高速公路軟基路堤施工監(jiān)測
2015-05-27
在高速公路施工中，難免碰到在軟弱地基路段施工。由于，軟土具有壓縮性高和含水量大、強度低、透水性差、固結(jié)變形持續(xù)時間長等特點，要求在施工過程中，要嚴格控制路堤的填筑速率，嚴密監(jiān)控填筑段的路基變化情況。邊施工，邊監(jiān)控，監(jiān)控所得結(jié)果又用于指導施工，否則盲目地施工，一味地追求工程進度，不顧地基變化的實際情況，有時將造成嚴重工程事故及重大經(jīng)濟損失。
因此，較為準確及時的施工監(jiān)控在施工中起著極為重要的作用。目前常用的方法是通過觀測路堤的沉降情況和側(cè)向位移情況來判斷當前路堤的穩(wěn)定性，控制填筑速率。
1 軟基路段監(jiān)測的方法及過程
1.1觀測儀器及作用
?。?）沉降板：測量地表沉降。填筑期利用沉降速率分析路基施工期穩(wěn)定情況，控制填土周期，利用觀測資料推算軟土的最終沉降量，估算預留超高，確定卸載時間，確定結(jié)構(gòu)物施工的反開挖時間，預測工后沉降，計算填筑期沉降引起的土方工作量。
（2）測斜管：測量地表及其以下深層的水平位移，用于分析路基的穩(wěn)定狀況，分析側(cè)向變形對沉降的影響。
?。?）邊樁：用于分析路基的穩(wěn)定狀況，每個斷面4根，左右各布設(shè)2根，并設(shè)置觀測基點，按線路地質(zhì)條件最不利因素分析計算，滑動面最大影響范圍約15米，基點設(shè)置在距路基坡角20米以外，用J2型經(jīng)緯儀測量水平位移（或測量鋼尺加測力計），用S2型水準儀測量高程的變化。
?。?）分層沉降：掌握地基土不同深度、層位的沉降情況，用于沉降計算對比，設(shè)置在路基中部。
?。?）孔隙水壓力計：為了觀測埋設(shè)點處的滲透水位。
1.2 軟基監(jiān)測工作程序
編制監(jiān)控計劃→軟基處理結(jié)束→埋設(shè)監(jiān)控儀器→測初始讀數(shù)→路堤填筑第一層土→跟蹤觀測→數(shù)據(jù)分析→穩(wěn)定時填筑下一層土→如此觀測、填筑循環(huán)，至路堤施工結(jié)束。
1.3 觀測資料整理分析
?。?）當天資料整理將當天觀測的沉降、土壓力、側(cè)斜等原始數(shù)據(jù)記錄表、原始記錄匯總表和各種關(guān)系曲線及時整理，發(fā)現(xiàn)問題及時復測。繪制荷載～時間～沉降關(guān)系曲線、荷載～時間～水平位移關(guān)系曲線、荷載～時間～孔壓關(guān)系曲線。
?。?）根據(jù)觀測得到的關(guān)系曲線，判斷路基穩(wěn)定狀況。根據(jù)實踐經(jīng)驗及現(xiàn)行規(guī)范要求，路基填筑施工期變形指標按如下標準控制：地表沉降速率：10～20mm/d；側(cè)向位移速率：≤5.0mm/d；孔隙水壓力系數(shù)：≤0.5。超過控制指標時，可以臨時要求施工單位暫停施工并應(yīng)調(diào)整路堤的施工進度。
2 沉降監(jiān)測
為了研究路基的垂直變形，我們采用了沉降板觀測地表沉降。以此來控制填土施工過程中的填土速度，使填土荷載的增加和軟土抗剪強度的增長相適應(yīng)，從而使路堤不產(chǎn)生滑移破壞。其次，根據(jù)堆載（超載）預壓完成后實測沉降曲線推算得到最終沉降量和工后沉降量來判斷是否滿足卸載要求，并以此來確定卸載時間。
2.1沉降監(jiān)測設(shè)備及使用
采用的觀測設(shè)備有：沉降板和觀測儀器設(shè)備。沉降板是用鋼板制成，尺寸為500×500×10mm，沉降管選用φ20鍍鋅鋼管，其構(gòu)造如圖1所示。在實際觀測中，沉降管外套有一根PVC套管，管頂蓋有一塊鋼板，以此來保護沉降管。在觀測時，將管箍旋在管頂可以接管以實現(xiàn)持續(xù)觀測。沉降觀測儀器采用帶測微裝置的自動安平水準儀，測量精度滿足二等水準測量要求。
?。?）地基沉降觀測
觀測地基沉降，通過這部分數(shù)據(jù)的測量可以分析地基的穩(wěn)定性情況。觀測時將沉降板直接放置在清表后的地基表面，沉降管頂高程的變化即地基沉降量。
?。?）分層沉降觀測
觀測路堤自身各層在自重及上部荷載作用下的壓縮量，這部分數(shù)據(jù)可以用于分析路堤的自身壓縮。觀測時將兩塊沉降板放置在填土層的上下表面，兩根沉降管頂?shù)某两抵罴礊橹虚g土層的自身壓縮量。
沉降觀測之前應(yīng)確定沉降觀測的精度指標，到現(xiàn)場根據(jù)水準點的位置與整個觀測點的布設(shè)情況，詳細擬定觀測路線、儀器架設(shè)位置、轉(zhuǎn)點位置、要按既考慮觀測距離又顧及后視、中間視、前視的距離不等差較小的原則下，合理地觀測到全部觀測點。每個觀測斷面，沉降板埋設(shè)在路肩、路中心、路堤坡腳處，如果要觀測斷面橫向沉降盆曲線時，可增設(shè)沉降板。埋設(shè)時，深沖溝地段選擇同一里程斷面，或沿沖溝流向做觀測面，分左右幅各設(shè)一沉降觀測點。軟土路基一般每隔200m埋設(shè)一個沉降點；非軟土路基每1km埋設(shè)一個沉降點。
3 測斜觀測
當?shù)鼗辜魪姸炔蛔銜r，路堤與地基易發(fā)生整體側(cè)向滑動，表現(xiàn)為地基發(fā)生較大的側(cè)向變形，故施工中常采用地基的側(cè)向位移作為穩(wěn)定控制的指標[2]。路基的側(cè)向變形主要是由軟土層的壓縮和剪切變形以及流變引起的。路堤填筑期間，路基中的應(yīng)力隨著沉降的發(fā)展發(fā)生重分布并出現(xiàn)拱作用，在坡趾處地基內(nèi)部的水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力都明顯增大，隨著應(yīng)力的增加和塑性區(qū)的開展，地基土產(chǎn)生側(cè)向變形，并帶來附加沉降[3]。由于常規(guī)的沉降計算方法中沒有考慮側(cè)向變形所引起的附加沉降，致使設(shè)計預估沉降明顯小于實際沉降[4]，對于高填方路堤下的深厚軟基，差別尤為突出。
3.1測斜管的埋設(shè)
每個觀測斷面，在路堤坡腳和路堤中心處埋設(shè)測斜孔，采用測斜儀測量不同深度的側(cè)向位移量，測斜管采用PVC高精度測斜管。以0.5m為測點標距，水平位移觀測精度為0.1mm。
測斜管采用鉆孔埋設(shè)法，管底應(yīng)進入硬土層至少1.0m，終止于無水平位移處。成孔偏差不大于1%，然后將分段接長的測斜管逐段接長沉入鉆孔中，下沉過程中應(yīng)注意導向槽的對正，使管內(nèi)導槽對準路基的縱橫方向，用標準砂沿管周邊均衡回填搗實，等管外填砂密實、緊貼測斜管后，可讀測初讀數(shù)。
3.2 測斜的數(shù)據(jù)及圖表整理結(jié)果
根據(jù)地質(zhì)層狀構(gòu)造情況，可將該區(qū)分為3種典型層，即淺層型、夾層型、深厚型[5]。
由上圖可知，最大側(cè)向位移都發(fā)育在軟土層中。軟土是沉降變形和側(cè)向變形的關(guān)鍵土層，其厚度對側(cè)向位移的大小和速率及最大側(cè)向位移發(fā)生部位均有較大影響[6][7]。
路堤填筑越高，對應(yīng)的地基變形也越大。對于淺層型地基，隨著荷載的增加，土體的壓縮程度更大，但由于軟土層是地基變形的主要土層，則當荷載變化時，壓縮層厚度變化較小，故地基變形有限；對于夾層型和深厚型地基，軟土層較厚，當路堤荷載增大時，荷載的徑向和豎向影響范圍都將增加，故荷載的增加不僅加強了地基土體的壓縮程度，也加大了地基壓縮層厚度。由此可見，路堤填高增大時，夾層型和深厚型地基的變形相對于淺層型地基變形要大的多，因此側(cè)向位移的大小和最大側(cè)向位移發(fā)生的深度也會受到影響。
4 孔隙水壓力的監(jiān)測
4.1孔隙水壓力概述
孔隙水壓力是多孔多相松散介質(zhì)一個主要的應(yīng)力特征，可分為兩部分：靜水壓力，在荷載施加之前就存在于地基中；超孔隙水壓力，是外荷載引起的孔隙水壓力的增量。土介質(zhì)力學特性的研究必須以孔隙水壓力物理力學效應(yīng)的真實揭示為基礎(chǔ)[8]。
4.2 孔隙水壓力監(jiān)測現(xiàn)狀
埋設(shè)孔隙水壓力計是為了觀測埋設(shè)點處的滲透水位。目前關(guān)于孔隙水壓力計的使用不成熟，還沒有正式規(guī)范。如何利用有限的試驗方案數(shù)，達到預期的試驗目的，這是試驗成功的基礎(chǔ)，在方案設(shè)計中需要重點考慮。
5 結(jié)束語
軟土地基的沉降和側(cè)向位移直接影響到工程進度和質(zhì)量。對道路施工過程實施穩(wěn)定動態(tài)控制和側(cè)向位移觀測，可以保證施工期填筑路堤的穩(wěn)定安全，驗證設(shè)計并優(yōu)化軟基處理方案，確定路面鋪筑時間，使沉降在工前發(fā)生，控制工后沉降和路面施工期沉降量。
