軟土地基路堤沉降與位移觀測技術(shù)

王金增

(河北唐山公路建設(shè)總公司)

在軟土地基上填筑路基,一般地基都會發(fā)生沉降。為保證路堤穩(wěn)定,掌握其沉降和位移的變化規(guī)律和趨勢,保證施工的安全與進(jìn)度,并為后期公路運營服務(wù),必須在填筑過程中,適時對路堤沉降和位移進(jìn)行觀測,實施安全動態(tài)管理,以便掌握軟土區(qū)段路基在荷載作用下產(chǎn)生的影響,分析檢驗軟土變形,實行信息化施工,以確保工程的質(zhì)量,并根據(jù)觀測結(jié)果對路堤填筑速率和預(yù)壓期等作必要的調(diào)整。

1 觀測的項目

在《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017-96)中,要求在施工過程中,加強路堤變形觀測,實施動態(tài)觀測,觀測的項目如表 1所示。

表 1 軟土地基上的路堤沉降與穩(wěn)定動態(tài)觀測項目

2 觀測點選擇

施工觀測所選用的填筑路堤應(yīng)是地基條件差、地形變化大、設(shè)計問題多的部位和土質(zhì)調(diào)查點附近位置。觀測點位置布設(shè)原則和技術(shù)要求如下。

2.1 觀測站布設(shè)位置

(1)路堤穩(wěn)定性觀測點布設(shè)位置。

路堤穩(wěn)定性觀測,主要觀測在路堤填筑過程中地面是否發(fā)生位移和隆起現(xiàn)象。

①一般路段縱向每隔 100～200m設(shè)置一個觀測斷面,橋頭地段應(yīng)設(shè)置 2～3個觀測斷面。橋頭縱向坡腳、填挖交界填方端、沿河等特殊路段,均應(yīng)酌情增設(shè)觀測點。

②同一路段不同觀測項目的測點,宜布置在同一橫斷面上(圖 1)。

圖 1 觀測點設(shè)置示意圖

(2)路堤位移觀測點布設(shè)位置。

地表面位移觀測點,應(yīng)選擇在路堤兩側(cè)趾部,以及邊溝外緣與外緣以遠(yuǎn) 10m的地方;預(yù)測可能發(fā)生的滑裂面和地面的切面位置,一般在路堤趾部以外設(shè)置 3～4個位移邊樁。同一觀測斷面上的邊樁,應(yīng)埋在同一橫軸上。

(3)沉降觀測點布設(shè)位置。

沉降觀測點,一般埋設(shè)沉降板進(jìn)行高程觀測,沉降板埋置于路基中心、路肩及坡趾的基底。

2.2 觀測點埋設(shè)要求

(1)觀測位移的邊樁?？刹捎娩摻罨炷令A(yù)制樁,混凝土等級應(yīng)≥C25、長度≥1.5m,斷面可以是圓形或正方形,邊長或直徑為 10～20cm,頂部設(shè)置不易磨損的樁頭。埋置在地表以下 1.2m深處,樁頂露出地面≤10cm,樁周圍上部50cm用混凝土澆筑固定。位移樁埋設(shè)于路基坡腳外1.5m。每組 3根,間距 1.5m,樁頂標(biāo)高相同且在同一軸向上。設(shè)置圖如圖 2所示。

圖 2 沉降板及位移樁設(shè)置圖

(2)工作基準(zhǔn)樁?？刹捎脧U棄無縫鋼管,或預(yù)制混凝土樁,打入硬土層深≮2m,打入軟土深度應(yīng)＞10m,頂部 50cm樁周圍用混凝土固定,并在地面上澆筑 1m×1m×0.2m的觀測平臺,樁頂露出平臺 15cm,并在樁頂制作出測頭。

(3)校準(zhǔn)基點樁?？刹捎脧U棄無縫鋼管,或預(yù)制混凝土樁制作,并打入巖層或具有一定深度的硬土層,樁四周采取永久性保護(hù),定期與工作基準(zhǔn)樁校核。

(4)沉降板埋置于路中心、路肩及坡趾的基底。它由鋼或鋼筋混凝土底板、金屬測桿、保護(hù)套管組成。沉降板尺寸≮50cm×50cm×3cm,沉降觀測板中央焊接直徑 25mm鋼管(壁厚不小于 3mm),鋼管每節(jié)長 300mm,鋼管接長采用外接管箍絲扣連接。鋼管外用 50mm鍍鋅圓管保護(hù),每300mm一節(jié)螺扣相接,不與鋼管相連。套管頂加蓋封口高出碾壓面應(yīng)≤50cm。沉降板埋置時先用砂找平,沉降板放置后必須水平,且鋼管平行于垂線。設(shè)置圖如圖 2所示。

(5)分層沉降儀,由分層沉降管、磁環(huán)、波紋管和分層沉降儀組成。測點設(shè)置在路基中心,持力層上每一地層設(shè)置一個磁環(huán),軟土層厚度較大地段軟土層中設(shè)置兩個磁環(huán),磁環(huán)的埋設(shè)深度根據(jù)埋設(shè)點的工程地質(zhì)情況確定。埋設(shè)時,在路基中間用鉆機鉆孔至持力層,根據(jù)地質(zhì)情況在相應(yīng)的深度處安裝磁環(huán),下好沉降管后,用膨脹土封孔,以使磁環(huán)與地層同步沉降,用分層沉降儀測量各磁環(huán)的位置,分別計算各地層的沉降量。設(shè)置圖如圖 3所示。

圖 3 分層沉降儀設(shè)置圖

(6)深層土體位移計(測斜)。深層土體位移是測斜管設(shè)置在土體中,用測斜儀測試土體的水平位移,測斜管埋置于路堤坡腳,埋設(shè)深度視地質(zhì)情況而定,底部穿透持力層 5～8m。埋設(shè)時,坡腳處用鉆機打孔,將測斜管下到鉆孔中,管與孔之間用砂充填。現(xiàn)場用測斜儀測定任意深度處管的傾斜度,然后計算土的位移量及其方向。設(shè)置圖如圖 4所示。

圖 4 深層土體位移計設(shè)置圖

(7)孔隙水壓力計。該方法包括孔隙水壓力計和頻率計,在路基中心鉆孔,用導(dǎo)線將孔隙水壓力計放至預(yù)定深度,用膨脹土封孔,導(dǎo)線引至路基坡腳并加以保護(hù)。用頻率計測量各深度處的孔隙水壓力。根據(jù)工程地質(zhì)資料,每個測點在不同深度上埋設(shè) 3～6個孔隙水壓力計。設(shè)置圖如圖 5所示。

圖 5 孔隙水壓力計設(shè)置圖

上述觀測點在施工過程中,必須采取有效的保護(hù)措施或指定專人管理。

3 觀測時間和精度

在路堤填筑和預(yù)壓期間,應(yīng)對路堤實施動態(tài)觀測,并按設(shè)計要求的次數(shù)進(jìn)行觀測。

3.1 觀測次數(shù)

(1)初始觀測。軟土地基處理之后,地基穩(wěn)定后觀測1次,作為觀測的初始值。

(2)施工期間觀測。施工期間,按照設(shè)計要求,進(jìn)行沉降和穩(wěn)定跟蹤觀測,觀測頻率應(yīng)與沉降、穩(wěn)定的變形速率相適應(yīng)。原則上每填筑 1層應(yīng)觀測 1次。如果兩次填筑間隔時間較長,每 3d至少觀測 1次。

(3)堆載預(yù)壓期間觀測。視地基穩(wěn)定情況而定,一般情況下,第 1個月每 3d觀測 1次,第 2、3個月每 7d觀測1次,從第 4個月起每 15d觀測 1次,直至預(yù)壓期結(jié)束。

3.2 觀測精度

(1)地面位移觀測儀器要求：測距精度±5mm,測角精度2″。

(2)沉降板觀測儀器要求：往返水準(zhǔn)測量精度 1mm/km。根據(jù)觀測資料,隨時進(jìn)行整理,繪制成沉降、位移與荷載關(guān)系曲線。

4 結(jié) 語

在工程實踐中,軟土地基處理技術(shù)有很多種,在施工中一定要注意根據(jù)實際情況以及對控制工后沉降要求的不同,選擇合適的沉降與位移觀測方法,既要簡便、易行,有利于觀測點和觀測標(biāo)志的保護(hù),又要滿足工程質(zhì)量對觀測精度的要求。

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[1]公路路基施工技術(shù)規(guī)范JTGF10-2006[S].

[2]公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范JTJ017-96[S].

[3]劉孔杰 .不良地基公路施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2009.