高速公路路基沉降觀測(cè)及填筑施工技術(shù)探討

王世容 韋純國(guó)

摘要 高填方路堤填筑施工階段極易產(chǎn)生沉降變形病害，嚴(yán)重影響路基穩(wěn)定性，威脅道路施工及運(yùn)營(yíng)安全，因此加強(qiáng)路基沉降觀測(cè)尤為必要。鑒于此，文章針對(duì)路基沉降觀測(cè)及填筑技術(shù)展開(kāi)綜合探究，闡述了沉降觀測(cè)現(xiàn)狀及沉降觀測(cè)儀工作原理、構(gòu)造特征，分析了路基沉降觀測(cè)基本程序，主要包括觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)、觀測(cè)儀埋設(shè)、數(shù)值統(tǒng)計(jì)及處理、確定沉降變形規(guī)律等，并提出了工藝、設(shè)備優(yōu)化及質(zhì)量控制措施，旨在為同行提供參考、借鑒。

關(guān)鍵詞 高速公路工程；路基填筑；沉降觀測(cè)；路基填筑

中圖分類號(hào) U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）08-0116-03

0 引言

高速公路項(xiàng)目建設(shè)中，普遍存在高填方路基填筑作業(yè)，采用沉降觀測(cè)儀對(duì)路基沉降實(shí)施監(jiān)測(cè)，能全面掌握路基沉降變形情況，從而對(duì)施工工藝實(shí)施科學(xué)調(diào)整，顯著提升路基填筑質(zhì)量，減小路基沉降變形，保證道路施工及運(yùn)營(yíng)安全[1]。該文結(jié)合路基沉降觀測(cè)現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析了沉降觀測(cè)及填筑施工技術(shù)，以期能有效提升高填方路基施工技術(shù)水平，有效控制路基沉降變形。

1 路基沉降觀測(cè)現(xiàn)狀

公路項(xiàng)目路基填筑階段常以壓實(shí)度與彎沉值對(duì)施工效果實(shí)施評(píng)價(jià)。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)現(xiàn)役公路彎沉值及壓實(shí)度全部滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求，但道路運(yùn)營(yíng)期間仍然存在路基垮塌、差異性沉降等問(wèn)題，影響道路正常使用[2]。

相關(guān)研究表明，公路項(xiàng)目路基垮塌、沉降變形等質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生均與施工階段沉降監(jiān)測(cè)不到位有關(guān)。結(jié)合現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》，僅對(duì)軟土路基沉降觀測(cè)作出了相關(guān)要求，而對(duì)于其他路段路基沉降觀測(cè)并未作出具體規(guī)定，導(dǎo)致實(shí)際施工過(guò)程中沉降觀測(cè)不到位，增大路基坍塌及沉降變形風(fēng)險(xiǎn)，威脅道路使用安全[3]。為此，該文對(duì)路基沉降觀測(cè)與同步填筑技術(shù)實(shí)施研究具有十分重要的意義。

2 路基沉降觀測(cè)儀

路基填筑體沉降觀測(cè)儀作為常用的監(jiān)測(cè)儀器，具有精度高、速度快、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，在道路施工及運(yùn)營(yíng)階段沉降變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛。

（1）路基填筑體沉降觀測(cè)儀工作原理為路基內(nèi)部沉降觀測(cè)儀測(cè)量管與土體外部溢流管水面高度始終保持相同狀態(tài)，根據(jù)該原理，可對(duì)路基沉降變形實(shí)施監(jiān)測(cè)，工作原理示意見(jiàn)圖1。

（2）沉降觀測(cè)儀檢測(cè)管設(shè)有排氣裝置和液體排出管道，排氣裝置內(nèi)設(shè)有液體進(jìn)、出口，其中進(jìn)液口位置較高，并在最上部留設(shè)出氣孔，用于排除輸液過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，避免管道內(nèi)存在氣泡影響觀測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。觀測(cè)儀主要包括沉降墩、管道、沉降板三部分[4]，構(gòu)造示意，見(jiàn)圖2。

（3）為避免測(cè)量時(shí)測(cè)管內(nèi)部存在氣泡影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，實(shí)際測(cè)量前應(yīng)預(yù)先向管路內(nèi)通油，以有效排出管道內(nèi)部氣體，進(jìn)而保證觀測(cè)精度[5]。

3 沉降觀測(cè)基本程序

路基沉降觀測(cè)基本程序，見(jiàn)圖3。

3.1 沉降觀測(cè)點(diǎn)布置

（1）根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)選用水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行路基沉降觀測(cè)。通常狀況下，路基施工階段沉降控制點(diǎn)應(yīng)在道路中心線周邊50～300 m區(qū)域內(nèi)布設(shè)，水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)與道路中心線平行，并且不能相距太遠(yuǎn)。

（2）觀測(cè)網(wǎng)布設(shè)。觀測(cè)網(wǎng)應(yīng)全面覆蓋所有地基不良地段，對(duì)于軟弱路基段、采空區(qū)、高填方段及常規(guī)區(qū)域均應(yīng)布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)[6-8]。

（3）沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置，具體布設(shè)形式，見(jiàn)圖4。

3.2 沉降觀測(cè)儀及土壓測(cè)試儀埋設(shè)

（1）管線溝槽開(kāi)挖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理規(guī)劃管線埋設(shè)路徑，并準(zhǔn)確定位出管線埋設(shè)線路，采用專用開(kāi)槽機(jī)械進(jìn)行開(kāi)槽，深度控制在30～35 cm，寬度為30 cm，溝槽開(kāi)挖應(yīng)合理組織施工，以降低對(duì)路基填筑施工的影響，保證路基施工順利進(jìn)行。

（2）管線預(yù)埋。溝槽開(kāi)挖完成后，將管線平鋪溝槽內(nèi)，并在接頭部位設(shè)置壓力計(jì)，待管線完全鋪設(shè)完畢，將管線端頭與測(cè)量板接通，采用細(xì)砂將管線槽填筑平整。

（3）線路連接。接通管線和除氣裝置，并開(kāi)啟裝置頂部出氣孔，采用壓力裝置向除氣裝置內(nèi)部壓水，待裝置及管路內(nèi)部氣體全部排出后，依次按照進(jìn)油、排氣及排油管的順序開(kāi)啟各部位閥門，并勻速、緩慢進(jìn)行通油[9]。

（4）通油過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視管路出油情況，當(dāng)油管內(nèi)部開(kāi)始出油時(shí)，及時(shí)開(kāi)啟量測(cè)管閥門，當(dāng)液面達(dá)到指定高度后及時(shí)閉合進(jìn)油閥，待液面不再發(fā)生變化時(shí)，讀取測(cè)尺數(shù)據(jù)并詳細(xì)記錄在冊(cè)。

3.3 動(dòng)力測(cè)試

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)路基實(shí)施動(dòng)力檢測(cè)，從而有效了解壓路機(jī)碾壓過(guò)程中路基應(yīng)力變化情況，全面獲取路基沉降變形規(guī)律，為后續(xù)路基填筑工藝及設(shè)備選取提供理論依據(jù)。

3.3.1 數(shù)值統(tǒng)計(jì)與核算

（1）測(cè)量裝置檢查。實(shí)際測(cè)試前需對(duì)檢測(cè)裝置進(jìn)行全方位檢查，確保性能良好。主要檢查部位包含管路、閥門、護(hù)管、測(cè)頭等。

（2）準(zhǔn)確讀取檢測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)沉降變形量實(shí)施驗(yàn)算。根據(jù)測(cè)板及土壓計(jì)讀數(shù)準(zhǔn)確獲取水準(zhǔn)值和壓力值，并對(duì)實(shí)際沉降量實(shí)施驗(yàn)算，確保測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

3.3.2 數(shù)據(jù)處理

嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，繪制格式標(biāo)準(zhǔn)的觀測(cè)記錄表，主要內(nèi)容涉及點(diǎn)號(hào)、部位、測(cè)量數(shù)據(jù)、測(cè)量偏差等。通過(guò)EXCEL表格對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息實(shí)施驗(yàn)算與優(yōu)化，并對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容與結(jié)果實(shí)施比較。

各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果全部實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)處理，針對(duì)路基施工過(guò)程中存在的穩(wěn)壓實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與處置，并對(duì)各層位路基沉降實(shí)施驗(yàn)算，根據(jù)實(shí)際測(cè)算結(jié)果，獲得路基填筑高度與沉降變化關(guān)系曲線[10]。

3.3.3 確定路基沉降變形規(guī)律

根據(jù)路基沉降及土壓檢測(cè)結(jié)果，確定壓實(shí)功作用下路基沉降變形規(guī)律。

3.4 填料力學(xué)性能測(cè)試

路基填料力學(xué)性能檢測(cè)主要內(nèi)容包含各種粒徑路基填料壓實(shí)度、級(jí)配、滲透能力、動(dòng)力性能及沉降特征等。

3.5 工藝、設(shè)備選擇

根據(jù)路基土體變形特征，科學(xué)編制持續(xù)荷載作用下土體沉降觀測(cè)方案，從而對(duì)路基沉降變形實(shí)施全面分析，得到持續(xù)荷載用下路基沉降規(guī)律，并根據(jù)沉降觀測(cè)結(jié)果合理選擇施工工藝及設(shè)備。

（1）持續(xù)荷載壓實(shí)設(shè)備選擇。結(jié)合該工程實(shí)際情況，填筑厚度區(qū)20 cm，對(duì)各種規(guī)格壓實(shí)設(shè)備動(dòng)力性能實(shí)施測(cè)試，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5、圖6。結(jié)果顯示，路基填筑深度30 cm條件下，高頻振壓施工時(shí)土壓力600 kPa，此壓力為壓實(shí)設(shè)備最小工作壓力，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)選用較大噸位壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。

（2）碾壓工藝選擇。按照工程項(xiàng)目實(shí)際需求，根據(jù)施工設(shè)備工作性能，合理確定施工工藝，選取試驗(yàn)段進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，碾壓24 h實(shí)施沉降觀測(cè)。碾壓工藝選取標(biāo)準(zhǔn)為滿足路基最小沉降標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 工藝、設(shè)備優(yōu)化

高速公路路基填筑時(shí)，應(yīng)根據(jù)動(dòng)力測(cè)試及沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，科學(xué)選用施工工藝、設(shè)備，以有效提升施工設(shè)備及工藝合理性，全面提高路基填筑質(zhì)量。

（1）填土厚度優(yōu)化：壓實(shí)設(shè)備盡可能采用載重量較大設(shè)備，并實(shí)施動(dòng)力測(cè)試，填筑深度保持在15～30 cm范圍內(nèi)。其中，填土深度30 cm條件下，土壓達(dá)800 kPa，因此可結(jié)合具體情況合理增大填筑厚度。

（2）施工設(shè)備優(yōu)化：實(shí)際施工時(shí)，若路基填料類型發(fā)生改變，則應(yīng)對(duì)壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于填筑深度30 cm條件下，土壓力低于600 kPa時(shí)，需更換大噸位壓路機(jī)。

（3）施工工藝優(yōu)化：①路基填筑施工時(shí)，需對(duì)地基壓實(shí)度實(shí)施檢測(cè)，檢測(cè)合格后方能進(jìn)行路基填筑。填筑過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)沉降觀測(cè)，若沉降速率不超過(guò)0.05 mm/d，表明所選用的設(shè)備及工藝較為適合。②路基施工過(guò)程中，當(dāng)沉降速率為0.05～0.1 mm/d時(shí)，應(yīng)對(duì)壓實(shí)設(shè)備實(shí)施優(yōu)化，改用大噸位壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行碾壓施工，特殊條件下可選用沖擊式碾壓設(shè)備。③路基壓實(shí)度滿足要求，當(dāng)沉降速率低于0.1 mm/d時(shí)，說(shuō)明路基填筑階段沉降變形較大，承載性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，必須對(duì)其實(shí)施加固處理，然后實(shí)施填筑作業(yè)。

（4）質(zhì)量控制：觀測(cè)點(diǎn)選擇是決定路基沉降觀測(cè)的重要前提，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，結(jié)合具體需求設(shè)定坐標(biāo)及標(biāo)高控制點(diǎn)，各種測(cè)點(diǎn)數(shù)量不得少于3個(gè)，并布設(shè)于相對(duì)穩(wěn)固部位。

4 結(jié)論

綜上所述，路基沉降觀測(cè)是保障路基填筑質(zhì)量的重要手段，對(duì)提高路基整體穩(wěn)定，控制沉降變形，具有十分重要的作用。工程實(shí)踐中，常采用路基沉降觀測(cè)儀對(duì)路基沉降變形實(shí)施監(jiān)測(cè)，其具有精度高、速度快、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠用于不同階段的路基沉降監(jiān)測(cè)。路基填筑施工階段，通過(guò)沉降觀測(cè)儀對(duì)路基沉降變形實(shí)施監(jiān)測(cè)，并根據(jù)動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果，科學(xué)選用施工機(jī)械及施工工藝，從而有效提升路基填筑效果，保證道路整體建設(shè)質(zhì)量。

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