高速公路路基沉降觀測及填筑施工技術(shù)探討

王世容 韋純國

摘要 高填方路堤填筑施工階段極易產(chǎn)生沉降變形病害，嚴(yán)重影響路基穩(wěn)定性，威脅道路施工及運營安全，因此加強路基沉降觀測尤為必要。鑒于此，文章針對路基沉降觀測及填筑技術(shù)展開綜合探究，闡述了沉降觀測現(xiàn)狀及沉降觀測儀工作原理、構(gòu)造特征，分析了路基沉降觀測基本程序，主要包括觀測點布設(shè)、觀測儀埋設(shè)、數(shù)值統(tǒng)計及處理、確定沉降變形規(guī)律等，并提出了工藝、設(shè)備優(yōu)化及質(zhì)量控制措施，旨在為同行提供參考、借鑒。

關(guān)鍵詞 高速公路工程；路基填筑；沉降觀測；路基填筑

中圖分類號 U416.1文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0116-03

0 引言

高速公路項目建設(shè)中，普遍存在高填方路基填筑作業(yè)，采用沉降觀測儀對路基沉降實施監(jiān)測，能全面掌握路基沉降變形情況，從而對施工工藝實施科學(xué)調(diào)整，顯著提升路基填筑質(zhì)量，減小路基沉降變形，保證道路施工及運營安全[1]。該文結(jié)合路基沉降觀測現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析了沉降觀測及填筑施工技術(shù)，以期能有效提升高填方路基施工技術(shù)水平，有效控制路基沉降變形。

1 路基沉降觀測現(xiàn)狀

公路項目路基填筑階段常以壓實度與彎沉值對施工效果實施評價。目前，國內(nèi)大多數(shù)現(xiàn)役公路彎沉值及壓實度全部滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求，但道路運營期間仍然存在路基垮塌、差異性沉降等問題，影響道路正常使用[2]。

相關(guān)研究表明，公路項目路基垮塌、沉降變形等質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生均與施工階段沉降監(jiān)測不到位有關(guān)。結(jié)合現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》，僅對軟土路基沉降觀測作出了相關(guān)要求，而對于其他路段路基沉降觀測并未作出具體規(guī)定，導(dǎo)致實際施工過程中沉降觀測不到位，增大路基坍塌及沉降變形風(fēng)險，威脅道路使用安全[3]。為此，該文對路基沉降觀測與同步填筑技術(shù)實施研究具有十分重要的意義。

2 路基沉降觀測儀

路基填筑體沉降觀測儀作為常用的監(jiān)測儀器，具有精度高、速度快、攜帶方便等優(yōu)點，在道路施工及運營階段沉降變形監(jiān)測中應(yīng)用廣泛。

（1）路基填筑體沉降觀測儀工作原理為路基內(nèi)部沉降觀測儀測量管與土體外部溢流管水面高度始終保持相同狀態(tài)，根據(jù)該原理，可對路基沉降變形實施監(jiān)測，工作原理示意見圖1。

（2）沉降觀測儀檢測管設(shè)有排氣裝置和液體排出管道，排氣裝置內(nèi)設(shè)有液體進、出口，其中進液口位置較高，并在最上部留設(shè)出氣孔，用于排除輸液過程中產(chǎn)生的氣體，避免管道內(nèi)存在氣泡影響觀測結(jié)果準(zhǔn)確性。觀測儀主要包括沉降墩、管道、沉降板三部分[4]，構(gòu)造示意，見圖2。

（3）為避免測量時測管內(nèi)部存在氣泡影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性，實際測量前應(yīng)預(yù)先向管路內(nèi)通油，以有效排出管道內(nèi)部氣體，進而保證觀測精度[5]。

3 沉降觀測基本程序

路基沉降觀測基本程序，見圖3。

3.1 沉降觀測點布置

（1）根據(jù)實際情況，科學(xué)選用水準(zhǔn)點進行路基沉降觀測。通常狀況下，路基施工階段沉降控制點應(yīng)在道路中心線周邊50～300 m區(qū)域內(nèi)布設(shè)，水準(zhǔn)點應(yīng)與道路中心線平行，并且不能相距太遠(yuǎn)。

（2）觀測網(wǎng)布設(shè)。觀測網(wǎng)應(yīng)全面覆蓋所有地基不良地段，對于軟弱路基段、采空區(qū)、高填方段及常規(guī)區(qū)域均應(yīng)布設(shè)觀測點[6-8]。

（3）沉降觀測點設(shè)置，具體布設(shè)形式，見圖4。

3.2 沉降觀測儀及土壓測試儀埋設(shè)

（1）管線溝槽開挖。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理規(guī)劃管線埋設(shè)路徑，并準(zhǔn)確定位出管線埋設(shè)線路，采用專用開槽機械進行開槽，深度控制在30～35 cm，寬度為30 cm，溝槽開挖應(yīng)合理組織施工，以降低對路基填筑施工的影響，保證路基施工順利進行。

（2）管線預(yù)埋。溝槽開挖完成后，將管線平鋪溝槽內(nèi)，并在接頭部位設(shè)置壓力計，待管線完全鋪設(shè)完畢，將管線端頭與測量板接通，采用細(xì)砂將管線槽填筑平整。

（3）線路連接。接通管線和除氣裝置，并開啟裝置頂部出氣孔，采用壓力裝置向除氣裝置內(nèi)部壓水，待裝置及管路內(nèi)部氣體全部排出后，依次按照進油、排氣及排油管的順序開啟各部位閥門，并勻速、緩慢進行通油[9]。

（4）通油過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視管路出油情況，當(dāng)油管內(nèi)部開始出油時，及時開啟量測管閥門，當(dāng)液面達到指定高度后及時閉合進油閥，待液面不再發(fā)生變化時，讀取測尺數(shù)據(jù)并詳細(xì)記錄在冊。

3.3 動力測試

根據(jù)現(xiàn)場實際情況對路基實施動力檢測，從而有效了解壓路機碾壓過程中路基應(yīng)力變化情況，全面獲取路基沉降變形規(guī)律，為后續(xù)路基填筑工藝及設(shè)備選取提供理論依據(jù)。

3.3.1 數(shù)值統(tǒng)計與核算

（1）測量裝置檢查。實際測試前需對檢測裝置進行全方位檢查，確保性能良好。主要檢查部位包含管路、閥門、護管、測頭等。

（2）準(zhǔn)確讀取檢測數(shù)據(jù)，并對沉降變形量實施驗算。根據(jù)測板及土壓計讀數(shù)準(zhǔn)確獲取水準(zhǔn)值和壓力值，并對實際沉降量實施驗算，確保測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

3.3.2 數(shù)據(jù)處理

嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，繪制格式標(biāo)準(zhǔn)的觀測記錄表，主要內(nèi)容涉及點號、部位、測量數(shù)據(jù)、測量偏差等。通過EXCEL表格對相關(guān)數(shù)據(jù)信息實施驗算與優(yōu)化，并對各項監(jiān)測內(nèi)容與結(jié)果實施比較。

各項檢測結(jié)果全部實施現(xiàn)場處理，針對路基施工過程中存在的穩(wěn)壓實施實時監(jiān)測與處置，并對各層位路基沉降實施驗算，根據(jù)實際測算結(jié)果，獲得路基填筑高度與沉降變化關(guān)系曲線[10]。

3.3.3 確定路基沉降變形規(guī)律

根據(jù)路基沉降及土壓檢測結(jié)果，確定壓實功作用下路基沉降變形規(guī)律。

3.4 填料力學(xué)性能測試

路基填料力學(xué)性能檢測主要內(nèi)容包含各種粒徑路基填料壓實度、級配、滲透能力、動力性能及沉降特征等。

3.5 工藝、設(shè)備選擇

根據(jù)路基土體變形特征，科學(xué)編制持續(xù)荷載作用下土體沉降觀測方案，從而對路基沉降變形實施全面分析，得到持續(xù)荷載用下路基沉降規(guī)律，并根據(jù)沉降觀測結(jié)果合理選擇施工工藝及設(shè)備。

（1）持續(xù)荷載壓實設(shè)備選擇。結(jié)合該工程實際情況，填筑厚度區(qū)20 cm，對各種規(guī)格壓實設(shè)備動力性能實施測試，具體測試數(shù)據(jù)見圖5、圖6。結(jié)果顯示，路基填筑深度30 cm條件下，高頻振壓施工時土壓力600 kPa，此壓力為壓實設(shè)備最小工作壓力，實際施工時應(yīng)選用較大噸位壓實設(shè)備進行壓實作業(yè)。

（2）碾壓工藝選擇。按照工程項目實際需求，根據(jù)施工設(shè)備工作性能，合理確定施工工藝，選取試驗段進行壓實試驗，碾壓24 h實施沉降觀測。碾壓工藝選取標(biāo)準(zhǔn)為滿足路基最小沉降標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 工藝、設(shè)備優(yōu)化

高速公路路基填筑時，應(yīng)根據(jù)動力測試及沉降監(jiān)測結(jié)果，科學(xué)選用施工工藝、設(shè)備，以有效提升施工設(shè)備及工藝合理性，全面提高路基填筑質(zhì)量。

（1）填土厚度優(yōu)化：壓實設(shè)備盡可能采用載重量較大設(shè)備，并實施動力測試，填筑深度保持在15～30 cm范圍內(nèi)。其中，填土深度30 cm條件下，土壓達800 kPa，因此可結(jié)合具體情況合理增大填筑厚度。

（2）施工設(shè)備優(yōu)化：實際施工時，若路基填料類型發(fā)生改變，則應(yīng)對壓實設(shè)備進行調(diào)整。對于填筑深度30 cm條件下，土壓力低于600 kPa時，需更換大噸位壓路機。

（3）施工工藝優(yōu)化：①路基填筑施工時，需對地基壓實度實施檢測，檢測合格后方能進行路基填筑。填筑過程中，應(yīng)加強沉降觀測，若沉降速率不超過0.05 mm/d，表明所選用的設(shè)備及工藝較為適合。②路基施工過程中，當(dāng)沉降速率為0.05～0.1 mm/d時，應(yīng)對壓實設(shè)備實施優(yōu)化，改用大噸位壓實設(shè)備進行碾壓施工，特殊條件下可選用沖擊式碾壓設(shè)備。③路基壓實度滿足要求，當(dāng)沉降速率低于0.1 mm/d時，說明路基填筑階段沉降變形較大，承載性能達不到標(biāo)準(zhǔn)要求，必須對其實施加固處理，然后實施填筑作業(yè)。

（4）質(zhì)量控制：觀測點選擇是決定路基沉降觀測的重要前提，應(yīng)根據(jù)實際情況合理布設(shè)觀測點，結(jié)合具體需求設(shè)定坐標(biāo)及標(biāo)高控制點，各種測點數(shù)量不得少于3個，并布設(shè)于相對穩(wěn)固部位。

4 結(jié)論

綜上所述，路基沉降觀測是保障路基填筑質(zhì)量的重要手段，對提高路基整體穩(wěn)定，控制沉降變形，具有十分重要的作用。工程實踐中，常采用路基沉降觀測儀對路基沉降變形實施監(jiān)測，其具有精度高、速度快、攜帶方便等優(yōu)點，能夠用于不同階段的路基沉降監(jiān)測。路基填筑施工階段，通過沉降觀測儀對路基沉降變形實施監(jiān)測，并根據(jù)動力試驗結(jié)果，科學(xué)選用施工機械及施工工藝，從而有效提升路基填筑效果，保證道路整體建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻

[1]羅群星. 拼接路基沉降觀測分析——以某公路改造工程為例[J]. 交通世界， 2023（18）： 56-58.

[2]程麗榮， 楊春霞， 王家琦， 等. 基于改進壓縮模量法的公路路基沉降計算方法研究[J]. 太原科技大學(xué)學(xué)報， 2020（1）： 20-25.

[3]柴承均. 公路工程高填方路基施工技術(shù)要點及質(zhì)量控制[J]. 工程機械與維修， 2023（3）： 173-175.

[4]程江浩. 高速鐵路線下橋梁工程沉降觀測技術(shù)[J]. 工程機械與維修， 2021（3）： 136-137.

[5]賈鐵錚. 高填方路基不均勻沉降的觀測與防治分析[J]. 交通世界， 2021（7）： 38-39+43.

[6]劉俊飛. 新建高速鐵路路基沉降速率提醒閾值確定方法與異常處置[J]. 鐵道建筑， 2022（7）： 118-121.

[7]胡志文， 程培峰， 李澤闖， 等. 基于沉降差和動態(tài)變形模量的含巨粒土路基壓實質(zhì)量控制[J]. 森林工程， 2022

（1）： 124-131.

[8]王軍， 徐劍. 滬寧高速公路擴建工程新老路基變形規(guī)律分析研究[C]. 節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集（一）， 北京：中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會學(xué)會學(xué)術(shù)部， 2007： 742-748.

[9]劉萌成， 高玉峰， 彭衛(wèi)兵. 循環(huán)荷載作用下路基土累積殘余變形研究[C]. 第十二次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會會議論文摘要集， 北京：中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會，2012： 228.

[10]高樹青， 馬明磊， 劉斌， 等. 高強合成纖維土工材料在基礎(chǔ)設(shè)施施工中的應(yīng)用分析[C]. 2020年工業(yè)建筑學(xué)術(shù)交流會論文集（下冊）， 北京：工業(yè)建筑雜志社，2020： 1764-1767+1771.