農村公路軟基沉降變形監測實例分析

■吳先金 ■廣西凌云縣交通運輸局公路所，廣西 凌云 533100

在公路施工過程中，路堤在跨越軟土區時，除了要保證其穩定外，還必須使變形不要太大。變形過大，沉降超過允許值，必帶來過大的不均勻沉降，將會嚴重影響其使用。目前，高等級公路大量興建，有些公路的軟土段沒有解決好變形問題，軟土層厚的部分沉降較大，軟土層薄或非軟土段沉降較小，造成公路縱向沉降不均勻，路面的平整性受到影響，汽車無法高速行駛;尤其在橋頭過渡段，問題更加突出。

土體的變形問題，不僅僅是指地基沉降，還包括側向變形。土體側向膨脹大，會使豎向沉降加大。而更重要的是，較大的側向變形往往是地基失穩的先兆。無論是豎向變形還是側向變形，在地基設計中應予以足夠的重視。綜上所述，在公路施工過程中，尤其是軟土路堤的施工應注意監測填筑過程中和竣工后的固結強度和位移變化，這不僅是發展理論和評價處理效果的依據，同時也可及時防止因設汁和施工不完善而引起的意外工程事故。

1 公路施工監測

對公路施工監測所設置的監測點應在觀測數據容易反饋的部位。地基條件差、地形變化大和設計問題多的部位和土質調查點附近均應設置觀測點，如對于橋頭縱向坡腳、填挖交界的填方端、沿河、凌空等特殊路段均應酌情增設觀測點。無論在路堤的縱向還是橫向，測點越多，測得的結果越能反映路堤真實情況。但測點多，無論費用、觀測工作量、測點保護工作量都會增加，而且也會對施工造成不便。從滿足監測需要與施工便利性考慮，一般路段沿縱向每隔100m-200m 設置一個觀測斷面。

沿河、臨河等凌空面大且穩定性差的路段，必要時應進行地基土體內部水平位移的觀測。對于每層軟土地基需進行土體內部堅向和水平向位移觀測。測點的設置不僅要根據設計的要求，問時還應針對施工中掌握的地質、地形等情況增設。同時應在公路施工期間對位移觀測應采取每填筑一層土觀測一次。如果兩次填筑時間間隔較長，則應當采取每3d 至少觀測一次。路堤填筑完成后，堆載預壓期間觀測應視地基穩定情況而定，一般半月或每月觀測一次。對于公路路基孔隙水壓力的觀測，采取每填筑一層后，應每隔1h 觀測一次，連續觀測2d—3d。當路堤穩定出現異常情況而可能失穩時，應立即停止加裁并采取果斷措施，待路堤恢復穩定后，方可繼續填筑。

2 工程實例

某公路全長120.3km，該公路建設對于發展農村經濟具有重要意義。但鑒于該公路地質情況復雜。在這樣的軟土地基上直接填筑路堤將會產生較大沉降，而且很難確保公路的穩定，為此在該公路施工過程中采取了監測。在堆土前，要求先把地表下2m 厚的硬殼土層破壞掉。具體做法是在插板機下部裝上一塊鋼板，寬為1.0m。通過上部激振器的垂直作用力插入土層中，對2m 厚的硬殼土縱橫切割。路堤填土高度3.4m，填土密度按19.6kN/m3 計算，預壓荷載為66.4kPa。路堤底部寬為36m，上部寬為26m，坡度為1∶1.5，路堤頂部要求做成弓形，其坡降比為2%。

2.1 測量儀器布置

本區埋設的測量儀器主要有孔隙水壓力儀、沉降儀和測斜儀。共埋設了8 個孔隙水壓力測頭，其中3 個測頭置于亞黏土層中，4 個測頭置于淤泥質黏性土層中，1 個測頭置于深層亞黏土層中。分層沉降管共埋設了3 孔，其平面位置分別為路中心D1-1 孔，坡肩D1-3 孔和二者之間的D1-4 孔深度均在地表下19m 左右:每孔都埋了10 個沉降環。測斜管埋設了1 根，其位置在路堤坡腳處，深20m。

2.2 觀測結果與分析

(1)沉降觀測與分析。從典型的荷載一沉降時程曲線，從圖中看出，該試驗段從2 月中下旬開始填土，到8 月份結束，總歷時170 天，其中2 月，3 月、4 月、7 月、8 月這五個月份填土緩慢，5 月、6 月兩個月份填土速率較快。填土結束時，三個沉降孔實測最大沉降量分別為:23.4cm、18.7cm 和17.4cm，到第二年3 月止，預壓時間達七個月，三孔實測最大沉降量分別為31.3cm、26.5cm 和22cm。根據典型的土體剖面圖和荷載大小，用分層總和法計算該試驗段的最終沉降量，由于土層上部2m 厚的硬殼層已經破壞，土的強度相應減低。理論上計算得到的各孔主固結沉降量分別為:D1-1 孔36.8cm，D1-4 孔為35.6cm，D1-3 孔為27.6cm。

根據實測的沉降資料，按雙曲線法推算得到的最終沉降量分別為36.0cm，34.5cm 和28.5cm。由實測沉降過程線推算的最終沉降量與理論計算的比較接近。用推求的沉降量為參考值，將填土及預壓期所發生的沉降與之比較，通過對比發現該土體的沉降變化有如下幾個特點:①填土2.0m(相應的荷載為39.2kPa)時，沉降變形較小，三孔平均固結度為17%。②填土高3.4m(相應的荷載為66.64kPa)時，沉降發展較快，三孔平均固結度達印60%。③預壓七個月后，沉降收斂較快，三孔平均的固結度達80%。

(2)沉降速率。通過荷載一沉降時程曲線發現，本段加荷大致可分為四個階段:2.0m 填土時期，相應荷載39.2 kPa，歷時較長共用了94d，平均加荷速率為0.42 kPa;2.0m～3.4m 填土時期，共用73d，平均加荷速率為0.38kPa/d。沉降速率看出，第一階段平均沉降速率為0.61mm/d。第二階段沉降速率為1.93 mm/d，第三、第四階段則分別為0.51 mm/df 和0.18 mm/d。相應的壓縮變形也是正常的，土體一直處于穩定狀態。停止加荷后，沉降速率迅速減緩，收斂較快，經過200 多天預壓，沉降速率已降至0.18 mm/d，沉降曲線己趨平緩。

(3)分層沉降。圖1 是三個孔沉降儀實測的分層沉降曲線，它反映了不同深度土層在不同時間、不同荷載條件下的沉降特征。三個孔沉降儀所測的最大沉降量均在地表處，往下沉降沿深度遞減，呈較好的規律性。絕大部分沉降發生在淤泥質黏性土層內，這層土的壓縮量占總壓縮量的85%。沉降結果發現，表層的亞黏土其壓縮率約為2.2%，淤泥質黏性土的壓縮率約為3.1%，加權平均值為2.92%。

圖1 分層沉降沿土層深度的分布

(4)地表沉降差。路基中心的應力最集中，地表下任意深度處的豎向附加應力也最大，壓縮變形也最大。通過三孔地表沉降變化發現，在不同荷載條件下路基的沉降變化，特別是差異沉降變化。中心孔D1-1 和路肩孔D1-3 相距13m、從填土初期到結束、其差異沉降一直穩定在7.0cm 左右。與其他試驗斷面比較，荷載初期就發生了7.0cm 的差異沉降，明顯偏大。

就一般填土工程而言，差異沉降的發展都是由小到大逐漸遞增，而該試驗段為什么會從荷載初期就開始產生這么大的差異沉降呢?這里的主要原因，就是硬殼層被破壞了、表層土喪失了抗變形能力，荷載應力傳遞快，沉降發展相對也快，帶來的差異沉降也大。

3 結語

本路堤填筑后，經七個月頂壓，已完成了大部分的沉降、淤泥質黏性土的固結度已達80%以上，殘余沉降量小于10.0cm，滿足設計要求，各土層的物理力學指標有了顯著提高。Cu 值提高了1.58 倍，預壓效果良好。加荷初期沉降明顯較大，差異沉降較大，側向變形也較大。淤泥質黏性土層為主要壓縮層，其壓縮量占總沉降的80%以上，該土層是控制沉降變形的主要土層，應引起重視。孔隙水壓力觀測結果可作為加荷速率、固結度分析的主要依據。加荷時，當滿足B 值≤0.6 時，填土速率可以適當提高。

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