甘肅省紅層泥巖地區公路路基沉降觀測方案研究

王天武 曹青霞

（1甘肅省蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730030；2甘肅省公路養護工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730030）

1 引 言

紅層是我國工程建設中不可避免的區域性巖體，在近十多年來一直是巖土工程界研究的焦點之一。甘肅紅層面積約87.799km2（如圖1），是我國西部紅層重要的組成部分。

圖1 甘肅省紅層分布圖（據1:300萬地質圖清繪）

據不完全統計，甘肅省已建和在建二級以上公路達4109km，幾乎每條公路都涉及紅層。甘肅紅層地區公路建設實踐表明，甘肅紅層地區自然災害具有普遍性，紅層變形破壞在一定時期內具有漸進性，工程地質問題具隱蔽性；紅層地區公路工程病害日益突出，公路防災減災任務具有緊迫性。但是，目前對于甘肅省公路紅層路基的沉降觀測并沒有引起重視。本文基于路基無損檢測技術和智能豎向位移變形觀測系統，提出紅層泥巖地區公路路基沉降觀測方案。

2 試驗儀器與方案

2.1 試驗儀器

1）地質雷達

研究中主要采用了美國勞雷公司生產的GSSI SIR-30地質雷達，采用主頻為100MHz和200MHz的屏蔽天線來采集數據。現場采集如下圖2所示。

圖2 物探現場采集示意圖

2）智能豎向位移變形觀測系統

智能豎向位移變形觀測系統由JMDL-4740智能數碼沉降計及JMZX-256型自動化綜合測試系統組成，長沙金碼測控科技股份有限公司生產。JMDL-4740智能數碼沉降計是一種埋入式電感調頻類位移計，由位移計、測桿、錨頭、沉降板等組成，其構成如圖3所示。JMZX-256型自動化綜合測試系統是一種功能強大的分布式全自動靜態網絡數據采集系統，由上位機、采集模塊（MCU）、系統軟件及相關配件組成，其構成如圖4所示。

圖3 JMDL-4740智能數碼沉降計

圖4 JMZX-256型自動化綜合測試系統

圖5 紅層泥巖路基沉降觀測方案

2.2 試驗方法及方案

由于紅層泥巖地質的復雜性，病害的隱蔽性和突發性，對于已建道路路基病害預警系統的建立存在一定的難度，本研究主要借助地質雷達、高密度電法等無損檢測方法，對試驗路段進行定期監測，對比不同時間掃射圖譜變化，及時發現路基病害。在強降雨及春融季節，易引起濕陷性黃土病害發生，此時應加強高填方、橋頭等易出現病害的部位的檢測頻率。盡快發現路基病害隱患，將可能發生的損失降到最低。

地質雷達具有工作效率高、檢測速度快的優點，但是檢測深度有限，對于深度超過5m的路基病害無法檢測。對于超過5m范圍的病害（高填方），需要采用高密度電法布線進行檢測，逐點排查。預警方案見圖5所示。

3 試驗結果分析

3.1 不同地質無損檢測方法對比

研究組通過對比雷達法，高密度電法，瑞雷面波法等多種路基檢測方法，最終選定雷達法作為本研究路基沉陷觀測預警的主要方法。但是，由于地質雷達檢測范圍有限，當檢測深度超過5m后檢測效果不佳，對于超過5m范圍的病害（高填方），采用高密度電法布線進行檢測。

3.2 智能豎向位移變形觀測系統

2016 年G6京藏高速蘭海段養護維修工程中，在路基沉陷處治技術干拌碎石樁施工過程中，埋設智能路基豎向變形觀測系統，監測路基的豎向變形。

同時對其沉陷處治效果進行跟蹤觀測，監測路段內共設置10個單點沉降計用以觀測工程施工后的路基豎向變形狀況；監測路段位于K1615+898～K1616+988段，傳感器沿路線走向和垂直路線兩個方向布設，布設長度為90m。代表路段傳感器及數據采集系統安裝如下圖6～圖7所示。

圖6 傳感器及數據采集系統安裝

圖7 傳感器布置圖

由圖8可見，根據沉降觀測數據可以看出施工后6～7天內所有監測點均出現1～3mm的集中沉降，之后趨于穩定；通車近30天，干拌碎石樁施工路段出現1.5～4.9mm不等的沉降；沉降值最大的10#點即為中央分隔帶兩側，最大沉降為4.9mm，沉降值最小的8#點即為緊急停車帶，最大沉降量為1.5mm；道路縱向方向共6個監測點，通車近30天的沉降平均值為3.1mm；橫向4個監測點，平均值為3.325mm。

表1 不同檢測方法的優缺點

圖8 各傳感器監測結果折線圖

4 結 語

通過采用地質雷達結合高密度電法的方法排查紅層泥巖地質沉降隱患點，安裝JMDL-4740智能數碼沉降計，將監測數據實時傳遞到JMZX-256型自動化綜合測試系統中，實現在線實時監測，當出現異常點時，發出預警。該方案極大程度的節省了人力物力成本和時間成本，將工程中的“事后管理”變為“過程中控制”及“提前預警”，極大提高了路面的施工質量及管理水平。