常需經過山間溝谷地帶，斜坡軟土廣泛分布其間。此類軟土通常是由于地表水流搬運巖石風化后的產物和地表有機質至低洼處沉積而形成的，成因類型多屬丘陵谷地相沉積，具有流滑性、膨脹性、分布不均勻、有機質含量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低等特點。斜坡軟土地基與高填方是山區(qū)高速公路的一種常見路基結構形式，分析路堤荷載作用下斜坡軟弱地基的力學特性對山區(qū)高速公路的建設有指導意義。

文獻分析指出，在路堤荷載作用下，斜坡軟弱土地基內的應力在下坡一側坡腳附近集中，而水平地基則在中部集中;在路堤總荷載相同的條件下，斜坡地基應力最大值高于水平地基，斜坡地基發(fā)生失穩(wěn)的可能性更大。文獻采用室內模型試驗分析了路堤荷載作用下傾斜軟土層的變形特性，結果表明，傾斜軟土層使得路堤荷載偏心，加速路堤本身的失穩(wěn)。目前，路堤荷載作用下斜坡軟弱地基變形特性的現場試驗驗證相對偏少，長期觀測數據尤為缺乏。

本文結合某山區(qū)高速公路的建設，現場選取了典型的斜坡軟弱路基工點，埋設了地基變形觀測元件，進行了路堤填筑期內及工后長期的變形數據采集，并對數據進行了分析。

1現場測試方案

1.1測試工點概況

測試工點位于某新建高速公路K83+826處。該處丘間洼地，路基以填方通過。地層情況從上到下依次為：厚6～9m的軟塑狀粉質黏土，強風化砂巖夾泥巖，如圖1所示。路堤中心高度為13m，路基面寬24.5m，邊坡路肩以下8m處設置2m寬臺階，臺階之上邊坡坡度1：1.5、之下1：1.75，路堤基底設置厚50cm的碎石墊層。

1.2測試內容及方法

1.2.1地基沉降

在左右路肩及路基中心的地基中鉆孔埋設單點沉降計，如圖1（a）所示，測試地表相對于下臥硬持力層的沉降量。

單點沉降計的埋設流程為：鉆孔至強風化層100c什，安裝單點沉降計一固定測桿底端一回填中粗砂于孔中空隙一在沉降計頂端安裝、調整法蘭盤位置并固定一保護導線一記錄初始讀數值。

1.2.2坡腳地基水平變形

在下坡一側坡腳處地基中鉆孔埋設測斜管，如圖1（b）所示，采用測斜儀測試坡腳處地表以下不同深度處的地基水平變形。

測斜管的埋設流程為：鉆孔至強風化層400cm→安裝測斜管→在測斜管與孔壁間充填水泥漿→在地表管口處修筑保護坑并加保護蓋→水泥漿初凝后記錄初始讀數值。

1.3觀測要求

路基填筑期及工后的變形觀測頻率應滿足表1要求。

1.4測試元件安裝概況

路堤填至1m時開始埋設測試元件，共埋設單點沉降計3個，測斜管12.5m。埋設完成后繼續(xù)填筑路堤。

2測試數據及分析

按觀測要求，在路堤填筑期內及填筑完成工后進行地表沉降及地基不同深度水平變形的數據采集。路堤填高、地表沉降及坡腳地表水平位移如表2所示。地表沉降隨路堤填高增加的變化曲線如圖2所示。坡腳處地基不同深度處水平變形如圖3所示。坡腳地表水平位移隨路堤填高增加的變化曲線如后頁圖4所示。

表2及圖2～4中所指地基沉降變形值均為所埋設的三個單點沉降計測試數據的平均值。

表2和圖2表明，路堤填筑快速填筑期內（2010-11-26至2011-05-19），路堤高度由O增加到12m時，沉降速率為0.50mm/d，沉降發(fā)展相對較快;路堤填筑放置期內（2011-05-19至2011-09-01），沉降變形增速趨緩，沉降速率為0.15mm/d;路堤填筑完成后（2011-10-08至2012-03-20），沉降變形增速進一步趨緩，沉降變形速率為0.12mm/d。這表明，路堤沉降趨于穩(wěn)定。根據填高穩(wěn)定于13m后的觀測數據，采用雙曲線法預測20年后的沉降為139.2mm，最終沉降為139.8mm。由此可知，本斷面以填高至13m的時刻起算，工后沉降為34.2mm，滿足高速公路路基工后沉降要求。

由圖3和表2可知，地基水平變形基本發(fā)生在粉質黏土層內，最大變形發(fā)生在地表，沿深度增加逐漸衰減。地基水平變形的監(jiān)測可以坡腳地表為主。測試期內得到的地表水平變形最大值為202mm。由圖4和表2可知，路堤快速填筑期內（2010-11-26～2011-05-19），路堤高度由0增加到1 2 m時，坡腳地表水平位移速率為0.80mm/d，變形發(fā)展相對較快;路堤填筑完成后（2011-10-08～2012-03-20），水平變形增速趨緩，變形速率為0.31mm/d。這表明，坡腳地基水平變形趨于穩(wěn)定。

3結語

本文進行了典型的高速公路斜坡軟弱地基高路堤工點的地基豎向沉降與水平變形測試，并對數據進行了全面分析。有如下基本結論：

（1）路堤快速填筑期內，沉降變形發(fā)展相對較快，沉降速率為0.50mm/d;路堤放置期內，沉降變形增速趨緩，沉降速率為0.15mm/d;路堤填筑完成后，沉降增速進一步趨緩，速率為0.12mm/d。采用雙曲線法預測得到的工后沉降為34.2mm，滿足高速公路路基工后沉降要求。

（2）軟土層表面傾斜，下臥硬層表面基本水平時，路堤荷載作用下的地基水平變形最大值發(fā)生在地表，且變形值沿深度增加而減小。地基水平變形的監(jiān)控可以地表觀測樁為主進行。