農(nóng)村公路軟基沉降變形監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

■吳先金 ■廣西凌云縣交通運(yùn)輸局公路所，廣西 凌云 533100

在公路施工過程中，路堤在跨越軟土區(qū)時(shí)，除了要保證其穩(wěn)定外，還必須使變形不要太大。變形過大，沉降超過允許值，必帶來過大的不均勻沉降，將會(huì)嚴(yán)重影響其使用。目前，高等級(jí)公路大量興建，有些公路的軟土段沒有解決好變形問題，軟土層厚的部分沉降較大，軟土層薄或非軟土段沉降較小，造成公路縱向沉降不均勻，路面的平整性受到影響，汽車無法高速行駛;尤其在橋頭過渡段，問題更加突出。

土體的變形問題，不僅僅是指地基沉降，還包括側(cè)向變形。土體側(cè)向膨脹大，會(huì)使豎向沉降加大。而更重要的是，較大的側(cè)向變形往往是地基失穩(wěn)的先兆。無論是豎向變形還是側(cè)向變形，在地基設(shè)計(jì)中應(yīng)予以足夠的重視。綜上所述，在公路施工過程中，尤其是軟土路堤的施工應(yīng)注意監(jiān)測(cè)填筑過程中和竣工后的固結(jié)強(qiáng)度和位移變化，這不僅是發(fā)展理論和評(píng)價(jià)處理效果的依據(jù)，同時(shí)也可及時(shí)防止因設(shè)汁和施工不完善而引起的意外工程事故。

1 公路施工監(jiān)測(cè)

對(duì)公路施工監(jiān)測(cè)所設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)在觀測(cè)數(shù)據(jù)容易反饋的部位。地基條件差、地形變化大和設(shè)計(jì)問題多的部位和土質(zhì)調(diào)查點(diǎn)附近均應(yīng)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，如對(duì)于橋頭縱向坡腳、填挖交界的填方端、沿河、凌空等特殊路段均應(yīng)酌情增設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。無論在路堤的縱向還是橫向，測(cè)點(diǎn)越多，測(cè)得的結(jié)果越能反映路堤真實(shí)情況。但測(cè)點(diǎn)多，無論費(fèi)用、觀測(cè)工作量、測(cè)點(diǎn)保護(hù)工作量都會(huì)增加，而且也會(huì)對(duì)施工造成不便。從滿足監(jiān)測(cè)需要與施工便利性考慮，一般路段沿縱向每隔100m-200m 設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面。

沿河、臨河等凌空面大且穩(wěn)定性差的路段，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基土體內(nèi)部水平位移的觀測(cè)。對(duì)于每層軟土地基需進(jìn)行土體內(nèi)部堅(jiān)向和水平向位移觀測(cè)。測(cè)點(diǎn)的設(shè)置不僅要根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，問時(shí)還應(yīng)針對(duì)施工中掌握的地質(zhì)、地形等情況增設(shè)。同時(shí)應(yīng)在公路施工期間對(duì)位移觀測(cè)應(yīng)采取每填筑一層土觀測(cè)一次。如果兩次填筑時(shí)間間隔較長(zhǎng)，則應(yīng)當(dāng)采取每3d 至少觀測(cè)一次。路堤填筑完成后，堆載預(yù)壓期間觀測(cè)應(yīng)視地基穩(wěn)定情況而定，一般半月或每月觀測(cè)一次。對(duì)于公路路基孔隙水壓力的觀測(cè)，采取每填筑一層后，應(yīng)每隔1h 觀測(cè)一次，連續(xù)觀測(cè)2d—3d。當(dāng)路堤穩(wěn)定出現(xiàn)異常情況而可能失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)立即停止加裁并采取果斷措施，待路堤恢復(fù)穩(wěn)定后，方可繼續(xù)填筑。

2 工程實(shí)例

某公路全長(zhǎng)120.3km，該公路建設(shè)對(duì)于發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)具有重要意義。但鑒于該公路地質(zhì)情況復(fù)雜。在這樣的軟土地基上直接填筑路堤將會(huì)產(chǎn)生較大沉降，而且很難確保公路的穩(wěn)定，為此在該公路施工過程中采取了監(jiān)測(cè)。在堆土前，要求先把地表下2m 厚的硬殼土層破壞掉。具體做法是在插板機(jī)下部裝上一塊鋼板，寬為1.0m。通過上部激振器的垂直作用力插入土層中，對(duì)2m 厚的硬殼土縱橫切割。路堤填土高度3.4m，填土密度按19.6kN/m3 計(jì)算，預(yù)壓荷載為66.4kPa。路堤底部寬為36m，上部寬為26m，坡度為1∶1.5，路堤頂部要求做成弓形，其坡降比為2%。

2.1 測(cè)量?jī)x器布置

本區(qū)埋設(shè)的測(cè)量?jī)x器主要有孔隙水壓力儀、沉降儀和測(cè)斜儀。共埋設(shè)了8 個(gè)孔隙水壓力測(cè)頭，其中3 個(gè)測(cè)頭置于亞黏土層中，4 個(gè)測(cè)頭置于淤泥質(zhì)黏性土層中，1 個(gè)測(cè)頭置于深層亞黏土層中。分層沉降管共埋設(shè)了3 孔，其平面位置分別為路中心D1-1 孔，坡肩D1-3 孔和二者之間的D1-4 孔深度均在地表下19m 左右:每孔都埋了10 個(gè)沉降環(huán)。測(cè)斜管埋設(shè)了1 根，其位置在路堤坡腳處，深20m。

2.2 觀測(cè)結(jié)果與分析

(1)沉降觀測(cè)與分析。從典型的荷載一沉降時(shí)程曲線，從圖中看出，該試驗(yàn)段從2 月中下旬開始填土，到8 月份結(jié)束，總歷時(shí)170 天，其中2 月，3 月、4 月、7 月、8 月這五個(gè)月份填土緩慢，5 月、6 月兩個(gè)月份填土速率較快。填土結(jié)束時(shí)，三個(gè)沉降孔實(shí)測(cè)最大沉降量分別為:23.4cm、18.7cm 和17.4cm，到第二年3 月止，預(yù)壓時(shí)間達(dá)七個(gè)月，三孔實(shí)測(cè)最大沉降量分別為31.3cm、26.5cm 和22cm。根據(jù)典型的土體剖面圖和荷載大小，用分層總和法計(jì)算該試驗(yàn)段的最終沉降量，由于土層上部2m 厚的硬殼層已經(jīng)破壞，土的強(qiáng)度相應(yīng)減低。理論上計(jì)算得到的各孔主固結(jié)沉降量分別為:D1-1 孔36.8cm，D1-4 孔為35.6cm，D1-3 孔為27.6cm。

根據(jù)實(shí)測(cè)的沉降資料，按雙曲線法推算得到的最終沉降量分別為36.0cm，34.5cm 和28.5cm。由實(shí)測(cè)沉降過程線推算的最終沉降量與理論計(jì)算的比較接近。用推求的沉降量為參考值，將填土及預(yù)壓期所發(fā)生的沉降與之比較，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)該土體的沉降變化有如下幾個(gè)特點(diǎn):①填土2.0m(相應(yīng)的荷載為39.2kPa)時(shí)，沉降變形較小，三孔平均固結(jié)度為17%。②填土高3.4m(相應(yīng)的荷載為66.64kPa)時(shí)，沉降發(fā)展較快，三孔平均固結(jié)度達(dá)印60%。③預(yù)壓七個(gè)月后，沉降收斂較快，三孔平均的固結(jié)度達(dá)80%。

(2)沉降速率。通過荷載一沉降時(shí)程曲線發(fā)現(xiàn)，本段加荷大致可分為四個(gè)階段:2.0m 填土?xí)r期，相應(yīng)荷載39.2 kPa，歷時(shí)較長(zhǎng)共用了94d，平均加荷速率為0.42 kPa;2.0m～3.4m 填土?xí)r期，共用73d，平均加荷速率為0.38kPa/d。沉降速率看出，第一階段平均沉降速率為0.61mm/d。第二階段沉降速率為1.93 mm/d，第三、第四階段則分別為0.51 mm/df 和0.18 mm/d。相應(yīng)的壓縮變形也是正常的，土體一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。停止加荷后，沉降速率迅速減緩，收斂較快，經(jīng)過200 多天預(yù)壓，沉降速率已降至0.18 mm/d，沉降曲線己趨平緩。

(3)分層沉降。圖1 是三個(gè)孔沉降儀實(shí)測(cè)的分層沉降曲線，它反映了不同深度土層在不同時(shí)間、不同荷載條件下的沉降特征。三個(gè)孔沉降儀所測(cè)的最大沉降量均在地表處，往下沉降沿深度遞減，呈較好的規(guī)律性。絕大部分沉降發(fā)生在淤泥質(zhì)黏性土層內(nèi)，這層土的壓縮量占總壓縮量的85%。沉降結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表層的亞黏土其壓縮率約為2.2%，淤泥質(zhì)黏性土的壓縮率約為3.1%，加權(quán)平均值為2.92%。

圖1 分層沉降沿土層深度的分布

(4)地表沉降差。路基中心的應(yīng)力最集中，地表下任意深度處的豎向附加應(yīng)力也最大，壓縮變形也最大。通過三孔地表沉降變化發(fā)現(xiàn)，在不同荷載條件下路基的沉降變化，特別是差異沉降變化。中心孔D1-1 和路肩孔D1-3 相距13m、從填土初期到結(jié)束、其差異沉降一直穩(wěn)定在7.0cm 左右。與其他試驗(yàn)斷面比較，荷載初期就發(fā)生了7.0cm 的差異沉降，明顯偏大。

就一般填土工程而言，差異沉降的發(fā)展都是由小到大逐漸遞增，而該試驗(yàn)段為什么會(huì)從荷載初期就開始產(chǎn)生這么大的差異沉降呢?這里的主要原因，就是硬殼層被破壞了、表層土喪失了抗變形能力，荷載應(yīng)力傳遞快，沉降發(fā)展相對(duì)也快，帶來的差異沉降也大。

3 結(jié)語

本路堤填筑后，經(jīng)七個(gè)月頂壓，已完成了大部分的沉降、淤泥質(zhì)黏性土的固結(jié)度已達(dá)80%以上，殘余沉降量小于10.0cm，滿足設(shè)計(jì)要求，各土層的物理力學(xué)指標(biāo)有了顯著提高。Cu 值提高了1.58 倍，預(yù)壓效果良好。加荷初期沉降明顯較大，差異沉降較大，側(cè)向變形也較大。淤泥質(zhì)黏性土層為主要壓縮層，其壓縮量占總沉降的80%以上，該土層是控制沉降變形的主要土層，應(yīng)引起重視?？紫端畨毫τ^測(cè)結(jié)果可作為加荷速率、固結(jié)度分析的主要依據(jù)。加荷時(shí)，當(dāng)滿足B 值≤0.6 時(shí)，填土速率可以適當(dāng)提高。

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