山區(qū)高速公路軟基變形規(guī)律及沉降預(yù)測(cè)應(yīng)用研究

張春輝 （中鐵十六局第一工程有限公司，北京 101300）

1 工程概況

海西網(wǎng)漳州云霄至平和（閩粵界）高速公路A7標(biāo)段起點(diǎn)樁號(hào)K71+650位于交盾特大橋橋頭附近，經(jīng)交盾特大橋和玉和隧道后至頂寨村，經(jīng)下石后路線往西南，終點(diǎn)K79+940位于崎嶺鄉(xiāng)際頭村。合同段路線全長(zhǎng)8.29km，總投資4.35億元。

本合同段按雙向4車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)車(chē)速80km/h。整體式路基寬24.5m、分離式路基單幅寬12.25m。橋梁設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)，設(shè)計(jì)洪水頻率：特大橋?yàn)?/300，其他橋涵和路基為1/100。隧道采用分離式隧道，隧道內(nèi)斷面凈寬10.25m，凈高5.0m。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)山區(qū)高速公路軟基變形規(guī)律和沉降預(yù)測(cè)進(jìn)行分析和探討。

2 山區(qū)高速公路軟基監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

2.1 埋設(shè)軟基監(jiān)測(cè)儀器和測(cè)點(diǎn)

在進(jìn)行路基觀測(cè)之前，需要根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)將沉降板埋設(shè)好，沉降標(biāo)主要由管節(jié)、底座以及PVC管保護(hù)管帽3個(gè)部分構(gòu)成。在砂墊層下埋設(shè)沉降標(biāo)。在進(jìn)行沉降板的安設(shè)時(shí)，其水平度要通過(guò)水平尺進(jìn)行矯正，然后使用鉛垂控制垂直度，在砂墊層上進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇耆?，使砂墊層和底板可充分接觸，防止出現(xiàn)局部虛空的情況。然后再次回填夯實(shí)，要求將沉降標(biāo)從路基面露出的高度控制在50cm以?xún)?nèi)，見(jiàn)下圖。

沉降測(cè)點(diǎn)埋設(shè)圖

2.2 埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)

在進(jìn)行孔隙水壓力計(jì)的埋設(shè)時(shí)，首先使用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，然后進(jìn)行單只埋設(shè)，以保證不影響孔隙水壓力計(jì)的檢測(cè)準(zhǔn)確率。鉆孔到設(shè)計(jì)的深度后，首先要預(yù)留出30cm，然后壓入孔隙水壓力探頭，探頭壓入至原狀土層中即可。然后使用粘土進(jìn)行封孔。埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)前，為了避免透水時(shí)測(cè)到的孔隙水壓力值＜實(shí)際壓力值，需先將透水石放入到沸水中煮2h。測(cè)頭連接操作時(shí)需要在飽和水的情況下進(jìn)行。測(cè)量完成后，在電纜線上將測(cè)頭上做好標(biāo)志。不斷對(duì)上述步驟進(jìn)行重復(fù)，直至埋設(shè)好所有的孔隙水壓力計(jì)。埋設(shè)好測(cè)頭后，要集中將電纜引到路堤坡腳位置，然后使用PVC管保護(hù)[1]。

2.3 埋設(shè)測(cè)斜管

使用塑料管作為測(cè)斜管，要求測(cè)斜管的彎曲性能可達(dá)到測(cè)量土體的位移要求。在埋設(shè)測(cè)斜管時(shí)，先使用鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)孔，導(dǎo)孔的垂直誤差要控制在1.5%內(nèi)，測(cè)斜管中的十字槽務(wù)必和路基縱向方向?qū)?zhǔn)。將提前準(zhǔn)備好的帶有底蓋的測(cè)斜管順次緩慢、豎直的壓至鉆孔中，然后將平衡水灌注測(cè)斜管，并將管身扶正，使其和管槽方向?qū)?zhǔn)，然后馬上使用粘土進(jìn)行封孔，并將管蓋螺絲上好。

2.4 軟基監(jiān)測(cè)頻率

按照下表進(jìn)行軟基的監(jiān)測(cè)，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面工程的填筑情況、地質(zhì)情況、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況、降雨情況等調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率。遇到特殊情況時(shí)，需適當(dāng)加強(qiáng)觀測(cè)密度，以達(dá)到動(dòng)態(tài)指導(dǎo)施工的目的。

軟基監(jiān)控頻率表

3 山區(qū)高速公路軟基沉降監(jiān)測(cè)情況

3.1 路基表面沉降情況

山區(qū)高速公路軟土地基具有較高的壓縮性、流變性，強(qiáng)度比較低，含水量比較大，為了保證施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)路堤滑坡失穩(wěn)的情況，在進(jìn)行軟土路基填筑作業(yè)時(shí)，需要控制好填筑速率。通過(guò)利用路基趨向失穩(wěn)來(lái)將路基填土速率和路基穩(wěn)定性之間的關(guān)系反映出來(lái)，并將其作為判斷路基失穩(wěn)的主要參考依據(jù)。利用此方法可以將加載期間沉降的發(fā)展趨勢(shì)準(zhǔn)確的分析出來(lái)。通常情況下，要求將路基填筑過(guò)程中的沉降速率控制在10～15mm/d。

3.1.1 線路各段路面沉降情況

在進(jìn)行山區(qū)高速公路軟基施工過(guò)程中，受地質(zhì)條件等因素的影響，很容易出現(xiàn)地質(zhì)沉降，為了可查明沉降的變化規(guī)律，首先需要對(duì)施工加荷情況進(jìn)行分析。在進(jìn)行荷載施加時(shí)，監(jiān)控單位和施工單位之間要互相配合，確保加荷施工可順利開(kāi)展。本工程在施工過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)證明，在地質(zhì)情況比較差、加載高度比較大的地質(zhì)情況下沉降值達(dá)到了最大值1206，研究決定采用換填+拋石擠淤的處理方式進(jìn)行處理。該標(biāo)段地基沉降在500～1000mm之間的沉降有6個(gè)，達(dá)到了25%。

3.1.2 等超載路段沉降預(yù)測(cè)

在對(duì)軟土路基進(jìn)行填筑處理后，由于全線填挖交界路段分布非常多，很容易出現(xiàn)不均勻沉降，使路面產(chǎn)生裂縫。為了降低工后沉降，防止路面出現(xiàn)裂縫，需采用等超載預(yù)壓處理的方式對(duì)欠載預(yù)壓路段進(jìn)行處理。通過(guò)監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，路基沉降情況主要有下述幾個(gè)方面：

①在進(jìn)行等載預(yù)壓過(guò)程中，很多路段都出現(xiàn)了沉降，沉降值達(dá)到了5mm～123mm，平均沉降值達(dá)到了37.5mm；②對(duì)軟土路基進(jìn)行等載預(yù)壓以后，除了原有的監(jiān)測(cè)路段外，其他路段工后沉降值為2mm～46mm，平均沉降值為14.1mm，進(jìn)行預(yù)壓后剩余的沉降是預(yù)壓前沉降值的27.4%；③超載預(yù)壓后，將原設(shè)計(jì)方案8個(gè)檢測(cè)斷面中路段推算工后沉降值為18mm～248mm，出現(xiàn)這一情況主要是因?yàn)檫@部分路段地質(zhì)情況普遍比較差，沉降速率在進(jìn)行收斂的過(guò)程中速度比較慢。

通過(guò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)證明，路基在使用超載預(yù)壓的方式進(jìn)行處理后，使路基剩余沉降顯著降低，對(duì)防止路面裂縫、路基裂縫方面有起到了顯著的控制效果[2]。

3.2 側(cè)向位移

為了觀測(cè)側(cè)向位移情況，在底部穩(wěn)定土層中埋入了測(cè)斜管，然后利用測(cè)斜儀對(duì)加載過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)，從而更加準(zhǔn)確的了解土層出現(xiàn)側(cè)向位移的情況，進(jìn)而更好地對(duì)路基加載施工進(jìn)行指導(dǎo)。路堤是否具有良好的穩(wěn)定性，和側(cè)向位移速率有直接的聯(lián)系。通常情況下，路堤進(jìn)行填筑作業(yè)時(shí)，要求其側(cè)向位移速率要控制在5mm/d，通過(guò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)證明，得到的檢測(cè)結(jié)果如下：

①經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，各路段的側(cè)向位移值達(dá)到了6.9～233mm，累計(jì)側(cè)向位移的平均值達(dá)到了69.3mm，路基比較高時(shí)，總體側(cè)向位移值相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，證明地基穩(wěn)定性良好。

②通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，各個(gè)路段出現(xiàn)最大側(cè)向位移的點(diǎn)位于地表下0.5～3.5m處。

③進(jìn)行加載的過(guò)程中，一些路段的側(cè)向位移速度＞5mm/d，采取路基穩(wěn)預(yù)警措施，使路基的穩(wěn)定性得到了有效控制，沒(méi)有產(chǎn)生路基失穩(wěn)、滑塌的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軟土地基由于壓縮性高、含水量大、透水性差等特點(diǎn)，對(duì)公路工程施工質(zhì)量有比較大的影響，文章以實(shí)際工程為例，對(duì)山區(qū)高速公路軟基變形規(guī)律和沉降預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析和探討。通過(guò)分析證明，該山區(qū)高速公路在地表以下0.5m～3.5m的位置出現(xiàn)了最大位移，大部分?jǐn)嗝娴膫?cè)向位移速率都＜5mm/d，均未超過(guò)預(yù)警值，地基沒(méi)有出現(xiàn)失穩(wěn)和滑塌的情況，取得了良好的處理效果。