高速公路路基沉降與穩(wěn)定性監(jiān)測分析

潘路星

（湖南省航務(wù)工程有限公司，湖南長沙 410000）

1 高速公路路基沉降及穩(wěn)定性監(jiān)測作用

首先，對于高速公路工程的施工質(zhì)量，可通過路基沉降與變形觀測作業(yè)予以檢驗(yàn)，以此促使路基施工中的穩(wěn)定性與安全性得以顯著提升。

其次，對于高速公路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的合理性檢測，可利用原位觀測，以及沉降量的前期預(yù)測來進(jìn)行驗(yàn)證。并且在驗(yàn)證結(jié)果得出后，需要將此類數(shù)據(jù)信息，及時(shí)反饋至路面設(shè)計(jì)部門，并作出有針對性的改良與優(yōu)化，將沉降現(xiàn)象嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

再次，對于施工過程中存在地基位置的地質(zhì)問題，應(yīng)做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)解決，以此達(dá)成良好的路基處理效果。

最后，通過對高速公路路基施工中的穩(wěn)定性監(jiān)測，更能對路堤施工填筑速度與效率作出嚴(yán)格控制，在準(zhǔn)確設(shè)定路面施工時(shí)間的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)橥练降某两登闆r，提供出具有說服力的計(jì)量依據(jù)[1]。

2 沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)要求

2.1 典型斷面觀測點(diǎn)布設(shè)要求

第一，高填方路堤沉降觀測點(diǎn)布設(shè)。一是明確觀測內(nèi)容，涵蓋的觀測內(nèi)容為：地表沉降觀測、豎直沉降觀測以及對水平位移等的觀測。二是明確觀測目的，通過觀測活動，能夠細(xì)致掌握到各類因素（溫度、氣候、壓實(shí)程度）影響下，路堤所形成的分層沉降、總沉降以及土體水平位移的規(guī)律。三是高填方路堤沉降觀測點(diǎn)布置形式及位置，見圖1。

圖1 高填方路堤沉降觀測點(diǎn)布設(shè)方式及位置

第二，高填深切相交路基沉降觀測點(diǎn)布設(shè)。主要?dú)w納為三點(diǎn)：一是觀察與測量點(diǎn)位的內(nèi)容。分層填筑的沉降情況，以及路基坡腳處與邊緣處相互垂直所產(chǎn)生的位移情況，這里包含邊樁的位置移動，也可以采用精密的測斜儀器用以勘測滑動移位變形情況。二是觀察與測量點(diǎn)位的目的。了解、掌握填筑土方與水平或垂直坡腳處的位移變化情況，預(yù)知未來沉降的誘因。三是高填深切相交路基觀察與測量點(diǎn)位的布設(shè)方式及位置，見圖2。

圖2 高填深切相交路基沉降觀測點(diǎn)布設(shè)方式及位置

第三，軟土路基沉降觀測點(diǎn)布設(shè)。主要?dú)w納為三點(diǎn)：一是觀察與測量點(diǎn)位的內(nèi)容。土體的沉降情況，軟土路基與地表的沉降情況，前者為豎直，后者為全斷面，坡腳處與邊緣處相互垂直。二是觀察與測量點(diǎn)位的目的。了解、掌握分層填筑的壓實(shí)度是否符合設(shè)計(jì)要求，不同天氣下含水量的不同對軟土路基是否能夠產(chǎn)生固結(jié)，以及各部分的沉降情況。三是軟土路基觀察與測量點(diǎn)位的布設(shè)方式及位置，見圖3。

圖3 軟土路基沉降觀測點(diǎn)布設(shè)形式及位置

第四，地下結(jié)構(gòu)物臺背填土或者隧道沉降觀察與測量點(diǎn)位的布設(shè)。主要?dú)w納為三點(diǎn)：一是觀察與測量點(diǎn)位的內(nèi)容。分層填筑的沉降情況，以及路基坡腳處與邊緣處相互垂直所產(chǎn)生的位移情況，可以采用精密的測斜儀器用以勘測滑動移位變形情況。二是觀察與測量點(diǎn)位的目的。了解、掌握結(jié)構(gòu)物臺背填筑土方與隧道邊側(cè)填筑土方，垂直與水平位置移動的變化情況，預(yù)知未來沉降的誘因。三是地下結(jié)構(gòu)物臺背填土或隧道觀察與測量點(diǎn)位的布設(shè)方式及位置，見圖4。

圖4 構(gòu)造物臺背和隧道口沉降觀測點(diǎn)布設(shè)形式及位置

第五，路基邊坡深切處進(jìn)行觀察與測量點(diǎn)位的布設(shè)。主要?dú)w納為三點(diǎn)：一是觀察與測量點(diǎn)位的內(nèi)容。路基邊坡地表位置移動，可以是水平方向，也可以是垂直方向的位置移動，對路基邊坡表面、邊坡處的深側(cè)位置移動，以及產(chǎn)生破裂與縫隙的觀察與測量。二是觀察與測量點(diǎn)位的目的。了解、掌握路基邊坡小面積或者大面積產(chǎn)生的變形，以及觀測變形的速度與誘因。三是路基邊坡深切處觀察與測量點(diǎn)位的布設(shè)方式及位置，見圖5。

圖5 路基邊坡深切沉降觀測點(diǎn)布設(shè)形式及位置

2.2 路基橫斷面的一般沉降觀察與測量要求

第一，路基橫斷面的一般沉降與變形參考值，詳見表1。

文獻(xiàn)[10]還給出了河南省水文地質(zhì)大隊(duì)根據(jù)商丘均衡場資料，得出的不同氣候條件下降水入滲系數(shù)α，如表4所示。

表1 一般斷面沉降與變形觀測原則及標(biāo)準(zhǔn)

第二，路基表面土體沉降量：應(yīng)用新型沉降計(jì)觀測沉降情況，以此來預(yù)知未來沉降的走向，明確卸荷的時(shí)間，以及構(gòu)造物與上面層的具體施工時(shí)段并且準(zhǔn)確提出沉降的施工計(jì)算方式。

第三，整體沉降量：應(yīng)用新型沉降計(jì)觀測沉降情況，以此來預(yù)知未來沉降的走向，明確卸荷的時(shí)間，以及構(gòu)造物與上面層的具體施工時(shí)段并且準(zhǔn)確提出沉降的施工計(jì)算方式。觀測沉降量，明確路基較好段落的承受壓力標(biāo)準(zhǔn)，以及未來施工保質(zhì)保量的掌控標(biāo)準(zhǔn)。

第四，路基表面土體的水平位置移動以及側(cè)向變形量：應(yīng)用測斜儀進(jìn)行有效的監(jiān)測，及時(shí)掌握路基表面土體的水平位置移動，以及側(cè)向變形量情況，保證工程質(zhì)量。

第五，深切填方相交處的變形量：內(nèi)、外側(cè)變形情況的觀察與測量，以及水平與垂直方向的水平位置移動。

3 沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)和觀測方法

3.1 沉降板

沉降板是用于觀測路堤和路基地表沉降情況的重要工具，它主要由底板、金屬測桿和保護(hù)套管構(gòu)成，底板可以選擇鋼板或鋼筋混凝土材料。在公路行業(yè)中，通常有兩種埋設(shè)方式：一種是將沉降板埋設(shè)在路床底部，用于觀測路堤整體的沉降情況。另一種是將沉降板埋設(shè)在地表下，用于監(jiān)測路基地表的沉降情況。

建議將地面沉降板的底部埋在砂墊層內(nèi)，并確保管道的頂部與初始壓實(shí)面的距離在5～8cm范圍內(nèi)。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，管道的頂部位置應(yīng)低于原始壓實(shí)面的位置。接著，需要測量管道的頂部和底部之間的距離，然后將土壤均勻地填充到管道的頂部，并使用壓實(shí)工具來確保其穩(wěn)固。施工人員在進(jìn)行觀測時(shí)，可以通過管頂面下一節(jié)的標(biāo)高來反映第一次的沉降量，而上一節(jié)的標(biāo)高可以作為第二次計(jì)算時(shí)的參考依據(jù)[2]。

為了觀測路堤的整體沉降，沉降板的安裝應(yīng)在填土的高度達(dá)到路床底部時(shí)進(jìn)行,最理想的放置位置應(yīng)是道路的核心地帶，用于路堤總沉降的管道數(shù)量相對地表沉降管道數(shù)量較少。

3.2 全斷面沉降管

在公路測量應(yīng)用中，由鋼絲繞構(gòu)成的高壓管具有較高的管徑向剛度，因此是最常見的沉降管類型。

當(dāng)沉降管被埋置后，應(yīng)在其兩側(cè)設(shè)置合適尺寸的混凝土池，并確保這些混凝土池配備了合適的蓋板，以防止土壤顆粒進(jìn)入并對觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生負(fù)面影響。在進(jìn)行混凝土池的安裝過程中，確保導(dǎo)線等布局不會受到任何干擾。

3.3 邊樁

在高速公路路基填筑施工過程中，路基附近地表在路堤載荷作用下會有一定概率產(chǎn)生位移，因此，路基填筑施工中，相關(guān)人員要重點(diǎn)檢查位移。

邊樁的布設(shè)是為了施工人員更好地觀測地表位移情況。通常情況下，如果從路堤的坡腳開始到邊溝的外緣是10m的距離，需要設(shè)置5個(gè)邊樁，5個(gè)邊樁應(yīng)布設(shè)在同一水平線上，這些邊樁之間的距離大約是2m。

邊樁的數(shù)量并非固定的5個(gè)，而是要以能夠有效確保路基穩(wěn)定性為原則，布設(shè)數(shù)量合理的邊樁。應(yīng)該在路基段布設(shè)觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)之間的間距為100～200m，在構(gòu)造物臺背側(cè)路段，也應(yīng)設(shè)置2～3個(gè)觀察斷面。在觀察點(diǎn)上設(shè)置邊樁，確保這些邊樁與水平線保持一致，并通過打入或埋設(shè)兩種不同的方法來布設(shè)這些邊樁。

地表水平和垂直兩個(gè)維度上的位移觀察方法有所不同。在不同條件下采用不同的測量方案可獲得比較準(zhǔn)確的結(jié)果。對于地表的垂直位移，建議采用高程觀測技術(shù)，而對于地表的水平位移，則可以選擇使用單三角前方交會法或銦鋼尺位移計(jì)量法進(jìn)行測量。

4 結(jié)語

近幾年，國內(nèi)公路工程建設(shè)，尤其是高速公路施工質(zhì)量進(jìn)步非常明顯。而路基施工質(zhì)量是決定高速公路工程整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

為此，本文分析了高速公路工程施工中觀測沉降的必要性，提出了沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)方法。在實(shí)際公路工程施工中，要結(jié)合工程實(shí)況靈活選用最合理的方法。