高速公路路基沉降監(jiān)測技術(shù)研究

王晉峰

(山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

0 前 言

我國幅員遼闊，地質(zhì)情況非常復(fù)雜，這對高速公路的建設(shè)和維護(hù)工作提出了很高的要求。在高速公路的建設(shè)過程中，軟基、不良土路基、高填路堤、陡坡路堤等多種因素都可能導(dǎo)致路基沉降出現(xiàn)，復(fù)雜、惡劣的地質(zhì)情況和為了加快高速公路建設(shè)而縮短施工周期也是路基沉降出現(xiàn)的主要原因。路基沉降破壞了公路路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可能導(dǎo)致路面開裂或坑洼不平，加速了高速公路的損壞，影響了高速公路的運行壽命和行車質(zhì)量，造成了很大的交通安全隱患問題。加強路基沉降監(jiān)測技術(shù)的研究，對提高高速公路的建設(shè)和維護(hù)質(zhì)量十分重要。

1 路基沉降的原理和原因

土壤主要由土顆粒、水、空氣三種物質(zhì)構(gòu)成，在建設(shè)路基時，需要將土地壓實，這時，首先會將土壤中的空氣排擠出來，然后是水分被逐漸順著縫隙壓擠出來，最后是土顆粒被不斷壓實，讓土壤密度大大增加。在此過程中，土壤中的水和空氣不會一次性全部排凈，這是一個長期的過程，水和空氣的不均勻擴(kuò)散和土壤應(yīng)力結(jié)構(gòu)的改變會導(dǎo)致路基的形狀發(fā)生改變，導(dǎo)致部分路基下沉，造成路面的下沉或者開裂。路基填土壓實不足和路基填料不均勻是導(dǎo)致路基沉降出現(xiàn)的主要原因。

1.1 路基填土壓實不足

在路基填土的施工中，部分路段的土料顆粒較大，沒有被充分地粉碎破壞，在壓實過程中路基中的水和空氣存留較多，土壤密度不均勻，導(dǎo)致路基在后期使用中不能保證路基的整體結(jié)構(gòu)完整，產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻下沉，導(dǎo)致了路面開裂或坑洼的現(xiàn)象出現(xiàn)，影響了高速公路的使用質(zhì)量。

1.2 路基填料不均勻

路基的填料通常是施工過程中產(chǎn)生的廢料，填料中物質(zhì)的性質(zhì)各不相同，壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)差異較大，施工時很難對填料進(jìn)行有效地壓實，難以保證路基的均勻度。在長期的高負(fù)荷作用下，路基的結(jié)構(gòu)很容易被破壞，導(dǎo)致部分路面變形、下沉，產(chǎn)生裂縫或者路面斷裂，使高速公路損壞嚴(yán)重。

2 路基沉降監(jiān)測技術(shù)

在路基沉降監(jiān)測工作中，按照沉降部位的不同，可以將其分為表層沉降監(jiān)測、分層沉降監(jiān)測和剖面沉降監(jiān)測三種類型，可分別使用不同類型的監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行檢測，以保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度，提高路基施工的質(zhì)量和效率。

2.1 監(jiān)測樁法

將監(jiān)測用的鋼筋打進(jìn)錨固砂漿之中，之后將錨固砂漿打進(jìn)土壤里，使用水準(zhǔn)儀測量檢測樁和基準(zhǔn)點之間的數(shù)據(jù)差，即為監(jiān)測點的沉降量。該技術(shù)通常適用于簡單地表層沉降監(jiān)測，其操作簡單快捷，且施工成本較低，但只能用于測量一個單獨的沉降點，應(yīng)用范圍較窄。

2.2 沉降板法

沉降板由底板、PVC管、金屬測桿構(gòu)成。底板水平于基準(zhǔn)線，埋入路基，其會跟隨路基的沉降而沉降，以此進(jìn)行監(jiān)測。金屬測桿垂直于底板，用于沉降值的測量，可根據(jù)測量的深度進(jìn)行加長或縮短，在埋入沉降板后記錄金屬測桿的高度，以后定期對其高度進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)之間的差值即為測量點的沉降值。PVC管用于保護(hù)金屬測桿，防止金屬測桿被腐蝕破壞，影響監(jiān)測的準(zhǔn)確性。該監(jiān)測技術(shù)施工成本較低、施工工藝簡單，監(jiān)測精度較高且便于進(jìn)行監(jiān)測操作，適用于路基的表層沉降監(jiān)測。但金屬測桿的頂端長期暴露于路面，容易受到破壞影響監(jiān)測的準(zhǔn)確度。在施工過程中，由于沉降板需要預(yù)先埋設(shè)進(jìn)地基，所以可能導(dǎo)致地基壓實不足，影響地基質(zhì)量；其次，為了避免破壞沉降板，施工時需要避開沉降板埋設(shè)區(qū)域，影響了施工的進(jìn)度；最后，沉降板被破壞后難以進(jìn)行補救措施。

2.3 沉降水杯法

沉降水杯由排水管、排氣管、注水管(測量管)、測尺和保護(hù)盒等構(gòu)件組成，將排水管、排氣管、注水管與保護(hù)盒安裝起來，將排水管、排氣管的出口和保護(hù)盒一起埋進(jìn)監(jiān)測位置的土壤中，將注水管的注水口通到地表，形成測量管，注入適量的水，并用測尺測量水面高度，記錄為基準(zhǔn)點。當(dāng)監(jiān)測位置發(fā)生沉降時，由于連通器原理，其測量管水面高度會產(chǎn)生變化，再次測量，其數(shù)值與基準(zhǔn)點的差值即為沉降值。該監(jiān)測技術(shù)適用于分層沉降監(jiān)測和剖面沉降監(jiān)測，其構(gòu)架簡單，施工成本較低，且不影響公路的施工建設(shè)，可用于監(jiān)測地基、地表的總沉降，且能夠預(yù)測不均勻沉降的發(fā)生。但其對安裝的要求較高，且不適用于寒冷地區(qū)的監(jiān)測工作。

2.4 電磁式分層沉降儀法

電磁式分層沉降儀由磁性探測頭、標(biāo)尺、磁環(huán)、記錄儀等構(gòu)件組成。使用時，將磁環(huán)埋入每個土層之中，然后將磁性探測頭連接上記錄儀，通過非磁性導(dǎo)管深入到地下磁環(huán)中，磁性探測頭會感應(yīng)到磁環(huán)的位置，定期進(jìn)行測量并記錄磁環(huán)位置，其測量值之間的差值即為沉降值。該監(jiān)測技術(shù)適用于分層沉降監(jiān)測，可以監(jiān)測同一斷面的總沉降，操作便捷，成本較低。但其監(jiān)測精度容易受到外界影響，且只能監(jiān)測一個位置的沉降情況。

2.5 水壓式剖面沉降儀法

水壓式剖面沉降儀由記錄儀、注水架、注水管、測量探頭和PVC管等構(gòu)件組成。測量探頭的主要元件為靜水壓力傳感器，在土壤深度不同時，靜水壓力會發(fā)生變化。以此為工作原理，將水壓式剖面沉降儀埋入沉降監(jiān)測位置，當(dāng)路基沉降發(fā)生時，測量探頭的位置會發(fā)生改變，導(dǎo)致靜水壓力傳感器測量的壓力發(fā)生改變，記錄數(shù)值之間的差值即為沉降值。該檢測技術(shù)適用于剖面沉降監(jiān)測，可以測量任意監(jiān)測位置的沉降值，且可以測量監(jiān)測位置的長期沉降情況，有助于全面把握沉降狀態(tài)，便于路基沉降的研究和問題的解決，同時，其監(jiān)測成本較低，對公路的施工建設(shè)沒有影響。但該技術(shù)的監(jiān)測結(jié)果精度較低，且不適用于溫度較低的地域，環(huán)境溫差較大的地區(qū)其監(jiān)測精度也會受到影響。

2.6 水平測斜儀法

水平測斜儀主要由測量探頭、PVC管等構(gòu)件組成。其中，PVC管的內(nèi)管有特制的導(dǎo)槽，作為測量探頭的運行軌道。測量探頭的主要元件為加速度計，搭載在導(dǎo)輪上。將PVC管預(yù)先埋設(shè)到監(jiān)測位置的土壤中，注意水平放置。沉降發(fā)生后，導(dǎo)管會和路基沉降產(chǎn)生相同的形變。使用導(dǎo)線將測量探頭從導(dǎo)管的一端緩緩牽拉到另一端，在此過程中，測量加速度計的重力矢量在水平方向上的分量，即為測量探頭在水平方向上的傾斜角度，記錄每個節(jié)點上的角度，該角度和測量探頭的長度乘積即為沉降值。該監(jiān)測技術(shù)適用于剖面沉降監(jiān)測，其監(jiān)測精度較高，可以監(jiān)測剖面的整體沉降規(guī)律，且操作簡單，攜帶方便，成本也不高。同時，對路基施工沒有影響，外界環(huán)境對該監(jiān)測技術(shù)也沒有影響，實用性較強。

3 結(jié)束語

路基沉降監(jiān)測技術(shù)方法較多，需要根據(jù)具體情況選擇合適的監(jiān)測技術(shù)，以此提高路基沉降的檢測精度，為路基的施工效率和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性做出科學(xué)有效的監(jiān)測基礎(chǔ)。同時，加強對路基沉降監(jiān)測技術(shù)的研究和應(yīng)用，可以總結(jié)出更加科學(xué)性的路基沉降規(guī)律，有利于研究路基沉降的解決方法，加強對高速公路施工質(zhì)量和施工效率的控制，有效地提高高速公路的使用壽命，提升車輛的行車質(zhì)量和交通安全。

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