高速公路軟土地基施工監控

石陽威 黃 祥 張建維

(長江九江航道處，江西 九江 332000)

1 工程概況

鎮丹高速公路位于鎮江市東部地區，是連接泰州大橋與鎮江新區、丹陽的重要通道，道路全線采用雙向四車道的建設標準，設有多個互通式立交。地質勘探調查表明，該線路部分區間存在軟土層，主要是稻田軟土，分布面積廣，大部分軟土層的厚度在2 m～3 m，局部地區軟土層達10 m以上。對于軟土層厚度較小路段，考慮采用換填土方法進行處理。對于厚度較大的軟土層，通過多方案的經濟技術分析，強夯置換+加筋+填土預壓的地基處理方案具有施工簡單、工程造價低、質量可靠的優勢，但必須嚴格控制路堤填筑的施工速度，確保路基土體充分固結后，再進行下一層土體填筑。

施工監控標準是控制路堤穩定的關鍵，參照有關規范及類似項目設計要求，地基沉降(路堤中心點)不超過1.0 cm/d，側向位移不超過0.5 cm/d，否則須停止填土施工，待孔隙水壓力消散。根據工程設計要求，在軟土地基施工過程中，需重點監測路堤沉降、側向位移和孔隙水壓力等指標[1,2]，并根據觀測成果及時采取有效防護措施，確保路基穩定性。

2 施工監測技術

2.1 監測設備布設

軟土地基施工監測主要采用水準儀、經緯儀、全站儀、斷面沉降儀、測斜儀和孔隙水壓力計等設備對典型路段的斷面沉降、坡腳側向位移和孔隙水壓力等項目進行觀測。為保證監測成果的準確性和可靠性，在工程施工中應及時埋設相應傳感器，通常遵循整平場地、放樣、挖溝、埋管和回填的布設流程。

沉降監測分為路堤表面沉降監測和地基沉降監測。其中，路堤表面沉降監測采用沉降板和水準儀或全站儀[3]，在所有路段實施觀測；地基沉降監測采用測斜儀輔以水準儀或全站儀，僅在重點路段進行測量。沉降監測管埋設于地基面上，碎石(砂)墊層下，重點路段設置2個～3個斷面。沉降板埋設于軟土路堤的頂面，每個監測路段設置2個～3個斷面，各斷面在中心點和路肩邊緣設置3個觀測點。側向位移監測采用測斜儀輔以經緯儀或全站儀，每個監測路段設置2個～3個斷面，各斷面埋設6個點，分別位于坡腳、坡腳外2 m處、坡腳6 m處(路堤兩邊對稱埋設)。孔隙水壓力監測采用振弦式孔隙水壓力計，每個監測路段設置2個～3個斷面，各斷面分別在路堤底面中心點、路肩點和坡中點3個位置布設觀測點，每個點位埋設2只孔隙水壓力計，埋設深度為2 m，4 m處。

2.2 觀測要求

對于埋設的各測試傳感器和測試線路，應采取合理保護措施保證數據傳輸的可靠性，在整個觀測周期內保持穩定。為分析填土前后路堤的變形情況，通常在每層填土前后均需采集各儀器的測試數據。降雨會導致路基濕軟，路基承載力下降，地基變形較大，在下雨前后也需采集各儀器的測試數據，若降雨持續時間較長，則每3 d采集各儀器的測試數據，便于進行雨天路堤的變形分析，防止意外情況發生。為保證路堤的持續穩定運營，在路堤填筑結束后，還應按照一定的頻率采集儀器的測試數據，如遇反常情況需每天觀測1次～2次。斷面沉降觀測要求前后兩次觀測沉降不超過0.2 cm時結束觀測，孔隙水壓力觀測要求前后兩次觀測值沒有明顯變化時結束觀測。

觀測前應按要求仔細校核各觀測儀器設備，必要時需按要求進行標定。觀測基準點與被觀測對象的位置關系應適時校核，不少于每周一次。各觀測項目應由專人負責，不得隨意更換觀測人員。

3 變形分析與控制

變形監測數據的整理與分析是施工監控最為重要的環節。沉降、側向位移和孔隙水壓力監測數據是軟土路基施工穩定性控制的關鍵數據。由于本工程軟土地基處理方案對填土加載時間要求較高，施工應嚴格按設計的填土加載曲線加載填土。監測數據反饋是控制路基施工穩定性的關鍵，有助于設計人員及時提出施工建議。

3.1 斷面沉降

取K1+324～K1+468段路基斷面中心和兩側路肩邊緣3個點的沉降監測數據，由圖1所示的時間—沉降量關系曲線可知，該路段地基沉降均勻，分層填筑初期沉降速率增大，固結期間趨于穩定，未出現異常情況，滿足設計要求。此外，結合前期實測沉降數據，可采用三點法反演固結系數，再通過高木俊介法估算分層逐級加載沉降量；或利用GM(1,1)模型預測后期沉降量[4-6]。

3.2 側向位移

取K3+164～K3+322段路堤一側3個點的側向位移監測數據，由圖2所示的時間—位移量關系曲線可知，該路段地基側向變形頂部大于底部，分層填筑初期變形量增加，固結期間保持平穩，未出現異常情況，滿足設計要求。此外，根據斷面沉降反演的固結系數，可采用基于Boit固結理論的有限元方法計算側向變形趨勢；同樣，可借助前期實測位移數據，利用GM(1,1)模型預測后期側向位移。

3.3 孔隙水壓力

取K4+240～K4+390段路堤底面中心點的孔隙水壓力監測數據，由圖3所示的時間—孔隙水壓力關系曲線可知，該路段地基孔隙水壓力，分層填筑初期回彈增加，固結期間逐漸減小，未出現異常情況，滿足設計要求。此外，根據孔隙水壓力消散值，可推測固結系數，綜合斷面沉降反演的固結系數，采用基于Boit固結理論的有限元方法計算孔隙水壓力變化趨勢。

3.4 控制措施

在實際施工過程中，當出現斷面沉降觀測點的實測沉降速率大于1.0 cm/d或發生突變；側向位移觀測點的實測變形速率大于0.5 cm/d或發生突變；實測孔隙水壓力大于上覆荷載的60%(上覆荷載按填土高度和土體密度估算)、填土增量與孔隙水壓力增量關系發生突變；各類監測數據預測值達預警值時，應立即通知停止施工填筑，待沉降及側向變形穩定，孔隙水壓力消散后，方可繼續填筑。

4 結語

軟土地基施工處理方法較多，應結合工程實際情況，通過綜合對比分析提出切實可行的方案，并按照設計要求施工。在強夯置換+加筋+填土預壓地基處理方案中，填土速度的控制至關重要，施工過程中須遵從設計提出的填土速度，不能超前填筑，同時借助施工監測反饋變形狀態，發現異常情況，以便及時組織技術人員研究應對方案。