丘陵山谷區(qū)高速公路特殊路基段路基水平位移監(jiān)測研究

彭勇

（懷化市國土資源規(guī)劃設(shè)計測繪院，湖南 懷化418000）

在高速公路建設(shè)中，特殊路基路段因沉降變形過大或穩(wěn)定性不足等原因，嚴(yán)重影響了公路的正常使用及行車安全，對高速公路的建設(shè)產(chǎn)生了不良的影響。丘陵山谷區(qū)通常因丘陵地帶地形起伏大、高填方路段較多、填切交替頻繁出現(xiàn)等現(xiàn)象，特殊路基段十分常見。為保證特殊路基段高速公路的施工質(zhì)量，高速公路工程對路基的穩(wěn)定性則提出了更高的要求。路基位移監(jiān)測是高速公路建設(shè)過程中不可缺失的一環(huán)，現(xiàn)行規(guī)范中關(guān)于位移監(jiān)測存在一些缺陷，如未考慮地基地質(zhì)情況、路基填料類型、填筑階段不同的施工工藝等影響因素的差異性在水平監(jiān)測表征指標(biāo)和監(jiān)測方法選擇上的差異性需求，在很大程度上影響了工程路基穩(wěn)定性判定的準(zhǔn)確性。因此，有必要結(jié)合特殊路基段地址特性對路基水平位移規(guī)律進(jìn)行針對性研究。

1 位移監(jiān)測方法比選

高速公路的位移監(jiān)測方法主要有基準(zhǔn)線法法、交會法、精密導(dǎo)線法和全站儀法。基準(zhǔn)線法通過路基軸線或平行于路基軸線的固定不變的鉛直平面為基準(zhǔn)面，根據(jù)它來測定路基的水平位移。此法只能測量路基與基準(zhǔn)線垂直方向的變形。交會法是利用兩個或三個已知坐標(biāo)的工作基點，測量位移標(biāo)點的坐標(biāo)變化，從而確定其變形情況的一種測量方法。該方法具有觀測方便、測量費用低、不需要特殊儀器等優(yōu)點，但其精度和可靠性較低。根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，測邊交會精度的變化較小，即受圖形結(jié)構(gòu)的影響較小，而測角交會的精度受圖形影響較大，所以測邊交會在實際工作中的使用價值更高一些，并且精度相對于測角交會來講更高，此外，對某些特殊的水平位移的觀測點，僅靠測角交會或者測邊交會不能滿足其精度要求時，可采用邊角交會法（同時測量角度和距離），這樣可以有效提高對這些特殊觀測點的測量精度。精密導(dǎo)線法應(yīng)用于水平位移觀測中的導(dǎo)線（兩端不測定向角），為減少方位角的傳遞誤差，提高測角效率，可采用隔點設(shè)站的辦法（實測轉(zhuǎn)折角和投影角）。全站儀法，全站儀又稱全站型電子測速儀，是一種兼有電子測距、電子測角、計算和數(shù)據(jù)自動記錄及傳輸功能的自動化、數(shù)字化的三維坐標(biāo)測量與定位系統(tǒng)，能方便地得到監(jiān)測點的三維坐標(biāo)，從而進(jìn)行水平位移監(jiān)測。

在進(jìn)行路基位移監(jiān)測方案設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮路基的水文地質(zhì)條件、現(xiàn)場施工人員設(shè)備條件、設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等多方面的因素，需經(jīng)過不斷地修正和調(diào)整，最后才能比選出最優(yōu)方案。丘陵山谷區(qū)的特殊地理地質(zhì)條件對路基位移監(jiān)測技術(shù)和方法提出了特殊性要求，因此，應(yīng)根據(jù)高速公路具體項目特性進(jìn)行路基沉位移測方法的選擇。

2 益婁高速項目基本情況

益陽至婁底高速公路項目地處湘中腹地，是湖南省“五縱七橫”高速公路網(wǎng)中京港澳高速公路和二廣高速公路之間新增的連接益陽、長沙、湘潭、婁底四市的南北向高速公路。初步設(shè)計批復(fù)路線總長度為105.928 km，工期4年。主線按4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度采用100 km/h，路基寬度采用26 m。

婁益高速公路沿線多池塘、江河、水庫，水域發(fā)達(dá)，且由于湘中地區(qū)具有夏季高溫多雷雨、冬季低溫少雨的氣候特征，特殊路基段具有軟基、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。路段沿線多為丘陵山區(qū)，地形起伏大、高填方路段較多，填筑面積和土石方工程量很大，難以保證填筑壓實的質(zhì)量，加上填切交替頻繁出現(xiàn)、路堤填料性能復(fù)雜多樣，可能產(chǎn)生較大的沉降變形。

3 益婁高速特殊路基位移監(jiān)測方案設(shè)計

益婁高速項目特殊路段突出體現(xiàn)為在軟土地地基上修筑高等級公路，其項目施工應(yīng)貫徹“動態(tài)施工，動態(tài)設(shè)計”的原則，即在施工過程中需對路堤進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測及時反映實際施工的情況，便于及時調(diào)整相應(yīng)設(shè)計方案。因此，在益婁高速公路項目施工過程中，應(yīng)進(jìn)行位移和穩(wěn)定性觀測，一方面保證路堤在施工中的安全和穩(wěn)定，為將來全線施工提供一套指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，另一方面能正確預(yù)測工后位移，使工后位移控制在設(shè)計允許的范圍之內(nèi)。本項目的路基位移監(jiān)測應(yīng)主要包括地表水平位移監(jiān)測、地下土體分層水平位移監(jiān)測和腳側(cè)向位移監(jiān)測三個部分。

3.1 監(jiān)測方法

根據(jù)益婁高速項目特性，地表水平位移監(jiān)測選擇采用軸線法觀測，當(dāng)軸線法難以施測時再采用小角度法觀測其水平位移，誤差控制在±2 mm以內(nèi)。

地下土體分層水平位移采用測斜儀量測，測量測斜管軸線與鉛垂線之間的夾角變化，從而計算土體在不同高程的水平位移。具體做法為：首先，在土體中埋設(shè)一豎直、互成90°四個導(dǎo)槽的PVC塑料管子，管子在土體中受力變形后發(fā)生變形；然后，將測斜儀探頭放入測斜管導(dǎo)槽內(nèi)，每間隔一定距離Li（通常為0.5 m）測量變形后的管子的軸線與垂直線的夾角θi，根據(jù)水平位移計算公式計算水平位移增量Δdi；最后，把量測的結(jié)果整理成水平位移變化曲線，反映各土層的水平位移情況。

腳側(cè)向位移監(jiān)測采用BC-1型測斜儀測量不同深度的側(cè)向位移量，測斜管采用PVC高精度測斜管。以0.5 m為測點標(biāo)距，水平位移觀測精度0.1 mm。測斜管采用鉆孔埋設(shè)法，管底應(yīng)進(jìn)入硬土層1.0 m，終止于無水平位移處。成孔偏差不大于1%，然后將分段接長的測斜管逐段接長沉入鉆孔中，下沉過程中應(yīng)注意導(dǎo)向槽的對正，使管內(nèi)導(dǎo)槽對準(zhǔn)路基的縱橫方向，用標(biāo)準(zhǔn)沙沿管周邊均衡回填導(dǎo)實，等管外填砂密實、緊貼測斜管后，可讀測初讀數(shù)。

3.2 監(jiān)測頻率

根據(jù)益婁高速項目特性，分為三個階段進(jìn)行位移監(jiān)測：填筑期、預(yù)壓期和路面施工期，不同階段的監(jiān)測頻率不同。第一階段，荷載逐漸加大，沉降速度較快，正常情況下3天左右觀測一次；第二階段，預(yù)壓初期每半月觀測一次，以后可每月觀測一兩次；第三階段，路面每填筑一層觀測一次，或每月觀測一次。對其他普通高填路段可每月觀測一兩次，但在超高填路堤的填筑后期應(yīng)適當(dāng)加大觀測頻率，每半月觀測一次。公路運營后根據(jù)需要可安排在第一、第二年做適當(dāng)頻率觀測。

益婁高速特殊路基位移監(jiān)測效果分析如下。

設(shè)置的益婁高速項目特殊路基段路基位移監(jiān)測方案，通過對各標(biāo)段內(nèi)已埋設(shè)儀器監(jiān)測點進(jìn)行路基沉降觀測，獲得了實時數(shù)據(jù)。本項目隨機選取觀測斷面2個（K24+450，K32+860），形成2個測量基點。監(jiān)測結(jié)果如表1、表2所示。

表2 K32+860斷面水平位移板監(jiān)測記錄表

位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：本期K24+450斷面左側(cè)水平位移日均變化量未超過控制標(biāo)準(zhǔn)值5 mm/d，目前該段路左側(cè)坡底在水平方向上路基相對穩(wěn)定。本期K32+860斷面右側(cè)水平位移日均變化量未超過控制標(biāo)準(zhǔn)值5 mm/d，本月9號發(fā)現(xiàn)后視點被破壞，重新做了后視點并進(jìn)行繼續(xù)監(jiān)測，目前該段路右側(cè)坡底在水平方向上路基相對穩(wěn)定。因此，目前該段路基基本穩(wěn)定。

4 結(jié)語

丘陵山谷區(qū)高速公路具有其特殊地質(zhì)地理特性，其特殊路基段路基位移監(jiān)測技術(shù)及方法需根據(jù)項目特性進(jìn)行設(shè)計。本研究以益婁高速項目為例，根據(jù)該項目所具有的特殊地理地質(zhì)特性，設(shè)計了相應(yīng)的位移監(jiān)測方案，并通過實際監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)改監(jiān)測方案有效，對其他類似工程項目具有一定的借鑒作用。