高速公路改擴(kuò)建工程軟基處理監(jiān)測(cè)方案研究

盧喬

（廣東省高速公路有限公司粵贛河惠擴(kuò)建工程管理處，廣東 惠州 516151）

1 項(xiàng)目概況

茂湛高速公路擴(kuò)建項(xiàng)目全長(zhǎng)108.6km，全線采用雙向8 車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)建，車速設(shè)計(jì)為120km/h，路基寬度設(shè)置為42m，新建及加寬橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路-I 級(jí)指標(biāo)。茂湛高速公路位于廣東省西南部低山丘陵與沿海平原之間的臺(tái)地和低丘陵區(qū)，全線以臺(tái)地地形為主，間夾沖積平原或谷地，地形起伏不大，沿線特殊性巖土主要有高液限土或膨脹土、軟土、花崗巖殘積土或球狀風(fēng)化體（孤石）、人工填土。

2 軟基處理監(jiān)測(cè)目的

由于高速公路加寬工程中的新老路軟土地基處理方法存在一定的差異，使不同的軟土地基處理方法對(duì)加寬工程變形特性的影響不同；加之新路填筑過程中的擾動(dòng)和軟土地基附加應(yīng)力作用，會(huì)對(duì)老路產(chǎn)生一定程度的變形影響，造成新老路基差異變形。因此，為保證工程質(zhì)量及施工順利進(jìn)行，將軟基處理監(jiān)測(cè)目的設(shè)置如下：

2.1 控制擴(kuò)寬部分路基填筑期穩(wěn)定性

根據(jù)路基沉降、地表水平位移、地基側(cè)向位移等觀測(cè)指標(biāo)的變化情況，確定路基填土速率，在確保路基穩(wěn)定安全的前提下進(jìn)行填筑施工。

2.2 既有路基和拓寬路基的橫向差異沉降

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）第6.4.3 條，既有路基與拓寬路基的路拱橫坡度的工后增大值不應(yīng)大于0.5%；此外，通過對(duì)既有公路變形的監(jiān)測(cè)，判斷拓寬路基的變形對(duì)既有路基的影響程度，從而提出合理性優(yōu)化建議。

2.3 確定堆載預(yù)壓路段卸載時(shí)機(jī)

根據(jù)路基沉降、孔隙壓力情況判斷地基軟土固結(jié)狀況，預(yù)測(cè)總沉降量和工后沉降量，為結(jié)構(gòu)物臺(tái)后預(yù)壓荷載卸載、路面結(jié)構(gòu)施工的最佳時(shí)機(jī)提供依據(jù)。

3 監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）第7.7.13 條，沉降與穩(wěn)定監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)必須滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求：軟土地基施工中，針對(duì)橋頭和填方高的路堤，需要先做好沉降和穩(wěn)定檢測(cè)，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性，在設(shè)計(jì)工作開展中需要檢測(cè)的路段、斷面、側(cè)向位移以及沉降等位置，同時(shí)合理選擇檢測(cè)方法、頻率以及儀器等。根據(jù)工程施工的需要，還可以檢測(cè)軟土地基深部位置。根據(jù)《軟土地基路基監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51275—2017）第4.2.3 條第四款，既有路基改造工程應(yīng)按新建路基選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，并應(yīng)監(jiān)測(cè)既有路基的沉降及新舊路基之間的差異沉降。根據(jù)《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T L11—2014）第7.6.5 條，拼寬部分路基和既有路基應(yīng)同時(shí)進(jìn)行沉降觀測(cè)，并符合以下規(guī)定：觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上，并設(shè)置在既有公路路中、路肩及拼寬部分中部、外側(cè)。

4 監(jiān)測(cè)原理及方法

4.1 監(jiān)測(cè)原理方法（人工）

4.1.1 水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)

為保證監(jiān)測(cè)工作的統(tǒng)一，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度，使監(jiān)測(cè)工作有效地指導(dǎo)整個(gè)工程施工，監(jiān)測(cè)工作采用整體布設(shè)，分級(jí)布網(wǎng)的原則。即首先布設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，再在此基礎(chǔ)上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（孔）。

4.1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移測(cè)量（沉降板）

一是觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在新舊路交接位置和擴(kuò)建的新路路中。二是路釘?shù)穆裨O(shè)，在舊路路肩位置使用沖擊鉆鉆孔，打入路釘并用環(huán)氧樹脂粘貼穩(wěn)固。三是剖面沉降管埋設(shè)，該項(xiàng)目為拓寬擴(kuò)建項(xiàng)目，拓寬寬度7m 左右，選用U 型剖面沉降管進(jìn)行埋設(shè)。如圖1、圖2所示。

圖1 使用水平測(cè)斜儀的剖面沉降觀測(cè)系統(tǒng)示意圖

圖2 A-A 剖面安裝連接示意圖

4.1.3 沉降板的埋設(shè)

該工程的沉降觀測(cè)使用埋設(shè)沉降板的方式進(jìn)行。沉降板由沉降鋼板和直桿鋼管構(gòu)成。使用時(shí)需在沉降板上焊接三根鋼筋，并將之埋設(shè)在路基底面和砂墊層下部，如圖3所示。

圖3 沉降板埋設(shè)示意圖

4.1.4 觀測(cè)儀器及觀測(cè)方法

第一，采用沉降板或沉降標(biāo)進(jìn)行沉降觀測(cè)，使用精密水準(zhǔn)儀和鋼尺進(jìn)行測(cè)量。依據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照二等變形測(cè)量等級(jí)精度要求施測(cè)。精度要求：測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)中誤差≤10mm，測(cè)量點(diǎn)測(cè)站高差中誤差≤1.5mm。第二，使用橫剖面沉降測(cè)試儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行橫剖面沉降觀測(cè)，每次觀測(cè)時(shí)，先用水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)要求測(cè)出橫剖管一側(cè)的觀測(cè)樁高程，再把橫剖儀放置于觀測(cè)樁樁頂測(cè)量初值，最后將橫剖儀放入橫剖管內(nèi)測(cè)量各測(cè)點(diǎn)。

4.1.5 深層水平位移監(jiān)測(cè)

埋設(shè)時(shí)，應(yīng)保證讓一組導(dǎo)槽垂直于路基走向。測(cè)試時(shí)，測(cè)斜儀探頭沿導(dǎo)槽緩緩沉至孔底，在恒溫一段時(shí)間后，自下而上（間隔0.5m）逐段測(cè)出水平方向上的位移。同時(shí),使用全站儀測(cè)量管頂位移作為控制值。在填筑施工前，分兩次對(duì)每一測(cè)斜孔測(cè)量深度點(diǎn)的傾斜值，取其平均值作為原始偏移值?！埃敝当硎鞠蚵坊馕灰疲埃敝当硎鞠蚵坊鶅?nèi)位移。

測(cè)試原理見圖4。

圖4 測(cè)斜儀工作原理示意圖

計(jì)算公式：

式（1）～式（2）中：Δ

X

為

i

深度的累計(jì)位移（計(jì)算結(jié)果精確至0.1mm）；

X

為

i

深度的此次坐標(biāo)（mm）；

X

為

i

深度的初始坐標(biāo)（mm）；

A

為儀器在0方向的讀數(shù)；

B

為儀器在180方向上的讀數(shù)；

C

為探頭標(biāo)定系數(shù)；

L

為探頭長(zhǎng)度（mm）；

α

為傾角。

4.1.6 土體分層豎向位移（回彈）

堆載預(yù)壓中可以使用分層沉降儀測(cè)量沉降變形程度，并以隆沉速度和數(shù)量測(cè)定安全性，這樣有利于發(fā)現(xiàn)問題、消除隱患。在測(cè)試環(huán)節(jié)，測(cè)頭下沉降時(shí)可以沿著沉降測(cè)管緩慢下放，測(cè)頭到達(dá)一個(gè)磁環(huán)埋設(shè)位置后，能夠感受到信號(hào)，并促進(jìn)聲響器感應(yīng)，結(jié)合聲響讀取鋼尺與管頂?shù)木嚯x，達(dá)到測(cè)量的目的。在管頂高程測(cè)量中，采用二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的方式，通過管頂高與沉降儀鋼尺上的讀數(shù)求得磁環(huán)埋設(shè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)。

4.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法

4.2.1 無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是提供獲取結(jié)構(gòu)信息的工具，使決策者可以針對(duì)特定目標(biāo)做出正確的決策，其設(shè)計(jì)原則如下：一是保證系統(tǒng)的可靠性：由于安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期在野外實(shí)時(shí)運(yùn)行，保證系統(tǒng)的可靠性非常重要，否則先進(jìn)的儀器在系統(tǒng)損壞時(shí)發(fā)揮不出應(yīng)有的作用及效果。二是保證系統(tǒng)的先進(jìn)性：設(shè)備的選擇、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能應(yīng)與技術(shù)發(fā)展水平、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的相關(guān)理論發(fā)展相適應(yīng)，具有先進(jìn)和超前預(yù)警性。三是可操作和易于維護(hù)性：系統(tǒng)正常運(yùn)行后應(yīng)易于管理、易于操作，對(duì)操作維護(hù)人員的技術(shù)水平及能力不應(yīng)要求過高，方便更新?lián)Q代。

4.2.2 水平陣列位移計(jì)安裝方法（用于測(cè)沉降）

一是水平安裝的推薦方法，水平安裝的推薦安裝方法和豎直鉆孔中陣列位移計(jì)+PVC 安裝法相似。這種情況下，將陣列位移計(jì)+PVC 裝置放置在一個(gè)被砂墊層包圍的溝槽內(nèi)。用砂墊層包圍的目的是保護(hù)陣列位移計(jì)，使其免受充填材料中的大顆粒石塊的損害。二是水平安裝組裝陣列位移計(jì)導(dǎo)管，水平安裝時(shí)，有時(shí)用稍大的導(dǎo)管比用豎直安裝時(shí)推薦的典型導(dǎo)管更容易。當(dāng)監(jiān)測(cè)程序完成時(shí)，大導(dǎo)管使得拔出陣列位移計(jì)更容易。也可能由于土壤壓力導(dǎo)致導(dǎo)管畸變，需選擇合適的管道來穿過特定地點(diǎn)。最常用的PVC膠在低溫下可能失效，需選擇適合當(dāng)前環(huán)境和溫度的產(chǎn)品。三是陣列位移計(jì)裝進(jìn)導(dǎo)管，水平安裝時(shí)無需檢查扭曲。然而，如果計(jì)劃再用于豎直安裝的話，要避免任何扭曲。把陣列位移計(jì)卷軸放到卷軸架上，以便陣列位移計(jì)能夠從底部拉出來。然后，把繩子穿過孔眼并用絕緣膠帶纏緊。也可用電纜鉤拉陣列位移計(jì)，在陣列位移計(jì)和電纜鉤之間用一個(gè)轉(zhuǎn)軸連接，使陣列位移計(jì)在拉的過程中可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。四是陣列位移計(jì)安裝包封閉PVC 導(dǎo)管，水平安裝中陣列位移計(jì)的任何一段都可以用于參考端。陣列位移計(jì)應(yīng)在導(dǎo)管的一端固定牢固，但絕不是兩端。在不固定端應(yīng)至少有25mm 的空間。這些措施能夠防止扭曲，使陣列位移計(jì)和PVC 管有一些擴(kuò)張和收縮的空間。五是回填溝槽，陣列位移計(jì)應(yīng)當(dāng)上蓋砂墊層，砂墊層的厚度的最小推薦值是150mm。砂墊層放置好后，使用土工織物將砂墊層頂部包起，土工織物的每條邊應(yīng)至少重疊150mm。

4.2.3 固定式測(cè)斜儀安裝方法（用于測(cè)管樁等深層水平位移）

固定式測(cè)斜儀具有精度高、穩(wěn)定性高、可靠性高、防潮及絕緣等性能，適用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化測(cè)量。該方案擬使用導(dǎo)輪式固定測(cè)斜儀。該方案擬使用傳感器性能參數(shù)見表1。

表1 深層水平位移監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)指標(biāo)

監(jiān)測(cè)項(xiàng)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)設(shè)備圖片內(nèi)部位移導(dǎo)輪式固定測(cè)斜儀JMZX-7600技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：±30°分辨率：0.008度精度：0.1%電氣性能：+12V直流電，功耗120毫瓦使用環(huán)境：溫度-20～60℃images/BZ_49_906_1950_1183_2137.png

其一，將測(cè)斜管放入預(yù)先鉆好的孔內(nèi)，導(dǎo)槽需垂直于邊坡線，防止測(cè)斜管出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)等問題，連接管節(jié)時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)管道滑槽的上下管節(jié)位置，以免影響導(dǎo)槽的安裝效果。其二，埋設(shè)就位時(shí)，保證測(cè)斜管凹槽與測(cè)量的位移方向統(tǒng)一，一般需要保持與基坑邊緣垂直，測(cè)斜管固定后，對(duì)周邊的土地和砂漿等進(jìn)行澆筑固定，并對(duì)測(cè)斜管內(nèi)部進(jìn)行沖洗。其三，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地層情況，確定每孔各傳感器的安裝深度。其四，用測(cè)試探頭確認(rèn)選定的安裝深度是否有效，是否存在卡孔、堵塞等現(xiàn)象。其五，將傳感器電纜接長(zhǎng)到合適長(zhǎng)度，注意接口防水。其六，將連接好的測(cè)斜儀按照從下到上的順序逐一放進(jìn)測(cè)斜管內(nèi)。其七，傳感器按順序放進(jìn)孔內(nèi)后，將最上面的鋼絲繩固定在不銹鋼頂蓋下面的吊環(huán)中，保證傳感器深度固定不變。其八，埋設(shè)好測(cè)斜管后，需測(cè)量測(cè)斜管的方位、管口坐標(biāo)及高程，要及時(shí)砌筑窨井，并加蓋保護(hù)。其九，根據(jù)儀器的數(shù)量，備齊包括附件的成套儀器和電纜，同時(shí)考慮適當(dāng)備用量。根據(jù)設(shè)計(jì)施工要求，電纜接線作好編號(hào)和存檔工作。

5 監(jiān)測(cè)工作程序

科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)工作流程是確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、準(zhǔn)時(shí)反饋到施工中的重要保證措施，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)流程圖如圖5所示。

圖5 監(jiān)測(cè)工作流程圖

6 結(jié)語

監(jiān)測(cè)工作對(duì)精細(xì)度的要求比較高，需要監(jiān)測(cè)技術(shù)人員始終保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，結(jié)合質(zhì)量體系要求做好監(jiān)測(cè)工作中的事前控制工作，使監(jiān)測(cè)參與人員明確監(jiān)測(cè)方案、規(guī)范等。在事中控制中，需要做好對(duì)儀器設(shè)備性能等方面的監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)進(jìn)行復(fù)查，根據(jù)施工進(jìn)度和地基變形情況控制監(jiān)測(cè)頻率，變形較大或變化速率較大時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)隱患，則要連續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。事后控制中，要結(jié)合監(jiān)測(cè)成果做好監(jiān)測(cè)報(bào)告，這樣有利于監(jiān)測(cè)成果的研究和評(píng)價(jià)，可為設(shè)計(jì)工作提供指導(dǎo)和技術(shù)支持。