高填方路堤沉降監(jiān)測控制指標(biāo)優(yōu)化研究

摘要：本文介紹了對高填方軟土路基填筑監(jiān)控的施工方法。并通過具體實踐，對現(xiàn)行通用的路基填筑監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適度的修正從而達(dá)到上述目的的方法。

關(guān)鍵詞：公路工程；高填方路基；監(jiān)測控制

前言

我國屬多山國家，工程建設(shè)中采用高填方路堤較多，這些高填方大多置于軟土地基之上。在路堤填筑過程中，路基荷載的增加如超過軟土地基的極限承載力，很容易使路堤產(chǎn)生病害甚至發(fā)生滑移。因此，對軟基加載進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控已成常態(tài)。由于高填方路堤填方工程量較之一般路堤要大得多，如何在確保路堤不失穩(wěn)情況下盡最大可能的提高填土速率是工程界人士所追求的目的之一。

1研究背景

《公路軟土地基設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中對監(jiān)控指標(biāo)的規(guī)定，無論路基的軟土性質(zhì)如何？也不論軟土層厚是幾米還是幾十米？更未涉及路基是半挖半填段還是完全填方段？不論路基是高填方還是一般填方？也不論設(shè)計采用何種加固方法，均以不變的一個標(biāo)準(zhǔn)（沉降速率≤10.0mm/d，水平位移速率≤5mm/d）以控制多變的軟土地路基的填筑。這樣，難免會產(chǎn)生偏差。

有鑒于此，考慮到該段屬典型的“半挖半填”段，且軟土層厚8.3m等因素，我們將監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整到沉降速率≤8.0mm/d、水平位移速率≤4mm/d，以此控制后期加載。實踐表明，按此指標(biāo)控制的后期加載，直至路面施工完成，路基并未產(chǎn)生病害。表明該“控制標(biāo)準(zhǔn)”是符合本區(qū)段實際情況的。

本研究除較為詳細(xì)地介紹了對路基加載監(jiān)控方法外，并以交通部《公路軟土地基設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》為基礎(chǔ)，結(jié)合具體工程，在實踐的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)行對路基填筑監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適度修正，從而達(dá)到在確保路堤穩(wěn)定的情況下，盡可能提高加載速率的目的。

2監(jiān)測工藝流程

2.1操作要點

1）.技術(shù)準(zhǔn)備

（1）做好技術(shù)交底、熟悉施工圖紙與技術(shù)規(guī)范、熟知監(jiān)測質(zhì)量要求應(yīng)滿足《公路軟土地基路基設(shè)計與施工要求》（下稱《技術(shù)規(guī)范》）與《公路路基施工技術(shù)要求》（JTJ 033—95）等。

（2）水準(zhǔn)點與坐標(biāo)點控制。按設(shè)計提供的水準(zhǔn)點、坐標(biāo)點為基礎(chǔ)，利用路基旁山坡或周邊不會產(chǎn)生形變的構(gòu)造物，在垂直向每隔3m設(shè)置一個輔助水準(zhǔn)點與坐標(biāo)點（基準(zhǔn)點）。

（3）現(xiàn)場觀測人員要熟知各類觀測儀器使用、精度要求、觀測步驟、監(jiān)控頻率、監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。

2）技術(shù)要求

（1）加載控制標(biāo)準(zhǔn)與對加載控制標(biāo)準(zhǔn)的修正

《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定對加載控制標(biāo)準(zhǔn)為：“路基中心地表面沉降速率宜控制在10mm/d，坡腳處的側(cè)向位移宜控制在5mm/d以內(nèi)”方可進(jìn)行下一級加載。但孔隙水壓力監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)在《技術(shù)規(guī)范》中未涉及，一般情況下由設(shè)計院規(guī)定：“孔隙單級孔壓系數(shù)小于0.6，綜合孔壓系數(shù)小于0.4方可進(jìn)行下一級加載”。

在軟基觀測中，倘若有一項或數(shù)項監(jiān)測結(jié)果超過上述指標(biāo)，則應(yīng)停止加載施工。當(dāng)所有監(jiān)測項目的監(jiān)測結(jié)果都小于上述控制標(biāo)準(zhǔn)值后，可恢復(fù)加載。

眾所周知，軟土性質(zhì)多變、軟土層厚深淺不一，軟基加固設(shè)計方法不同、加載施工手段各異，路基填方高程不等等特點。以一個不變的控制標(biāo)準(zhǔn)（沉降速率≤10.0mm/d，水平位移速率≤5mm/d）企求控制復(fù)雜多變的軟土路基的加載，難免會產(chǎn)生偏差。

通過對廣梧高速公路與云羅高速公路高填方軟土路基填筑的監(jiān)控，結(jié)合工程具體情況對監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適度修正，使之符合本工程的具體情況。，實踐表明：修正后的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)是附和上述兩高速公路實際情況的。修正后的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)見表二：

（2）監(jiān)測頻率

填土期每天觀測1次，預(yù)壓期第1個月內(nèi)隔日觀測一次，預(yù)壓期第2個月～第3個月每周觀測一次，預(yù)壓期第三個月之后至路面施工完畢每半月觀測一次。

從營運期開始至設(shè)計觀測期每半年觀測一次（設(shè)計觀測期為施工開始至營運期的頭兩年）。

2.2.觀測斷面的布置

觀測儀器與標(biāo)桿以布置在同一觀測斷面為宜，一個觀測區(qū)段至少設(shè)置一個觀測斷面。一般情況下斷面觀測儀器、標(biāo)桿布置數(shù)量見表三。按照“動態(tài)監(jiān)測”理念，也可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況適度增減部份觀測點位。

2.3.觀測儀器、標(biāo)桿的規(guī)格要求與埋置

1）.沉降板

（1）沉降板底板采用邊長為500mm正方形鋼板制作，在板中心點處焊接一根Φ32mm鋼管以作標(biāo)桿，標(biāo)桿四周采用三塊呈三角形的鋼倒將標(biāo)桿以加強(qiáng)固定，接管管長以80cm為宜。

（2）沉降板埋設(shè)在原地面或砂墊層（如果有）下，埋設(shè)時，先開挖出一個長寬各0.6m、深0.8m的土坑，在土坑底部滿填厚度≥20cm的砂墊層，整平后，將帶有測量標(biāo)桿的沉降板置于土坑之中。此后采用水準(zhǔn)儀檢測、修正標(biāo)桿垂直度，倘若達(dá)不要求，則將沉降板取出、調(diào)整坑內(nèi)砂墊層重新埋置，直至標(biāo)桿垂直度<1.5%后再用砂土對土坑進(jìn)行回填壓實。

2）側(cè)向位移邊樁

位移邊樁用砼制作，其幾何尺寸為：1.7（m）×0.1（m）×0.1（m），砼土強(qiáng)度25，內(nèi)插一根Φ8mm長1.5m鋼筋，鋼筋頂端露出砼頂面1～2mm，事前先用砂輪打平，并用銼刀銼出與路基中線垂直的“十”形，以便進(jìn)行觀測。

埋設(shè)：有條件可采用挖機(jī)將邊樁垂直壓入土中壓實，沒此條件的可用人工采用“洛陽鏟”挖洞埋入。此后用砂、土填充壓實。邊樁外露長度≤15cm。

3）.土體深層側(cè)向位移管（測斜）

測斜管采用鋁合金或塑料管，管外徑Φ=70mm。其彎曲性以適應(yīng)被測土體位移情況為適宜。測斜管內(nèi)縱、橫向十字導(dǎo)槽應(yīng)潤滑順直，管端接口密合，首、尾設(shè)有同質(zhì)管蓋與管靴

測斜管應(yīng)埋設(shè)于地基土體水平位移最大的平面位置，一般埋設(shè)在路堤邊坡坡趾或邊溝上口外緣1.0m左右位置；

測斜管采用鉆機(jī)導(dǎo)孔埋設(shè)，導(dǎo)孔直徑Φ110，導(dǎo)孔偏差<1.5%，測斜管底部應(yīng)置于深度方向水平位移為零的硬土層中至少50cm或者巖基上，管內(nèi)的十字導(dǎo)槽必須對準(zhǔn)路基的縱橫方向；

將出廠長度為2m～4m的測斜管逐節(jié)安裝下沉到設(shè)計高程后，將測斜儀放入測斜管內(nèi)安并上下運行數(shù)次，倘若上下運行自如且毫無阻力感則表明測斜管埋設(shè)質(zhì)量完好，倘若有不順暢感覺，則取出重新埋設(shè)。

.確定測斜管埋置質(zhì)量良好后，用中粗砂填充鉆孔與測斜管間隙縫，使測斜管與地基形成一整體。將測斜管頂端蓋好管蓋，并用螺絲固定。需要時，在測斜管壁外埋設(shè)直徑約大于30cm的砼管予以保護(hù)。

2.4.提交資料

1）. 按開普頓開普頓（A.W.Skempton）提出的孔隙水壓力理論，單級孔壓系數(shù)計算式為：B單級=Δu/ΔP，綜合孔壓系數(shù)計算式為B綜合=（Ui-U0）/ΣPi；

2）.采用雙曲線法推算加固土體最終沉降量并計算工后沉降；

3）.繪制軟基沉降過程線（h～S～t曲線）；

4）.繪制孔隙水壓力與時間關(guān)系過程線（h～u～t曲線）；

5）.繪制土體深層位移與時間關(guān)系過程線，（H～h～t曲線）；

6）.計算不同時段軟基土體經(jīng)加固處理后所達(dá)到的固結(jié)度。

3、質(zhì)量控制

3.1控制點加密

按設(shè)計提供的基礎(chǔ)樁（水準(zhǔn)、坐標(biāo)點），利用高填方路基旁的山坡或周邊不會產(chǎn)生形變的構(gòu)造物，在垂直方向每隔3m高程設(shè)置一個輔助水準(zhǔn)點與坐標(biāo)點，對基礎(chǔ)樁進(jìn)行加密，以適應(yīng)不斷增高路的沉降與位移觀測；

3.2觀測精度控制與要求

3.2.1所有觀測儀器均需率定證明合格后方可使用。

由于監(jiān)測工作范圍與觀測點位相對固定且往返多次的重復(fù)性工作，因此，每次觀測時三角架立設(shè)位置（三角架支點盡可能選擇前后視等距處）相對固定以提高觀測精度；

3.2.2沉降觀測儀器采用S1及S3 水準(zhǔn)儀，S1用于基樁和校核基樁標(biāo)高檢測用，S3?用于填筑過程觀測用。沉降觀測精度誤差<1mm；

3.2.3位移邊樁采用全站儀觀測，觀測誤差<1mm；

測斜觀測以伺服式測量計，其精度可達(dá)±0.01mm，測試時，將儀器歸零，放入孔內(nèi)后停置3～5分鐘，使測頭與地溫平衡后開始測試。第二次測試完成后，旋轉(zhuǎn)180O進(jìn)行正、反兩次測量，以消除儀器本身誤差，因此被公認(rèn)是精度令人信服的觀測方法。測試時，每次讀數(shù)力求準(zhǔn)確，同一點誤差<3″～5″（sin），測試完成后，并用管蓋將孔口蓋好，上緊螺絲；

3.2.4孔壓觀測采用鋼弦式孔壓計與之匹配的振弦式滲壓計，兩者監(jiān)測誤差均在±0.1Hz間，經(jīng)統(tǒng)計計算，其孔隙力誤差在±0.05kPa左右，完全滿足監(jiān)測精度要求。觀測分兩次進(jìn)行，第一次觀測完成后停滯5分鐘后再進(jìn)行第二觀測，取其均值作為本次觀測值。

4、效益分析

從云羅高速公路k47+900～k48+360段路基，此段路基左側(cè)為山體，右側(cè)為軟土地基，高速公路從山體邊坡穿越而過，屬典型的“半挖半填”路段。路基平均填高14.2m，屬較高填方路段。施工中采用《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)以控制填土速率，2009年3月12日路基產(chǎn)生較大形變導(dǎo)致路基坡腳處已完工的排水溝砼墻體開裂、溝底凸起。此后采用反壓護(hù)道法對其進(jìn)行加固，與此同時將沉降與位移監(jiān)控指標(biāo)修正到8mm/d與位移4mm/d以控制后續(xù)加載，順利完成了路基填筑。

從2011年開始進(jìn)行云羅高速公路軟基監(jiān)控觀測，由于該公路多為高填方路基，設(shè)計亦將加載控制標(biāo)準(zhǔn)降低為沉降8mm/d，位移4mm/d。控制指標(biāo)降低雖有利于路基穩(wěn)定，但會有礙工程施工進(jìn)度。

通過近年的工程實踐，總結(jié)出高填方路堤加載監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)（見表二），適度的提高路堤在極限填土高程、靜置預(yù)壓后的填土速率，并以此控制云羅高速公路高填路堤施工，如 k44+800～K44+980段填高33.45m；k48+316～K48+540段填高48.79m；k49+080～K49+195段填高44.09m。至路基填筑順利完成、沉降穩(wěn)定、路面施工，上述路基均未產(chǎn)生任何病害。

采用上述監(jiān)測方法與修正后的加載監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，可達(dá)到在確保路基安全穩(wěn)定前提下，最大可能的提高填土速率以增加軟土地基的預(yù)壓工期，將原本在營運期的沉降提前到施工期完成，這對于提高高速公路施工質(zhì)量、減少工后沉降、增加行車舒適度、減少維修費用效益是顯著的，這是軟基監(jiān)測的最高理想。