高速公路斜坡軟弱路基變形監(jiān)測(cè)與分析

彭祥生

摘要：文章為掌握路堤荷載作用下斜坡軟弱地基的變形特性，選擇典型山區(qū)高速公路高路堤斜坡軟弱地基工點(diǎn)，進(jìn)行了路基中心及下坡一側(cè)坡腳地基的長(zhǎng)期沉降和水平變形測(cè)試，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：（1）路堤填筑期內(nèi)沉降變形發(fā)展相對(duì)較快，路堤填筑完成后沉降變形增速趨緩，采用雙曲線法預(yù)測(cè)得到的工后沉降為34.2mm，滿足高速公路路基工后沉降要求;（2）軟土層表面傾斜且下臥硬層表面基本水平時(shí)，路堤荷載作用下的地基水平變形最大值在地表，且變形值沿深度增加而減小，地基水平變形的監(jiān)控可以地表觀測(cè)樁為主。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速公路;路堤;斜坡軟弱地基;沉降;水平變形

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 130I：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.008

文章編號(hào)：1673-4874（2019）08-0028-03

0引言

在山區(qū)修建高速公路，線路常需經(jīng)過(guò)山間溝谷地帶，斜坡軟土廣泛分布其間。此類軟土通常是由于地表水流搬運(yùn)巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物和地表有機(jī)質(zhì)至低洼處沉積而形成的，成因類型多屬丘陵谷地相沉積，具有流滑性、膨脹性、分布不均勻、有機(jī)質(zhì)含量高、孔隙比大、壓縮性高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)。斜坡軟土地基與高填方是山區(qū)高速公路的一種常見(jiàn)路基結(jié)構(gòu)形式，分析路堤荷載作用下斜坡軟弱地基的力學(xué)特性對(duì)山區(qū)高速公路的建設(shè)有指導(dǎo)意義。

文獻(xiàn)分析指出，在路堤荷載作用下，斜坡軟弱土地基內(nèi)的應(yīng)力在下坡一側(cè)坡腳附近集中，而水平地基則在中部集中;在路堤總荷載相同的條件下，斜坡地基應(yīng)力最大值高于水平地基，斜坡地基發(fā)生失穩(wěn)的可能性更大。文獻(xiàn)采用室內(nèi)模型試驗(yàn)分析了路堤荷載作用下傾斜軟土層的變形特性，結(jié)果表明，傾斜軟土層使得路堤荷載偏心，加速路堤本身的失穩(wěn)。目前，路堤荷載作用下斜坡軟弱地基變形特性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證相對(duì)偏少，長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)尤為缺乏。

本文結(jié)合某山區(qū)高速公路的建設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)選取了典型的斜坡軟弱路基工點(diǎn)，埋設(shè)了地基變形觀測(cè)元件，進(jìn)行了路堤填筑期內(nèi)及工后長(zhǎng)期的變形數(shù)據(jù)采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案

1.1測(cè)試工點(diǎn)概況

測(cè)試工點(diǎn)位于某新建高速公路K83+826處。該處丘間洼地，路基以填方通過(guò)。地層情況從上到下依次為：厚6～9m的軟塑狀粉質(zhì)黏土，強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖，如圖1所示。路堤中心高度為13m，路基面寬24.5m，邊坡路肩以下8m處設(shè)置2m寬臺(tái)階，臺(tái)階之上邊坡坡度1：1.5、之下1：1.75，路堤基底設(shè)置厚50cm的碎石墊層。

1.2測(cè)試內(nèi)容及方法

1.2.1地基沉降

在左右路肩及路基中心的地基中鉆孔埋設(shè)單點(diǎn)沉降計(jì)，如圖1（a）所示，測(cè)試地表相對(duì)于下臥硬持力層的沉降量。

單點(diǎn)沉降計(jì)的埋設(shè)流程為：鉆孔至強(qiáng)風(fēng)化層100c什，安裝單點(diǎn)沉降計(jì)一固定測(cè)桿底端一回填中粗砂于孔中空隙一在沉降計(jì)頂端安裝、調(diào)整法蘭盤(pán)位置并固定一保護(hù)導(dǎo)線一記錄初始讀數(shù)值。

1.2.2坡腳地基水平變形

在下坡一側(cè)坡腳處地基中鉆孔埋設(shè)測(cè)斜管，如圖1（b）所示，采用測(cè)斜儀測(cè)試坡腳處地表以下不同深度處的地基水平變形。

測(cè)斜管的埋設(shè)流程為：鉆孔至強(qiáng)風(fēng)化層400cm→安裝測(cè)斜管→在測(cè)斜管與孔壁間充填水泥漿→在地表管口處修筑保護(hù)坑并加保護(hù)蓋→水泥漿初凝后記錄初始讀數(shù)值。

1.3觀測(cè)要求

路基填筑期及工后的變形觀測(cè)頻率應(yīng)滿足表1要求。

1.4測(cè)試元件安裝概況

路堤填至1m時(shí)開(kāi)始埋設(shè)測(cè)試元件，共埋設(shè)單點(diǎn)沉降計(jì)3個(gè)，測(cè)斜管12.5m。埋設(shè)完成后繼續(xù)填筑路堤。

2測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

按觀測(cè)要求，在路堤填筑期內(nèi)及填筑完成工后進(jìn)行地表沉降及地基不同深度水平變形的數(shù)據(jù)采集。路堤填高、地表沉降及坡腳地表水平位移如表2所示。地表沉降隨路堤填高增加的變化曲線如圖2所示。坡腳處地基不同深度處水平變形如圖3所示。坡腳地表水平位移隨路堤填高增加的變化曲線如后頁(yè)圖4所示。

表2及圖2～4中所指地基沉降變形值均為所埋設(shè)的三個(gè)單點(diǎn)沉降計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值。

表2和圖2表明，路堤填筑快速填筑期內(nèi)（2010-11-26至2011-05-19），路堤高度由O增加到12m時(shí)，沉降速率為0.50mm/d，沉降發(fā)展相對(duì)較快;路堤填筑放置期內(nèi)（2011-05-19至2011-09-01），沉降變形增速趨緩，沉降速率為0.15mm/d;路堤填筑完成后（2011-10-08至2012-03-20），沉降變形增速進(jìn)一步趨緩，沉降變形速率為0.12mm/d。這表明，路堤沉降趨于穩(wěn)定。根據(jù)填高穩(wěn)定于13m后的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用雙曲線法預(yù)測(cè)20年后的沉降為139.2mm，最終沉降為139.8mm。由此可知，本斷面以填高至13m的時(shí)刻起算，工后沉降為34.2mm，滿足高速公路路基工后沉降要求。

由圖3和表2可知，地基水平變形基本發(fā)生在粉質(zhì)黏土層內(nèi)，最大變形發(fā)生在地表，沿深度增加逐漸衰減。地基水平變形的監(jiān)測(cè)可以坡腳地表為主。測(cè)試期內(nèi)得到的地表水平變形最大值為202mm。由圖4和表2可知，路堤快速填筑期內(nèi)（2010-11-26～2011-05-19），路堤高度由0增加到1 2 m時(shí)，坡腳地表水平位移速率為0.80mm/d，變形發(fā)展相對(duì)較快;路堤填筑完成后（2011-10-08～2012-03-20），水平變形增速趨緩，變形速率為0.31mm/d。這表明，坡腳地基水平變形趨于穩(wěn)定。

3結(jié)語(yǔ)

本文進(jìn)行了典型的高速公路斜坡軟弱地基高路堤工點(diǎn)的地基豎向沉降與水平變形測(cè)試，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面分析。有如下基本結(jié)論：

（1）路堤快速填筑期內(nèi)，沉降變形發(fā)展相對(duì)較快，沉降速率為0.50mm/d;路堤放置期內(nèi)，沉降變形增速趨緩，沉降速率為0.15mm/d;路堤填筑完成后，沉降增速進(jìn)一步趨緩，速率為0.12mm/d。采用雙曲線法預(yù)測(cè)得到的工后沉降為34.2mm，滿足高速公路路基工后沉降要求。

（2）軟土層表面傾斜，下臥硬層表面基本水平時(shí)，路堤荷載作用下的地基水平變形最大值發(fā)生在地表，且變形值沿深度增加而減小。地基水平變形的監(jiān)控可以地表觀測(cè)樁為主進(jìn)行。