高速公路軟基處治與沉降監(jiān)測分析

付智源

（山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600）

高速公路軟土地基處治一直是現(xiàn)場施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對其沉降變形和水平位移進(jìn)行監(jiān)測，可有效檢測軟基處治效果。某在建高速公路途經(jīng)水田，屬軟土地基，路基土含水量高、承載力不足。為提高高速公路路基承載力，設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁對軟基進(jìn)行處理[1]。通過在路基坡腳、兩側(cè)路肩和路基中心布設(shè)沉降板和測斜管，在路基填筑過程中對監(jiān)測部位的沉降變形和坡腳以下水平位移變化情況進(jìn)行監(jiān)測[2]，收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，說明水泥攪拌樁處治達(dá)到了預(yù)期效果。

1 工程概況

某高速公路設(shè)計(jì)采用雙向六車道，設(shè)計(jì)車速120 km/h，設(shè)計(jì)采用高填方路基。施工路段穿過農(nóng)田，主要為稻田地，為軟土地基。該路段軟土地基主要為淤泥和淤泥質(zhì)土，摻雜少量砂，由于多年浸泡在水里，土體含水量高，孔隙率高，承載力低。在外界荷載作用下容易產(chǎn)生變形，處治不當(dāng)填方路基容易出現(xiàn)不均勻沉降。

該地區(qū)地表水位隨季節(jié)變化較大，呈周期性變化。本項(xiàng)目樁號范圍為K23+403—K26+785，總長度3.382 km。施工采用水泥攪拌樁對軟基進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)樁長為6～8 m，樁間距為1.1 m，呈梅花型布置。在施工過程中布置測點(diǎn)對軟土路基的沉降量和坡腳以下的水平位移進(jìn)行監(jiān)測，并繪制變形曲線，分析路基的沉降變形情況，保證路基處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 軟土地基沉降監(jiān)測方案

該項(xiàng)目軟土路基沉降監(jiān)測主要內(nèi)容包括沉降監(jiān)測和坡腳以下水平位移監(jiān)測兩部分，根據(jù)施工要求選擇儀器設(shè)備，并按照規(guī)范的方法和頻率進(jìn)行監(jiān)測。本項(xiàng)目選在 K24+200、K24+400、K24+600 三個斷面進(jìn)行監(jiān)測，其中K24+400 為主斷面。

2.1 路基沉降監(jiān)測

沉降觀測是對水泥攪拌樁處治后的路基沉降情況進(jìn)行監(jiān)測，沉降板埋設(shè)如圖1 所示，現(xiàn)場采用水準(zhǔn)儀觀測的方式進(jìn)行，觀測精度±1 mm。監(jiān)測頻率施工期間 1 次 /d，加載 7 d 后 1 次 /3 d，加載 30 d 后1 次 /7 d，加載 60 d 后 1 次 /15 d，控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于10 mm/d[3]。

2.2 水平位移監(jiān)測

水平位移監(jiān)測主要是對路基坡腳一定深度的水平位移進(jìn)行監(jiān)測，布置測斜管，使用測斜儀進(jìn)行監(jiān)測，通過測量測斜管或土體的傾斜角進(jìn)行水平位移的計(jì)算，觀測精度±1 mm。水平位移監(jiān)測頻率施工期間 1 次 /2 d，加載 7 d 后 1 次 /3 d，加載 30 d 后1 次 /7 d，加載60 d 后 1 次/15 d，控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于4 mm/d[4]。K24+400 監(jiān)測斷面監(jiān)測點(diǎn)布置如圖1 所示。

圖1 K24+400 監(jiān)測斷面監(jiān)測點(diǎn)布置圖

3 軟土路基監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 沉降監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)軟基監(jiān)測方案，對各監(jiān)測斷面進(jìn)行定期監(jiān)測，并取具有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行沉降規(guī)律分析。文章選取K24+400 斷面作為監(jiān)測斷面，對不同路基填筑高度斷面各監(jiān)測部位沉降量進(jìn)行記錄分析，沉降量統(tǒng)計(jì)見表1，各監(jiān)測部位沉降量隨路基填筑高度變化曲線見圖2 所示，監(jiān)測斷面沉降速率變化曲線如圖3 所示。

表1 K24+400 不同路基填筑高度典型斷面各監(jiān)測部位沉降量

圖2 K24+400 監(jiān)測斷面不同填筑高度沉降量變化曲線

圖3 K24+400 監(jiān)測斷面沉降速率變化曲線

通過對表1 數(shù)據(jù)和圖2 及圖3 曲線變化情況分析可知，監(jiān)測斷面K24+400 兩側(cè)路肩和路基中心線的累計(jì)沉降變化趨勢基本一致。且隨觀測時間的增長，沉降量不斷增加，沉降速率與施工速率變化情況相一致。3 個監(jiān)測部位的沉降量存在差異的原因是由于軟基厚度不同，但三處軟基厚度的差異較小，只有左側(cè)路肩相對較大。通過在施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)路基高度填筑到13 m 時，路基中心線累計(jì)沉降量為60.2 mm，左側(cè)路基累計(jì)沉降量59.3 mm，右側(cè)路基累計(jì)沉降量56.9 mm，差異較小。

當(dāng)路基填筑高度達(dá)到9 m 左右時，路基沉降量變化較大，明顯增大。這主要是由于在現(xiàn)場施工過程中，路基填筑高度達(dá)到8.9 m 后加快了填筑速度，造成地表沉降速率明顯提高，達(dá)到1.59 cm/d，略高于規(guī)范要求的1.0 cm/d[5]，綜合考慮施工現(xiàn)場的變形情況，路基沒有出現(xiàn)變形、滑動破壞；當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行路基填筑后，沉降量變小，沉降速率變緩，說明路基處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.2 軟基水平位移監(jiān)測結(jié)果分析

軟基水平位移是通過在坡腳處安裝測斜管，測斜管安裝深度達(dá)到底部穩(wěn)定土層，在加載過程中使用測斜儀對軟基深層水平位移進(jìn)行量測，為路基填筑施工提供參考依據(jù)。在路基填筑施工過程中，坡腳下方水平位移的速率是判斷路基穩(wěn)定性的主要控制指標(biāo)之一。所選K24+400 監(jiān)測斷面的路基填筑高度為13 m，起始觀測日期為2018 年7 月4 日，施工結(jié)束日期為2018 年9 月10 日，收集數(shù)據(jù)如表2 所示，繪制坡腳以下不同深度水平位移變化曲線如圖4 所示。

表2 K24+400 監(jiān)測斷面軟土路基坡腳不同深度水平位移 mm

圖4 K24+400 監(jiān)測斷面坡腳不同深度水平位移變化曲線

通過對表2 數(shù)據(jù)和圖4 所示不同時間段曲線變化趨勢進(jìn)行分析，得出水平位移最大值出現(xiàn)在2.5～4 m 處，且呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)監(jiān)測深度達(dá)到坡腳以下6 m 左右時，水平位移變化很小，說明該深度已到達(dá)軟基以下的基巖。當(dāng)路基填筑高度達(dá)到5.6～8.4 m 時，所產(chǎn)生的水平位移量最大，且變化速率也最大，這與路基沉降速率變化基本一致。隨著路基填筑高度的增加，水平位移變化逐漸趨于穩(wěn)定，在填筑后期，水平位移量不斷縮小，速率減緩。當(dāng)沉降速率達(dá)到15.7 mm/d 時，水平位移變化速率達(dá)到最大，為6.78 mm/d，略大于規(guī)范要求的5 mm/d，當(dāng)路基填筑高度達(dá)到13 m 時，水平位移達(dá)到最大值156 mm。結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場路基的變形情況，說明路基仍然是安全的。

3.3 軟基穩(wěn)定性分析

通過對軟土路基沉降值和水平位移進(jìn)行監(jiān)測，將實(shí)際監(jiān)測值與理論計(jì)算值進(jìn)行對比分析，對軟基穩(wěn)定性進(jìn)行分析，軟土路基沉降的理論計(jì)算值與實(shí)際監(jiān)測值如表3，變化曲線如圖5 所示。

表3 沉降的理論計(jì)算值與實(shí)際監(jiān)測值

圖5 軟基沉降監(jiān)測理論計(jì)算值與實(shí)測值對比曲線

采用分層總和法對軟土路基的沉降值進(jìn)行計(jì)算，分別確定各分層沉降量式中：eli和e2i為土基壓實(shí)前后的孔隙比；hi為每層填土厚度；累計(jì)求出監(jiān)測斷面的最終沉降量

通過對表3 數(shù)據(jù)和圖5 曲線進(jìn)行分析，對比理論計(jì)算值與實(shí)際監(jiān)測值，曲線變化趨勢基本一致，且理論計(jì)算值均大于實(shí)際監(jiān)測值，說明沉降變形在允許范圍內(nèi)，路基結(jié)構(gòu)偏安全。

4 結(jié)論

通過在施工過程中制定軟土路基施工監(jiān)測方案，對路基沉降和坡腳水平位移進(jìn)行監(jiān)測，繪制變形曲線和變形速率曲線并分析得出以下結(jié)論：

a）當(dāng)路基填筑完成后，監(jiān)測斷面軟土路基累計(jì)沉降量分別為：路基中心線60.2 mm，左側(cè)路基59.3 mm，右側(cè)56.9 mm，3 個監(jiān)測部位的沉降量差異不大；當(dāng)路基填筑高度達(dá)到9 m 左右時沉降速率明顯提高，達(dá)到1.59 cm/d，雖然略高于規(guī)范要求的1.0 cm/d，主要與施工速度較快有關(guān)，綜合考慮說明路基處于安全的狀態(tài)。

b）路堤坡腳水平位移最大值出現(xiàn)在2.5～4 m處，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；沉降速率達(dá)到15.7 mm/d時，水平位移變化速率達(dá)到最大值6.78 mm/d，略大于規(guī)范要求的5 mm/d，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場路基的變形情況，路基仍然處于安全狀態(tài)。

c）沉降變形理論計(jì)算值均大于實(shí)際監(jiān)測值，說明沉降變形在允許范圍內(nèi)，路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。