高速公路軟基處治與沉降監(jiān)測分析

付智源

（山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600）

高速公路軟土地基處治一直是現(xiàn)場施工的重點和難點，對其沉降變形和水平位移進行監(jiān)測，可有效檢測軟基處治效果。某在建高速公路途經水田，屬軟土地基，路基土含水量高、承載力不足。為提高高速公路路基承載力，設計采用水泥攪拌樁對軟基進行處理[1]。通過在路基坡腳、兩側路肩和路基中心布設沉降板和測斜管，在路基填筑過程中對監(jiān)測部位的沉降變形和坡腳以下水平位移變化情況進行監(jiān)測[2]，收集數(shù)據(jù)進行分析，路基結構穩(wěn)定，說明水泥攪拌樁處治達到了預期效果。

1 工程概況

某高速公路設計采用雙向六車道，設計車速120 km/h，設計采用高填方路基。施工路段穿過農田，主要為稻田地，為軟土地基。該路段軟土地基主要為淤泥和淤泥質土，摻雜少量砂，由于多年浸泡在水里，土體含水量高，孔隙率高，承載力低。在外界荷載作用下容易產生變形，處治不當填方路基容易出現(xiàn)不均勻沉降。

該地區(qū)地表水位隨季節(jié)變化較大，呈周期性變化。本項目樁號范圍為K23+403—K26+785，總長度3.382 km。施工采用水泥攪拌樁對軟基進行處理，設計樁長為6～8 m，樁間距為1.1 m，呈梅花型布置。在施工過程中布置測點對軟土路基的沉降量和坡腳以下的水平位移進行監(jiān)測，并繪制變形曲線，分析路基的沉降變形情況，保證路基處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 軟土地基沉降監(jiān)測方案

該項目軟土路基沉降監(jiān)測主要內容包括沉降監(jiān)測和坡腳以下水平位移監(jiān)測兩部分，根據(jù)施工要求選擇儀器設備，并按照規(guī)范的方法和頻率進行監(jiān)測。本項目選在 K24+200、K24+400、K24+600 三個斷面進行監(jiān)測，其中K24+400 為主斷面。

2.1 路基沉降監(jiān)測

沉降觀測是對水泥攪拌樁處治后的路基沉降情況進行監(jiān)測，沉降板埋設如圖1 所示，現(xiàn)場采用水準儀觀測的方式進行，觀測精度±1 mm。監(jiān)測頻率施工期間 1 次 /d，加載 7 d 后 1 次 /3 d，加載 30 d 后1 次 /7 d，加載 60 d 后 1 次 /15 d，控制標準為不大于10 mm/d[3]。

2.2 水平位移監(jiān)測

水平位移監(jiān)測主要是對路基坡腳一定深度的水平位移進行監(jiān)測，布置測斜管，使用測斜儀進行監(jiān)測，通過測量測斜管或土體的傾斜角進行水平位移的計算，觀測精度±1 mm。水平位移監(jiān)測頻率施工期間 1 次 /2 d，加載 7 d 后 1 次 /3 d，加載 30 d 后1 次 /7 d，加載60 d 后 1 次/15 d，控制標準為不大于4 mm/d[4]。K24+400 監(jiān)測斷面監(jiān)測點布置如圖1 所示。

圖1 K24+400 監(jiān)測斷面監(jiān)測點布置圖

3 軟土路基監(jiān)測結果分析

3.1 沉降監(jiān)測結果分析

根據(jù)軟基監(jiān)測方案，對各監(jiān)測斷面進行定期監(jiān)測，并取具有代表性的數(shù)據(jù)進行沉降規(guī)律分析。文章選取K24+400 斷面作為監(jiān)測斷面，對不同路基填筑高度斷面各監(jiān)測部位沉降量進行記錄分析，沉降量統(tǒng)計見表1，各監(jiān)測部位沉降量隨路基填筑高度變化曲線見圖2 所示，監(jiān)測斷面沉降速率變化曲線如圖3 所示。

表1 K24+400 不同路基填筑高度典型斷面各監(jiān)測部位沉降量

圖2 K24+400 監(jiān)測斷面不同填筑高度沉降量變化曲線

圖3 K24+400 監(jiān)測斷面沉降速率變化曲線

通過對表1 數(shù)據(jù)和圖2 及圖3 曲線變化情況分析可知，監(jiān)測斷面K24+400 兩側路肩和路基中心線的累計沉降變化趨勢基本一致。且隨觀測時間的增長，沉降量不斷增加，沉降速率與施工速率變化情況相一致。3 個監(jiān)測部位的沉降量存在差異的原因是由于軟基厚度不同，但三處軟基厚度的差異較小，只有左側路肩相對較大。通過在施工現(xiàn)場進行監(jiān)測，當路基高度填筑到13 m 時，路基中心線累計沉降量為60.2 mm，左側路基累計沉降量59.3 mm，右側路基累計沉降量56.9 mm，差異較小。

當路基填筑高度達到9 m 左右時，路基沉降量變化較大，明顯增大。這主要是由于在現(xiàn)場施工過程中，路基填筑高度達到8.9 m 后加快了填筑速度，造成地表沉降速率明顯提高，達到1.59 cm/d，略高于規(guī)范要求的1.0 cm/d[5]，綜合考慮施工現(xiàn)場的變形情況，路基沒有出現(xiàn)變形、滑動破壞；當進一步進行路基填筑后，沉降量變小，沉降速率變緩，說明路基處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.2 軟基水平位移監(jiān)測結果分析

軟基水平位移是通過在坡腳處安裝測斜管，測斜管安裝深度達到底部穩(wěn)定土層，在加載過程中使用測斜儀對軟基深層水平位移進行量測，為路基填筑施工提供參考依據(jù)。在路基填筑施工過程中，坡腳下方水平位移的速率是判斷路基穩(wěn)定性的主要控制指標之一。所選K24+400 監(jiān)測斷面的路基填筑高度為13 m，起始觀測日期為2018 年7 月4 日，施工結束日期為2018 年9 月10 日，收集數(shù)據(jù)如表2 所示，繪制坡腳以下不同深度水平位移變化曲線如圖4 所示。

表2 K24+400 監(jiān)測斷面軟土路基坡腳不同深度水平位移 mm

圖4 K24+400 監(jiān)測斷面坡腳不同深度水平位移變化曲線

通過對表2 數(shù)據(jù)和圖4 所示不同時間段曲線變化趨勢進行分析，得出水平位移最大值出現(xiàn)在2.5～4 m 處，且呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當監(jiān)測深度達到坡腳以下6 m 左右時，水平位移變化很小，說明該深度已到達軟基以下的基巖。當路基填筑高度達到5.6～8.4 m 時，所產生的水平位移量最大，且變化速率也最大，這與路基沉降速率變化基本一致。隨著路基填筑高度的增加，水平位移變化逐漸趨于穩(wěn)定，在填筑后期，水平位移量不斷縮小，速率減緩。當沉降速率達到15.7 mm/d 時，水平位移變化速率達到最大，為6.78 mm/d，略大于規(guī)范要求的5 mm/d，當路基填筑高度達到13 m 時，水平位移達到最大值156 mm。結合實測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場路基的變形情況，說明路基仍然是安全的。

3.3 軟基穩(wěn)定性分析

通過對軟土路基沉降值和水平位移進行監(jiān)測，將實際監(jiān)測值與理論計算值進行對比分析，對軟基穩(wěn)定性進行分析，軟土路基沉降的理論計算值與實際監(jiān)測值如表3，變化曲線如圖5 所示。

表3 沉降的理論計算值與實際監(jiān)測值

圖5 軟基沉降監(jiān)測理論計算值與實測值對比曲線

采用分層總和法對軟土路基的沉降值進行計算，分別確定各分層沉降量式中：eli和e2i為土基壓實前后的孔隙比；hi為每層填土厚度；累計求出監(jiān)測斷面的最終沉降量

通過對表3 數(shù)據(jù)和圖5 曲線進行分析，對比理論計算值與實際監(jiān)測值，曲線變化趨勢基本一致，且理論計算值均大于實際監(jiān)測值，說明沉降變形在允許范圍內，路基結構偏安全。

4 結論

通過在施工過程中制定軟土路基施工監(jiān)測方案，對路基沉降和坡腳水平位移進行監(jiān)測，繪制變形曲線和變形速率曲線并分析得出以下結論：

a）當路基填筑完成后，監(jiān)測斷面軟土路基累計沉降量分別為：路基中心線60.2 mm，左側路基59.3 mm，右側56.9 mm，3 個監(jiān)測部位的沉降量差異不大；當路基填筑高度達到9 m 左右時沉降速率明顯提高，達到1.59 cm/d，雖然略高于規(guī)范要求的1.0 cm/d，主要與施工速度較快有關，綜合考慮說明路基處于安全的狀態(tài)。

b）路堤坡腳水平位移最大值出現(xiàn)在2.5～4 m處，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；沉降速率達到15.7 mm/d時，水平位移變化速率達到最大值6.78 mm/d，略大于規(guī)范要求的5 mm/d，結合實測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場路基的變形情況，路基仍然處于安全狀態(tài)。

c）沉降變形理論計算值均大于實際監(jiān)測值，說明沉降變形在允許范圍內，路基結構穩(wěn)定安全。