高速公路特殊土路基施工監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

劉晉宏

（山西交通控股集團(tuán) 呂梁南高速公路分公司，山西 汾陽 032200）

引言

高速公路穿越山嶺地區(qū)時(shí)，工程地質(zhì)與地形地貌情況復(fù)雜多變，部分路段由于受施工條件限制，只能采用紅砂巖和高液限黏土等特殊土作為路基填料，對(duì)路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。如果對(duì)特殊土路基填料處治不當(dāng)，容易產(chǎn)生不均勻沉降，給施工留下質(zhì)量隱患，對(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。隰吉高速公路沿線有多處路堤采用土石混填路基，個(gè)別路段采用紅砂巖作為路基填料，為確保路基施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，路堤填筑施工過程中布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降和側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)路基穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

隰吉高速公路穿越山嶺地區(qū)，路線設(shè)計(jì)全長為105.834 km，沿線分布有多處高填方路堤。K23+110—K23+564 段設(shè)計(jì)采用土石混填高填方路堤，該區(qū)域地層主要為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等，路堤填料采用紅砂巖。該段路基橫斷面方向地面起伏較大，其中路堤右側(cè)最大填筑高度為23.5 m，為保證路堤坡腳穩(wěn)定，在路堤坡腳設(shè)置擋土墻。為提高路堤的穩(wěn)定性，在原地面橫向坡度較大位置開挖寬度≮2 m 的內(nèi)傾臺(tái)階，該路段典型路基橫斷面見圖1。

圖1 典型路基橫斷面

2 路基沉降監(jiān)測(cè)方案

2.1 路基沉降監(jiān)測(cè)

該路段路基沉降監(jiān)測(cè)采用埋入式沉降板法，沉降板鋼管長單長度選擇50 cm 和20 cm，采用管箍連接。沉降板采用鋼板制作，尺寸為500 mm×500 mm×8 mm。在沉降監(jiān)測(cè)斷面，分別在路基中線、左側(cè)、右側(cè)路肩各布置一個(gè)沉降板，特殊位置可適當(dāng)增減沉降板數(shù)量，但不得少于兩塊。沉降板埋設(shè)后將土體夯實(shí)，然后進(jìn)行初始監(jiān)測(cè)，作為測(cè)點(diǎn)的初始監(jiān)測(cè)值，以后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與該初始數(shù)據(jù)對(duì)比確定沉降值。

路基沉降監(jiān)測(cè)采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，按照二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，并在每次觀測(cè)后進(jìn)行檢核，觀測(cè)精度為±0.1 mm。如發(fā)現(xiàn)誤差過大，應(yīng)重新進(jìn)行觀測(cè)，以保證測(cè)量精度。路堤填筑過程在對(duì)鋼管進(jìn)行接長，以便于進(jìn)行下次觀測(cè)，鋼管應(yīng)埋設(shè)在路基頂面以下5 ～8 cm，以防止施工過程中損壞。路堤填筑施工期間，每次填土完成后觀測(cè)一次，填筑施工間隔時(shí)間較長時(shí)，每3 ～4 d 觀測(cè)一次，如出現(xiàn)路基沉降速率突然增加，應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)頻率。堆載預(yù)壓階段，第一個(gè)月觀測(cè)頻率為3 d/次，第二、三月7 d/次，第四、五月15 d/次，第六個(gè)月以后 30 d/次。

2.2 側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)

路堤側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)通過在兩側(cè)路堤坡腳埋設(shè)邊樁，使用全站儀采用極坐標(biāo)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在路基兩側(cè)坡腳分別布置一組測(cè)樁，每側(cè)坡腳三根，每隔0.5 m 設(shè)置一根，且位于同一條直線上。邊樁采用C25 鋼筋混凝土預(yù)制，長度為1.5 m，直徑為10 cm，埋入路基內(nèi)部深度≮1.2 m。路堤側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)采用高精度全站儀，觀測(cè)精度為±0.1 mm，觀測(cè)頻率與路堤沉降監(jiān)測(cè)頻率保持一致，每填筑一層至少觀測(cè)一次。邊樁埋設(shè)完成后進(jìn)行初始觀測(cè)，以后每次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與前一次數(shù)據(jù)對(duì)比分析確定水平位移變化量。路基填筑完成后，通過分析各測(cè)點(diǎn)水平位移量，確定路堤的水平位移，路基沉降與水平位移測(cè)點(diǎn)布置見圖2。

圖2 路基沉降與水平位移測(cè)點(diǎn)布置

3 特殊路基沉降監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性分析

3.1 路基沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

選取有代表性的監(jiān)測(cè)斷面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果作為研究對(duì)象，對(duì)路基施工過程中的沉降變形進(jìn)行分析。由于該路段路基沉降變形情況相差不大，選取K23+600 斷面路基中心沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果作為分析對(duì)象，繪制路堤中心沉降變形時(shí)間曲線見圖3，沉降變化速率見圖4。其中1 ～79 d 為路堤填筑施工期，88 ～179 d 為預(yù)壓期。

圖3 K23+600 斷面路堤中心沉降變形時(shí)間曲線

圖4 K23+600 斷面路堤中心沉降速率變化曲線

分析圖3 和圖4 曲線變化趨勢(shì)可以得出，在施工階段路堤產(chǎn)生沉降變形較大，沉降速率也較大，預(yù)壓期路堤沉降變形和沉降速率均不斷下降，在監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)路堤沉降已基本穩(wěn)定。在路基填筑施工初期，路基沉降量和沉降速率均較大，沉降速率最大值為5.201 mm/d，隨著填筑高度的增加，沉降量不斷減小。由于受到施工期間天氣、施工工藝等因素的影響，側(cè)向位移變化速率有一定幅度的起伏。在預(yù)壓初期，路基沉降變形有一定幅度的增長，而后增長量不斷下降，在監(jiān)測(cè)168 d 后路堤基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在路堤填筑施工階段和預(yù)壓期，對(duì)各側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)斷面開展監(jiān)測(cè)。由于各監(jiān)測(cè)斷面路堤側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果相差不大，選取K23+445 斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，繪制側(cè)向水平位移變化曲線見圖5。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出各監(jiān)測(cè)時(shí)間段路堤側(cè)向水平位移變化速率，變化趨勢(shì)見圖6。

圖5 K23+445 斷面路堤側(cè)向水平位移變化曲線

圖6 K23+445 斷面路堤側(cè)向水平位移速率變化曲線

分析圖5 和圖6 曲線變化趨勢(shì)，得出K23+445斷面路堤側(cè)向水平位移在填筑施工階段變形量和變化速率均較大，預(yù)壓期呈現(xiàn)先增大后變小，變形量和變化速率不斷下降，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)。在路堤填筑施工階段，路堤側(cè)向水平位移呈現(xiàn)線形增加的趨勢(shì)，變化速率也較大，變化速率最大值為1.000 mm/d。同樣由于受到施工期間天氣、施工工藝等因素的影響，側(cè)向位移變化速率有一定幅度的起伏。在預(yù)壓期，初期路堤側(cè)向變形有一定幅度的增加，但變形量和變形速率總體呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)完成達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 路堤穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)K23+600 斷面路堤中心沉降和K23+445 斷面路堤側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，雖然路堤施工階段產(chǎn)生了較大的變形，變形速率也較大，其中沉降速率最大值達(dá)到5.201 mm/d，側(cè)向水平位移最大值達(dá)到1.000 mm/d，但預(yù)壓期迅速下降，并在監(jiān)測(cè)完成時(shí)均達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)其他斷面監(jiān)測(cè)結(jié)果，路基沉降變形和側(cè)向水平位移變化趨勢(shì)相同，在監(jiān)測(cè)完成后均達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，說明路基施工質(zhì)量合格，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

由于施工條件受限，部分高速公路路基采用特殊土填筑路基，會(huì)對(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生不同程度的影響。結(jié)合隰吉高速公路部分路段特殊土路堤施工案例，在施工期間開展監(jiān)測(cè)，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定路基的穩(wěn)定性。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括路堤沉降監(jiān)測(cè)和側(cè)向水平位移兩個(gè)方面，分別制定監(jiān)測(cè)方案，采取高精度的監(jiān)測(cè)方法在路堤填筑施工階段和預(yù)壓期開展監(jiān)測(cè)。路堤沉降監(jiān)測(cè)采用埋入式沉降板法，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果得出路堤填筑施工階段沉降變形量和變形速率較大，而預(yù)壓期二者均不斷下降，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。路堤側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)采用全站儀極坐標(biāo)法，監(jiān)測(cè)結(jié)果與路堤沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果類似，也呈現(xiàn)施工階段變形量和變形速率較大，預(yù)壓期逐漸下降，并在監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。通過分析兩個(gè)有代表性的路基監(jiān)測(cè)斷面路堤沉降和側(cè)向水平位移變化曲線，結(jié)合其他斷面的監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以得出路堤施工質(zhì)量達(dá)到要求，施工質(zhì)量合格。