軟土區(qū)高速公路地基沉降變形監(jiān)控方案及實施技術(shù)研究

賀國棟（蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州730070）

近年來，我國高速公路建設(shè)發(fā)展非常快。國內(nèi)軟土地基分布廣泛，軟土的高含水量、孔大隙比、高壓縮性、小壓縮模量、低承載力等特性，為軟土地區(qū)施工提出了特殊要求。

目前，高速公路軟土地基處理通常采用以下措施：一種是采用排水固結(jié)預(yù)壓法改善土體的三相體結(jié)構(gòu)比例關(guān)系，加速軟土地基排水固結(jié)過程，達到改良土體的物理力學(xué)性質(zhì)的目的；另一種為加固土樁法，通過土體樁和樁間軟土形成復(fù)合地基，提高地基承載力，達到減小路基總沉降量的目的[1，2]。

從已有的研究成果和施工經(jīng)驗看，高速公路軟土地基施工過程中的變形監(jiān)控必不可少，監(jiān)控中沉降觀測目的是判斷軟土地基沉降變化速率，進而判定路基的穩(wěn)定性，保證路堤填筑施工安全，同時可利用監(jiān)控量測數(shù)據(jù)推算路基的最終沉降量，評價軟土地基的固結(jié)狀況以及設(shè)計方案、施工措施的合理性，豐富軟土地區(qū)施工經(jīng)驗、充實軟基處理理論。

路基變形監(jiān)控工作一般可分為填筑期監(jiān)控、預(yù)壓期監(jiān)控、路面施工期監(jiān)控和工后監(jiān)控4 個階段。其中前3 個階段(施工期)的變形監(jiān)控可以對高速公路施工過程實施沉降穩(wěn)定動態(tài)控制，正確控制填筑速率以確保路堤填筑安全；同時可確定加載預(yù)壓強度和卸載時間，加速沉降量在施工期或更早發(fā)生，減小工后沉降量；能確定結(jié)構(gòu)物和路面的施工時間，確保結(jié)構(gòu)物安全，減小路面施工期沉降量；通過監(jiān)控有效控制工后沉降量和不均勻沉降，保證路面結(jié)構(gòu)完整和車輛高速平穩(wěn)行駛。工后沉降觀測可以進一步驗證地基處理效果，驗證沉降預(yù)測的精確性，為運營期間采取合理措施提供指導(dǎo)，進一步完善軟基設(shè)計、施工理論。

1 軟基變形監(jiān)控方案技術(shù)要求

軟土區(qū)路基變形監(jiān)控必須先做好技術(shù)設(shè)計方案，目的在于根據(jù)作業(yè)的具體要求，從全局考慮，統(tǒng)籌安排，使整個監(jiān)控工作能及時有效進行，為工程建設(shè)的順利進行提供可靠、準確、連續(xù)完整的實測資料。

1.1 變形監(jiān)控精度指標確定

確定路基變形的精度指標通常有3 個，一是采用規(guī)范中規(guī)定的固定值；二是根據(jù)沉降變形增量的大小確定精度指標；三是通過探討沉降變形觀測值與建筑物允許變形值的比值關(guān)系確定[3，4]。

沉降變形增量的觀測精度指標要求：為了確保沉降變形速率不致過大引起地基、路基發(fā)生破壞，沉降變形觀測的精度必須能夠真實反映路基沉降速率。對高速公路不同施工期中路基沉降的一般變化規(guī)律進行比較分析，結(jié)合現(xiàn)場觀測條件，目前一般在填筑期和預(yù)壓初期沉降變形增量的中誤差mds 宜取(2.5+0.5)mm，在預(yù)壓末期和路面施工期沉降增量中誤差mds 宜取(1.5+0.5)mm。

累計沉降變形量的觀測精度指標：沉降變形觀測點初設(shè)或接管后觀測所得高程為初讀數(shù)，累計沉降量為歷次初讀數(shù)間隔時間內(nèi)的沉降增量之和。假設(shè)每次采用相同的觀測方法，沉降增量中誤差為mds，則經(jīng)過n 次初讀數(shù)后累計沉降量的中誤差ms 為mds，因此可以看到累計沉降變形量的觀測精度隨著初讀數(shù)的次數(shù)增多而降低。

1.2 沉降變形監(jiān)控的平差方法

在進行軟基變形監(jiān)控技術(shù)方案準備階段，如果發(fā)現(xiàn)為施工埋設(shè)的水準網(wǎng)的精度低于沉降變形觀測的精度要求，此時在采用附合水準路線進行觀測后，若按一般附合水準路線平差方法來消除觀測中的閉合差，水準點本身的誤差將直接影響觀測結(jié)果的精度。因此沉降觀測的平差方法應(yīng)該充分考慮水準點本身的誤差。

1.3 沉降變形觀測技術(shù)要求

觀測精度應(yīng)按測量規(guī)范根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行計算評估。為了確保觀測精度達到三等水準測量的要求，沉降觀測可采用單程雙測站、往返觀測和附合水準路線等方法，觀測的不符差應(yīng)滿足《工程測量規(guī)范》中三等水準測量的技術(shù)要求。水準觀測時應(yīng)及時檢查較差或閉合差，應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定，不滿足限差要求必須立即復(fù)測。儀器、操作和外界環(huán)境是誤差的三來源，為此，每次觀測應(yīng)盡量遵從5 個固定原則：即后視尺固定；測站位置固定；轉(zhuǎn)點固定；儀器設(shè)備固定；觀測人員固定。

1.4 觀測點的布置及觀測頻率設(shè)計

高速公路沉降變形觀測點的布置首先應(yīng)滿足施工過程中地基、路基安全需要，其次考慮高速公路路線較長，應(yīng)對布設(shè)密度進行優(yōu)化，以節(jié)省投資。沉降觀測的頻率應(yīng)能反映出路基荷載和沉降變化的過程，通常需根據(jù)具體情況確定[5，6]。

2 軟基變形監(jiān)控方案實施

2.1 沉降變形觀測點的選擇和埋設(shè)

沉降變形觀測的測量點分為校核基點、工作基點和沉降觀測點。其中沉降觀測點主要有埋設(shè)于路基中心線、路肩及基底的沉降板測桿。工作基點是作為沉降板測桿觀測的控制點，必須埋設(shè)在路堤填土影響區(qū)以外，一般至少距路基中心線50m 以外。一般用預(yù)制混凝土樁打入堅硬土層2m 以下，保證其穩(wěn)定。而校核基點是用于控制工作基點的，布設(shè)在沉降區(qū)外地基穩(wěn)定的地段，也一般采用預(yù)制混凝土樁打入堅硬土層10m 以下，4周應(yīng)采取永久性保護措施，且利用它定期對工作基點復(fù)測校核。沉降觀測單位一般可利用施工單位所設(shè)置的校核基點。

2.2 沉降板的制作、埋設(shè)及保護

沉降板的制作要求：一般采用為長寬高尺寸為60cm×60cm×1cm 的鋼板做底板，一根直徑為40mm 的鋼管，并用4 塊鋼條搭接將鋼管焊接在鋼板的正中心作為測桿。隨著填土的增高，測桿可以接長，逐漸升高。鋼管外還設(shè)置硬質(zhì)PVC套管，防止鋼管與路堤填土直接接觸，PVC 套管也可接長。

沉降板在第1 層填土鋪平但未壓實之前進行埋設(shè)，安放沉降板時應(yīng)確保鋼板底座水平性良好，保證充實，避免底座與砂墊層局部虛空。通常在選擇斷面后，分別于路堤的中心和左、右路肩及基底上各埋設(shè)沉降板一塊，實測不同時間不同位置的沉降變形。

路基變形數(shù)據(jù)通過對測桿的不定期測試得到，為了得到與實際吻合的數(shù)據(jù)，要確保沉降板處于正常工作狀態(tài)，沉降板一旦損壞將很難恢復(fù)，更嚴重的是將導(dǎo)致數(shù)據(jù)的斷點，破壞數(shù)據(jù)采集的完整性和連續(xù)性。實際工作過程中，由于施工現(xiàn)場的復(fù)雜性，大型施工機械多、作業(yè)頻繁，極易造成沉降板的破壞。為此，監(jiān)控負責方和施工方要做好相應(yīng)工作，監(jiān)控技術(shù)人員要對埋設(shè)做好技術(shù)指導(dǎo)工作，沉降板接管外要套有硬質(zhì)PVC 管，沉降板周圍不得有大型土塊或石塊，沉降板四周可人工填料并用小型機具振動壓實。對施工人員做好宣傳工作，在沉降板周圍插上一面紅旗或非常醒目的標志牌以警醒操作施工機械的人員。

2.3 觀測頻率和精度及觀測原則

根據(jù)施工監(jiān)控的技術(shù)設(shè)計方案，一般每填土1 層觀測1 次，長時間停止施工，中間需要加測，觀測間隔不大于7 ～10d/次。觀測過程發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，要加大觀測頻率，調(diào)整到2d/次，甚至1d/次，密切注意沉降變形發(fā)展情況。一般而言，觀測精度與沉降變形量有一定的關(guān)系，即沉降量越大，觀測精度可放低，反之則要求精度高。路堤施工期間，其沉降變形觀測精度與預(yù)壓期及路面施工期的沉降觀測精度相比，可適當放低。

2.4 沉降變形觀測方法

一般進行變形監(jiān)控時，測站點并不需要與工作基點及沉降標一定在一條線上，只需要后視距與前視距盡量相等，前后視距差不宜超過1m。后視距或前視距以不超過50m 為宜，當工作基點與沉降板測點相距太遠或因高差的原因需要轉(zhuǎn)點時，一定得使用尺墊，轉(zhuǎn)點次數(shù)一般為1 次，不宜超過2 次。

沉降板埋設(shè)穩(wěn)定后即可測得初始高程H0，隨著填方高度增加需要接長鋼管時，在接長之前，觀測高程H1。將鋼管接上，再觀測其高程，以此觀測值作為下次觀測計算沉降變形的初始值，依次類推。此時本次的沉降值即為：H1-H0。每段鋼管的長度以20 ～30cm 為宜，鋼管過長，當接上鋼管再于其上豎立銦鋼尺時，銦鋼尺所處位置較高，豎尺者無法看到圓水準氣泡，致使銦鋼尺無法豎直，而是左右晃動，讓觀測讀數(shù)者讀數(shù)產(chǎn)生誤差。觀測時間一般選擇在上午或下午較好，最好避開中午時段，因為那時陽光強烈，致使觀測人員眼睛眩暈，不宜看準讀數(shù)，另陽光強烈時對觀測儀器也有較大損害[7]。

隨著路基填筑高度不斷增高，觀測點位置相應(yīng)要發(fā)生變化。一次轉(zhuǎn)點時，一般把工作基點的高程導(dǎo)到新壓實的路面上，如果此時儀器架設(shè)于原地面時，前后視讀數(shù)都有困難。可將轉(zhuǎn)點設(shè)于路堤邊坡上一定范圍內(nèi)，在其上豎立銦鋼尺，儀器仍架設(shè)于原地面，則可看到讀數(shù)，再把儀器架設(shè)于新壓實的路面，將此處的高程導(dǎo)向沉降板測點。當填土高度進一步增大，仍會出現(xiàn)看不見銦鋼尺而無法讀數(shù)，而轉(zhuǎn)點又不宜超過2 次。此時則需要將工作基點的高程導(dǎo)往附近的橋墩或通道上，因為橋墩或通道的沉降基本上已趨于穩(wěn)定，所以橋墩或通道上某一處的高程可作為以后的工作基點。

2.5 測試數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)場實測的不同時間同一位置，及同一時間不同位置的變形資料，需要對數(shù)據(jù)進行及時處理，同時繪制地基、路基隨時間變形的曲線，以填土?xí)r間為橫坐標軸，與時間對應(yīng)的荷載(填土高度)和沉降量為縱坐標軸，可繪制時間-荷載-沉降曲線，指導(dǎo)施工過程。根據(jù)沉降變形量隨時間變化曲線，日沉降速率不超過10.0mm/d 時，可填筑下一層土方。當日沉降速率大于此值，則需報警，及時通知施工單位，上報業(yè)主，并仔細分析原因且加密觀測，待路堤變形穩(wěn)定才可繼續(xù)填土。

3 結(jié)語

軟土地基沉降變形觀測是修筑高速公路過程中必不可少的監(jiān)測工作，軟土地基路堤施工期間，根據(jù)場地軟土的特點，進行施工安全監(jiān)控，控制地基沉降變形是確保施工進度和施工質(zhì)量的重要手段，在軟土地區(qū)工程建設(shè)中要給予高度重視。

[1]龔曉南，等.)地基處理手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.55-141.

[2] 公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范(JTJ017!96)[S].北京：人民交通出版社，1997.

[3] 中華人民共和國交通部. 工程測量規(guī)范(GB50026-93)[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[4]聶讓，許金良.公路施工測量手冊[M].北京：人民交通出版社，1999.

[5]徐澤中，白忠良.滬寧高速公路(江蘇段)軟土地基沉降觀測和穩(wěn)定驗證分析[J].水利水電科技進展，1998(3)：40-43.

[6]何良德，洪波.高速公路軟土地基沉降觀測的精度控制[J].公路，2003(4)：31-34。

[7]羅新文，徐學(xué)軍，施戈亮.高速公路軟土地基施工期沉降觀測問題的探討[J].長江大學(xué)學(xué)報，2008(3)：304-306。