淺析高速公路軟基路堤施工監控技術

陳輝龍

（河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450009）

在高速公路施工過程中，經常遇到在軟弱地基上面進行路基土石方填筑施工。由于軟弱地基的特殊性質，要求在施工過程中，要嚴格控制路堤的填筑速率，嚴密監控填筑段的路基變化情況，邊施工，邊監控，監控所得結果又用于指導施工，否則盲目地施工，一味地追求工程進度，不顧地基變化的實際情況，有時將造成嚴重工程事故及重大經濟損失本文以成都至南充高速公路某段為例對高速公路軟基路堤施工監控技術作以簡要介紹。

1 成南高速公路工程概況

成南高速公路是國家規劃的上海到成都國道主干線的支線，全長208公里，其地質復雜，軟基地段較多，全段共有軟弱地基地段200多處，全路處于川中丘陵地區，其丘間溝谷，地勢低洼，多為水稻田，地表水長期排泄不暢，其間沉積的低（高）液限粘土，多呈軟~可塑性，厚度約3~13米，通過計算，在這種軟基地區填筑路堤，當填方高度超過8米時（個別地段4~5米），其路基穩定性和殘余工后沉降將不能滿足規范要求，成南路在處理這些軟弱路基采用了塑料排水板、粒料樁、換填砂礫石、拋石擠淤等方法，其效果比較理想，在進行路基填筑過程中，又實施了監控技術，對路基的變化情況及時進行有效監控，指導施工，效果比較明顯。

2 軟基強度增長原理和規范要求

在軟基設計和施工中，一個重要的依據即為軟基的強度隨荷載的增加以及時間的推移而逐漸增加，一般可以用下面的公式來表示：

式中：τ-軟基強度；C-粘聚力；σ-有效應力；φ-摩擦角

從上面公式可以得出這樣的結論：在軟弱地基路段，初期荷載大，間隔時間長對軟基強度的增長是有利的，其強度的增長和時間的規律大致可以用圖1來表示，從圖上可以看出，只要填土荷載增加的速率不超過地基強度的增長速率，路堤的安全就有保障，根據這一規律，在施工中便可合理地安排施工進度，保證安全地進行路基填筑。如成南路K44+200~K44+330段軟基，路基填方高度為15米，該段天然地基的極限填高為8米，則在填方高度8米以下，適當地加快填筑速率，在這一時期地基天然承載力可以承受快速的加載，在填方高度超過8米以后，路堤的穩定性要靠強度的增長來保證，這時就應該嚴格控制填筑速率，隨路堤填方高度的增加填筑速率的控制更應該嚴格。

那么如何監控路基的填筑速率？如何可以知道加載水平沒有大于地基強度增長情況呢？目前較為有效和常用的方法是通過觀測路堤的沉降情況和側向位移情況來判斷當前路堤的穩定性，控制當前的填筑速率。為此我國現行的規范對軟基路堤的施工和監控技術提出了嚴格的要求，在JTJ017-96《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》中對軟基路堤的施工監控要求如下：

2.1 在施工中應遵循按圖施工的原則和“邊觀察、邊分析”的方法；如發現現場地質情況與設計提供資料不符或原設計的處治方案因故不能實施改變設計時，應及時報告并根據有關規定報請變更設計。

2.2 按設計規定或規范要求布設觀測儀器。

2.3 軟土地基路堤的施工應注意觀測填筑過程或以后的地基變形動態，對路堤施工實行動態觀測。高速公路、一級公路及二級公路工程在路堤施工中必須進行沉降和穩定的動態觀測，其觀測項目、目的、儀器如下：

（1）觀測項目：地表沉降量；儀器名稱：地表型沉降計（沉降板）；地表型沉降計（沉降板）：用于沉降管理。根據測定數據調整填土速率；預測沉降趨勢，確定預壓卸載時間和結構物及路面施工時間；提供施工期間沉降土方量的計算依據。

（2）觀測項目：地表水平位移量及隆起量；儀器名稱：地表水平位移樁（邊樁）；地表型沉降計（沉降板）：用于穩定管理。監測地表水平位移及隆起情況，以確定路堤施工的安全和穩定。

（3）觀測項目：地下土體分層水平位移量；儀器名稱：地下水平位移計（測斜管）。

地表型沉降計（沉降板）：用于穩定管理和研究。用作掌握分層位移量，推定土體剪切破壞的位置。

3 成南高速公路軟基監控方法

根據成南高速公路的實際情況，按照規范要求，全線采用設置沉降盤和側位移樁的方式進行軟基的沉降和側向位移的觀測，具體方法如下：

3.1 監控儀器

沉降盤采用基樁、沉降盤和套管組合結構，直接檢測套管和基樁之間的相對位移，基樁采用φ40mm鋼管，沉降盤采用60cm×60cm的鐵板制作，上面沿對角線布設加固鋼板，套管采用φ80mm鋼管，套管焊接或螺栓連接在沉降盤中央。

側位移樁采用鋼筋混凝土預制樁，混凝土標號不小于25號，長度不小于1.5米,斷面可采用正方形或圓形,邊長或直徑以10cm~20cm為宜,在樁頂預埋不易磨損的測頭,一般采用φ6mm鋼筋為好。

3.2 埋設方式

一般路段沿縱向每隔100m~200m設置一個觀測斷面，橋頭路段應設置2~3個觀測斷面，沿河等特殊路段應酌情增設觀測斷面，對于路堤較高（大于12米其下有塑料排水板或碎石樁等處理措施時）應適量縮短觀測斷面間距，對于上述段落要求觀測斷面縱向間距不應大于100米。

沉降盤一般設置在路堤中央，對于重要段落，一側軟基或填方高度明顯大于另一側時，可在較危險一側埋設；φ40mm鋼管基樁需鉆孔將其打過軟土層至硬土或強風化層表面，要求基底盡量堅硬，放入基樁后應在樁頂采用8磅鐵錘錘至穩定為止，沉降盤要穿過基樁，埋設于填方底部再回填密實。

軟土地基沉降量觀測記錄(單位:cm)

側位移樁一個斷面每側埋設4個，埋設間距5米一個，外設基準樁，基準樁應在路堤坡腳外30米以上，在路堤較高，軟基深度較厚的段落，還應適當加大距離。邊樁埋設以地表以下不小于1.2米為宜，樁頂露出地面高度不應大于10cm，可以采用打入或開挖埋設，要求樁周圍回填密實，樁周上部50cm用混凝土固定，確保邊樁埋設穩固。

3.3 觀測方法和精度

沉降盤的豎向沉降值采用鋼尺量測套管與基間的相對位移的方法，量測標記在埋設或接長時在套管的某一方位用鋼鋸齊套管頂面在基樁上鋸出長約20mm凹槽，并用紅油漆作出標記，在豎向量測位置，用紅油漆在套管和基樁上面畫一豎線，以便以后量測，量測精度到1mm。

側位移采用單三角前方交會法或鋼尺量測法，單三角前方交會法用J1或J2經緯儀量測，方向觀測水平角誤差為±2.“5,采用測距儀或鋼尺量測方法時,量測誤差為±5 mm。

側位移高程量測采用S1或S2型水準儀，以二級中等精度要求的幾何水準測量高程，觀測精度應到1mm。

3.4 觀測頻率

每個軟基路段可以根據具體情況大致估算出天然地基的極限填土高度（一般設計單位已經提供），在填方低于極限填土高度時，可以不控制填筑速率，軟基觀測頻率不大于15天；在填方高度接近或超過臨界高度后，每層填筑都應進行一次觀測，并應控制填筑速率，軟基觀測間隔不應大于5天；對于有異常現象的軟基段，應該暫停加載，每天進行一次軟基觀測直至穩定為止；路基填筑完成后，預壓期間觀測應視地基的穩定情況而定，一般半月或每月一次，直至預壓期結束。

軟土地基水平位移觀測記錄(單位:cm)

3.5 觀測記錄和資料整理

每次觀測應按照規定的格式做好記錄，及時整理匯總觀測結果，根據觀測資料結合填筑情況，繪制出軟基填土和沉降趨勢曲線、軟基填土和側位移趨勢曲線。下面以成南高速公路E3合同段K44+200~K44+330段軟基觀測記錄(1個月)為例繪制軟基填土和沉降趨勢示意曲線，軟基填土和側位移趨勢曲線示意圖如下：

3.6 軟基填筑控制標準

按照相應的規范要求，軟基路堤穩定控制標準為：路堤中心線地面沉降速率每晝夜不大于1cm；坡腳水平位移速率每晝夜不大于0.5cm。按照上面的標準，結合觀測記錄和趨勢曲線圖，我們可以很清楚地判斷出所填軟基段的變化情況，判斷其是否處于正常控制狀態，來指導施工。觀測結果應結合沉降和位移的發展趨勢進行綜合分析，填筑速率應以水平位移控制為主。

3.7 異常現象的處理

在對觀測結果進行分析時如果發現以下現象之一時，應該特別注意判斷其是否出現異常現象：①、沉降和側位移觀測結果突然超過控制標準。②、盡管觀測結果沒有超過控制標準，但在趨勢曲線上越來越大，且呈明顯不收斂趨勢。③、路堤出現明顯的異常征兆。

如果路堤穩定出現異常情況而可能失穩時，應立即采取果斷措施：停止加載，每天進行軟基觀測并對觀測結果進行分析，嚴密監視施工現場變化情況，必要時向上級報告。待路堤恢復穩定后，方可繼續填筑。

4 觀測設施的維護和保護

用于沉降與穩定觀測的儀器在使用前需進行全性能檢查和校驗，以保證測定儀器的正常使用和觀測數據的可靠。沉降盤、側位移樁、基準樁，在觀測中均必須采取有效措施加以保護或專人看管。沉降盤由于設置在路基工作面上，容易遭到施工車輛、壓路機等碰撞和人為損壞，除采取有力的保護措施外，還應在標桿上豎有醒目的警示標志，測量標志一旦遭到碰損，應立即恢復并復測。

沉降盤的套管和基樁在施工過程中，應隨填方高度的增加逐漸加長，要求沉降盤的套管高出路堤工作面至少50cm，基樁至少高出套管頂面20cm。套管和基樁可以采用螺帽接長，每節套管和基樁可在2米左右，為防止套管和基樁被人為破壞，最好采用現場焊接的方法進行加長，在套管和基樁接長后，應觀測數據并記錄加長的長度和數量，保證測量數據的連續性。

由于埋設儀器在路面修筑期間以及完工后還將發揮作用，施工單位在路基完工后，不得破壞埋設儀器，在路基96區頂面驗收交工后，埋設儀器應交由后續施工單位保管使用。

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