填石路基加固層的沉降觀測研究

韓 勝 劉幫平 司 俊 于平湖

（1、貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽550001 2、重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶400074）

1 概述

在貴州省興義市環(huán)城高速敬南互通A 匝道4 號(hào)橋工程中，針對(duì)該工程中大型箱涵作用下的高填石路基提出了鋼塑格柵+碾壓混凝土的路基加固措施[1]。原填石路堤高達(dá)38.76m，分層碾壓后又增加了強(qiáng)夯處理，使原填石路基達(dá)到很好的壓實(shí)狀態(tài)，又經(jīng)過近兩年的自然沉降后，原填石路基沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在原路基頂部6m 深度范圍內(nèi)進(jìn)行加固處理施工完成后，再在加固區(qū)上修筑大型箱涵，可以看作是在加固區(qū)上緩慢施加荷載，因此有必要對(duì)整個(gè)加固區(qū)進(jìn)行沉降監(jiān)控，通過多周期的觀測、分析，及時(shí)掌握監(jiān)測對(duì)象是否存在沉降變形、沉降變形量有多大、監(jiān)測體整體沉降是否均勻確保加固體在施工或運(yùn)營期間安全可靠。

2 沉降觀測點(diǎn)布置

沉降變形控制將是該加固層在施工期、施工期后以及后期評(píng)價(jià)路基加固處理的重要控制指標(biāo)，對(duì)觀測點(diǎn)的周期沉降觀測數(shù)據(jù)是重要的基礎(chǔ)資料，可以用來分析和評(píng)價(jià)加固體地基的變形趨勢、合理預(yù)測及推算工后沉降。根據(jù)大型箱涵施工期的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息及變形速率，合理控制上部結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度、確定鋪設(shè)路面層時(shí)機(jī)，為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)，在施工后期，工后沉降變形要控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，確保加固措施的有效和穩(wěn)定。

所以應(yīng)該根據(jù)大型箱涵的放置情況與箱涵本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)下面的加固層變形體合理地布置觀測點(diǎn)的位置，要求既能對(duì)變形特征做出反饋，又能使其特征性得以凸顯。要考慮箱涵作用下處理地基的整體變形，又要反映出由于大型箱涵作用下是地基否存在不均勻沉降。在考慮到以上原因以及不影響后期施工的前提下，對(duì)整個(gè)加固處理地基布置A、B、C、D 四個(gè)沉降觀測點(diǎn)，分別位于箱涵兩側(cè)且靠近箱涵底部的四個(gè)頂點(diǎn)的位置。示意圖如圖1。

在地基加固層施工完成后，在加固層頂部碾壓混凝土部分固定自制的沉降板，其由底板、金屬測桿和保護(hù)套管組成，其中金屬測桿為帶觀測標(biāo)志的特制鋼管，底部與沉降板焊接為一體，埋設(shè)在加固層內(nèi)部，監(jiān)測點(diǎn)外加設(shè)保護(hù)套管，測桿和套管的高度要足夠長在大型箱涵施工后要引出至超過路面。觀測周期為10 天，測量儀器水準(zhǔn)儀記錄每個(gè)觀測點(diǎn)與高程控制點(diǎn)的高程差值，即為這個(gè)觀測周期的沉降值。

3 沉降觀測分析

3.1 沉降觀測方法

圖1 沉降點(diǎn)分布圖

在觀測中需要應(yīng)用沉降觀測的儀器（精密水準(zhǔn)儀），為了使得觀測的結(jié)果能夠得到保障，儀器需要進(jìn)行事先的校對(duì)與測試。在建立的觀測地點(diǎn)之間的觀測網(wǎng)絡(luò)之后，觀測的工作需要根據(jù)觀測地點(diǎn)中工作的需求，確定觀測工作的路線，在不同的觀測地點(diǎn)中對(duì)于觀測完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。為了保證數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，在觀測的過程中還需要對(duì)于觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)與整理，具體的工作步驟需要對(duì)比不同數(shù)據(jù)之間的差異，使得數(shù)據(jù)中能夠有較為確定性的數(shù)據(jù)差距。沉降監(jiān)測嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)精密水準(zhǔn)測量規(guī)范執(zhí)行。本項(xiàng)目沉降監(jiān)測的監(jiān)測精度要求為±1.0mm，使用儀器為檢定合格的精密電子水準(zhǔn)儀，按照二等水準(zhǔn)測量進(jìn)行，具體要求如表1 所示。

表1 二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求

3.2 沉降觀測結(jié)果記錄

加固層施工結(jié)束是4 月28 號(hào)，在其施工完成時(shí)進(jìn)行觀測點(diǎn)的埋設(shè)和第一次觀測，后期觀測周期為10d/次，遇到雨季時(shí)應(yīng)不考慮觀測周期限制，因?yàn)橛晁畬?duì)路基沉降影響較大，所以可以提前觀測并做好記錄；在本系列觀測中，以6 月28 號(hào)至7 月4 號(hào)這個(gè)周期為例，是在經(jīng)歷了雨季后及時(shí)的觀測；持續(xù)觀測到11 月18 號(hào)為止，各測點(diǎn)后三次觀測周期的本期沉降都為0，但在通車后還應(yīng)繼續(xù)觀測，因?yàn)樵谛熊嚭奢d的作用下，前期受車輛荷載影響較大，后期觀測周期可以延長至15d/次。從4 月28號(hào)為起始觀測時(shí)間，5 月8 號(hào)為第一個(gè)觀測周期，到目前11 月18 號(hào)為止的觀測內(nèi)，共計(jì)20 個(gè)觀測周期，記錄每次觀測的時(shí)間間隔和觀測點(diǎn)的高程，該點(diǎn)的每個(gè)觀測周期的本期沉降量是該期測得的高程與上次觀測的觀測點(diǎn)高程的差值的絕對(duì)值；最后通過累加每次的本期沉降得到該點(diǎn)的累計(jì)沉降量。每期沉降觀測記錄實(shí)例見圖2。最后計(jì)算得到的各點(diǎn)累計(jì)沉降見表2。

圖2 沉降觀測記錄表實(shí)例

表2 沉降觀測各觀測點(diǎn)點(diǎn)的累計(jì)沉降

3.3 沉降觀測結(jié)果分析

利用沉降觀察記錄作數(shù)據(jù)分析，歸納出沉降隨時(shí)間的變化曲線。結(jié)果如下圖3。A 點(diǎn)觀測的累計(jì)沉降為25mm，B 點(diǎn)觀測的累計(jì)沉降為26mm，C 點(diǎn)觀測的累計(jì)沉降為30mm，D 點(diǎn)觀測的累計(jì)沉降為28mm。隨著箱涵施工的進(jìn)行，上部荷載逐漸變大，但屬于緩慢加載，所以四個(gè)觀測點(diǎn)沉降變化曲線在初期（前50天內(nèi)）沒有出現(xiàn)陡降；在60 天左右，6 月28 號(hào)至7 月2 號(hào)期間，四個(gè)點(diǎn)最大日沉降量0.75mm/d，7 月2 號(hào)至7 月14 號(hào)這段時(shí)間內(nèi)，四個(gè)點(diǎn)最大日沉降量0.25mm/d，四條曲線有陡降，沉降有明顯增加，對(duì)應(yīng)其工程實(shí)際是箱涵整體施工完成，而且有雨季影響；在后面時(shí)間內(nèi)，沉降增加趨勢相對(duì)比較緩慢，在穩(wěn)定箱涵荷載作用下，整體沉降量趨于穩(wěn)定，在170 天后四個(gè)點(diǎn)的沉降量均穩(wěn)定下來，實(shí)現(xiàn)零增長。

圖3 各點(diǎn)沉降變化曲線圖

根據(jù)路線特點(diǎn)，AB 邊設(shè)計(jì)高程較低，為下方，CD 邊高程設(shè)計(jì)較高，為上方；AC 兩點(diǎn)沉降量為5mm，BD 兩點(diǎn)沉降量差值為2mm，這表明下方與上方的沉降差異略大，因?yàn)镃D 邊高度較高，存在一定的差異沉降，但差值在允許范圍內(nèi)。以行車方向?yàn)閰⒖迹珹C 邊為左側(cè)，BD 為右側(cè)。其中AB 兩點(diǎn)，沉降量相差1mm；CD 兩點(diǎn)，沉降量相差2mm；即表明箱涵左右兩側(cè)沉降差很小，沒有出現(xiàn)較大的不均勻沉降。可以說明整個(gè)加固層是穩(wěn)定可靠的。

4 結(jié)論

本文結(jié)合高填石路基地基加固處理施工，通過制定沉降觀測方案，對(duì)其鋼塑格柵+碾壓混凝土加固處治路段進(jìn)行沉降觀測，并繪制累計(jì)沉降- 時(shí)間曲線，得出以下結(jié)論：（1）對(duì)鋼塑格柵+碾壓混凝土處治路段進(jìn)行沉降觀測，得出加固層的沉降量最大值分別為C 點(diǎn)30mm，且日平均沉降最大值0.75mm/d，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的10mm/d，說明路基填筑施工期間穩(wěn)定性良好，沉降量滿足規(guī)范要求。（2）通過對(duì)箱涵荷載作用下加固處治路段進(jìn)行沉降觀測，得出四個(gè)點(diǎn)，上方與下方的最大沉降量差值（A 點(diǎn)與C 點(diǎn)）為5mm，左右兩側(cè)最大沉降量差值（C 點(diǎn)與D 點(diǎn)）為2mm，說明加固層的差異沉降很小，不均勻沉降極小可以不計(jì)影響，說明鋼塑格柵+碾壓混凝土加固處治是有效可靠的，而且總沉降量的結(jié)果與ABAQUS 數(shù)值模擬分析的27.5mm 總沉降量[2]較為接近，也說明了其合理性。