公路路基沉降的先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)及工程應(yīng)用

齊曉楠，毛建影

(東營市公路勘察設(shè)計(jì)院(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司)，山東 東營　257091)

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公路路基沉降的先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)及工程應(yīng)用

齊曉楠，毛建影

(東營市公路勘察設(shè)計(jì)院(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司)，山東 東營257091)

摘要：分析了傳統(tǒng)的路基沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足，并結(jié)合工程實(shí)例，闡述了開發(fā)先進(jìn)沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)和沉降理論模型，對(duì)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)公路路基沉降的重要意義。

關(guān)鍵詞：公路；路基；沉降；監(jiān)測(cè)

1自動(dòng)化、全天候的路基沉降監(jiān)測(cè)

(1)基于霍爾多磁感應(yīng)的激光測(cè)距方法

將多磁霍爾傳感器、激光測(cè)距等技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了一種路基沉降自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。在路基垂直沉降方向上的特點(diǎn)位點(diǎn)上設(shè)置多個(gè)磁環(huán)，磁環(huán)位置和間距固定。在測(cè)量時(shí)，采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)下降，一旦電機(jī)下方的多磁霍爾傳感器遇到磁環(huán)，會(huì)引發(fā)霍爾效應(yīng)，并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)產(chǎn)生2路信號(hào)，分別用于停止步進(jìn)電機(jī)和啟動(dòng)激光測(cè)距儀，測(cè)量磁環(huán)到激光器的距離，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給計(jì)算機(jī)，通過磁環(huán)位置的變化計(jì)算出路基沉降量。

工程實(shí)例：濟(jì)南西客站車站設(shè)置有2條正線、15條到發(fā)線、1個(gè)側(cè)式站臺(tái)和7個(gè)島式站臺(tái)，其站場(chǎng)路基位于深厚松軟土地基區(qū)域，施工時(shí)為了減少工后沉降，依次進(jìn)行了CFG樁路基加固處理和堆載預(yù)壓排水固結(jié)處理。2009年11月，在濟(jì)南西客站進(jìn)行了沉降測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試，分別在3個(gè)路基沉降觀測(cè)斷面，即DIK420+494、DIK420+500和DIK419+506上埋設(shè)了一套垂直分層沉降與橫向位移測(cè)量子系統(tǒng)和表面沉降測(cè)量子系統(tǒng)的目標(biāo)星點(diǎn)，并在隨后3個(gè)月內(nèi)對(duì)路基斷面的沉降進(jìn)行了全方位的監(jiān)測(cè)，并通過Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在3個(gè)月的監(jiān)測(cè)期內(nèi)，路基各分層較穩(wěn)定，磁環(huán)高程基本保持不變，最大沉降量?jī)H為3mm，說明該處路基在堆載預(yù)壓中后期并未發(fā)生明顯變形。

(2)基于光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)的路基監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

近年來，光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于隧道、邊坡、大壩、橋梁、路基等領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)，該技術(shù)利用光纖光柵解調(diào)裝置監(jiān)測(cè)光柵布拉格波長(zhǎng)的漂移量，進(jìn)而計(jì)算出外界的應(yīng)變變化量，具有靈敏度高、抗靜電干擾、可實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)。如圖1(a)所示，在路基中設(shè)置直徑大于200 mm的圓盤，下端依次連接有光纖光柵位移計(jì)和測(cè)桿，當(dāng)路基沉降時(shí)，帶動(dòng)圓盤沉降，此時(shí)光纖光柵位移計(jì)可以感應(yīng)到土層的位移變化。

工程實(shí)例：在德興至南昌高速公路的D10標(biāo)段，公路路基為軟質(zhì)路基，其中0～3.5 m內(nèi)為粉質(zhì)粘土、3.5～5 m內(nèi)為淤泥質(zhì)土、5～8 m內(nèi)為粉質(zhì)粘土、8 m以下為細(xì)砂和圓礫，該標(biāo)段軟基采用了CFG樁進(jìn)行加固處理。本次軟基沉降監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，在路基斷面的監(jiān)測(cè)孔內(nèi)埋設(shè)了光纖光柵位移傳感器，并選擇了解調(diào)進(jìn)度為1 pm的光柵解調(diào)儀器。如圖1(b)所示，在路基填筑期間，整個(gè)軟基沉降控制較好，但是在1月和3月中旬，沉降速率超過了10 mm/d，不過通過加快填方速率，使沉降得到很好的控制。因此，利用光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)路基沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)大面積公路病害，同時(shí)與傳統(tǒng)的沉降板監(jiān)測(cè)相比，其監(jiān)測(cè)精度大幅度提高，可以避免常規(guī)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)大幅度偏移誤差。

圖1　光纖光柵傳感監(jiān)測(cè)與常規(guī)沉降板監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)比

2建立沉降模型，預(yù)測(cè)路基沉降趨勢(shì)

目前，常用的預(yù)測(cè)沉降的理論方法有基于土的本構(gòu)模型的Biot固結(jié)理論模型和基于沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的推算模型，如雙曲線法、S型成長(zhǎng)模型等。其中，前者與工程實(shí)際存在較大差距，而后者則根據(jù)大量的沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立合理的預(yù)測(cè)模型，對(duì)預(yù)測(cè)路基未來沉降量具有重要意義。

工程實(shí)例：深圳濱海大道全長(zhǎng)9.66 km，其中7.25 km位于潮間帶和水下淺灘，存在大量的淤泥層，為軟基沉降監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)路段。在該路段的K1 +800 試驗(yàn)段，鋪設(shè)沉降板進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)。在施工期間，每填筑一層土觀測(cè)一次；在路堤填筑后的堆載預(yù)壓期，每半月或一個(gè)月觀測(cè)一次。如圖2(a)所示(曲線4)，沉降板監(jiān)測(cè)的沉降量呈“S”形趨勢(shì)變化。

圖2　沉降板監(jiān)測(cè)和幾種S型成長(zhǎng)模型預(yù)測(cè)路基沉降量

同時(shí)，還采用幾種“S”型成長(zhǎng)模型對(duì)路基沉降趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。在220 d前，Gompertz模型、Pearl模型、Weibull模型均可以很好的預(yù)測(cè)的沉降趨勢(shì)，與工程實(shí)測(cè)沉降量基本一致，但是在220 d后，3種模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均存在較大誤差。不過，將上述3種模型組合，并給每個(gè)模型設(shè)定一定的變權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建了一種變權(quán)重組合S型模型，從而更加精確的預(yù)測(cè)了路基的沉降量變化(圖2b)，與工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。

其中，1為Gompertz模型，2為Pearl模型，3為Weibull模型，4為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

3結(jié)論

隨著國家公路網(wǎng)的建設(shè)，公路建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)和人文情況的復(fù)雜性增加，給公路的路基建設(shè)增加了很大難度，很多公路將使用特殊路基，甚至不良路基，如軟土地基等，更易引起路基的沉降。因此，在施工和工后使用過程中，非常有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路基沉降的變化情況，根據(jù)實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)分析路基沉降的規(guī)律，并在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)采取有效的控制措施，以避免大面積路基沉降對(duì)公路的破壞。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉優(yōu)平，吳文清，黎劍華，等.高等級(jí)公路軟基沉降光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J]. 建筑科學(xué)，2013，29(9)：21-24.

收稿日期：2016-03-11

作者簡(jiǎn)介：齊曉楠(1978-)，女，吉林長(zhǎng)春人，工程師，研究方向：路基。

中圖分類號(hào)：U412

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)06-0093-02