高速公路路基內部含水率監測與分析

李 培 樂

(山西機械化建設集團有限公司，山西 太原 030000)

高速公路投入使用后，路基內部含水率會受到大氣降水、氣溫等因素的影響，會經常發生變化。在一年四季中，大氣降雨量和氣溫會呈現周期性的變化，路基含水率變化也呈現一定的規律性。而路基含水率的變化會改變路基的物理力學性能，直接影響路基的強度和穩定性?；诖?，選取試驗段對路基內部含水率進行監測，分析監測結果確定路基含水率的變化規律。

1 路基含水率監測方案

1.1 工程簡介

寧淮高速公路K18+550～K19+020段為路堤，路堤填筑高度范圍為1.5 m～3.4 m。該地區地基土為第四系全新統(Q4)沉積的亞黏土、黏土，厚度為2.9 m～4.8 m。該地區四季分明，降雨量充沛，年平均氣溫為15.1 ℃，其中7月氣溫最高，1月氣溫最低。6月、7月降雨量最大，約占全年降雨總量的54%，年平均降雨量為1 030 mm。地基淺層局部有少量潛水，但水量較少，地下水位較低，路基含水率主要受大氣降水和地表徑流水影響，水分通過路基邊坡滲入。選取K18+800斷面作為測試斷面，該路段路基土為含砂黏質土。路基為填方路基，填方路基高度為2 m，邊坡坡度為1∶1.5。

1.2 測點布置

傳統的含水率檢測方法會破壞路基和路面結構，本項目采用TSZ-1型土壤水分速測儀對路基含水率進行監測。該設備由主機和探針組成，將探針布置在路基內部，通過原位測試儀器測定土壤的含水率，可在主機上快速讀出含水率測值。為了準確測定路基含水率，分別在路基基底、路基中部和路基頂部設置3個測點，自上而下分別為測點1、測點2和測點3，測點布置如圖1所示。為了分析路基含水率在不同季節的變化情況，分別在不同時間段對路基含水率進行監測。

為了防止模型試驗中的尺寸效應的問題，試驗路段按照1∶1的比例修筑。路面寬度為6 m，路肩寬度為0.6 m，其寬度相當于三級公路的標準，路基邊坡1∶1.5。

當路基填筑高度達到探針埋設高度30 cm以上時，壓實達到要求后在路基上部挖一個深度為30 cm的試坑，埋入土壤水分速測儀探針。埋入后回填路基土并壓實，壓實過程中注意保護探針。將探針數據線從路基邊坡引出，為了防止數據線接頭損壞，使用密封袋包裹數據線接頭，并用膠帶封口。

1.3 現場監測方案

本項目路基含水率監測時間段為2017年3月～2019年3月，監測總時間為24個月。為了準確掌握路基含水率的變化規律，監測頻率為每個月監測一次。達到現場試驗段后將數據線接頭部位的密封袋取下，接上主機，讀出數據并做好記錄。監測完成后重新使用密封袋包裹探針數據線接頭，并做好密封。如發現密封袋有破損或風化現象，應及時更換。

2 路基含水率監測結果分析

收集路基含水率監測數據，分別整理3個測點的含水率并繪制含水率隨時間變化曲線，如圖2所示。

分析圖2曲線變化情況，可以得出3個測點的路基含水率檢測結果相差不大，含水率差值均小于2%，且在各監測時間段基本相同。在兩年的監測期間，每年對應的相同月份路基含水率檢測結果基本相同，測點2含水率檢測值最大，其次為測點1，測點3含水率檢測值最小。在2017年3月～2019年3月監測期間，每年路基含水率最低的月份為12月、1月和2月，路基含水率最低值為17%。路基含水率最高月份為6月和7月，這是由于12月～1月降雨量最小，而6月和7月降雨量最大，路基含水率最高值為24.7%。另外，分析路基含水率監測結果，含水率值總體隨一年中氣溫的變化呈現周期性變化，但個別月份出現反?，F象。

3 路基含水率變化規律分析

根據上述路基含水率監測結果，兩年中對應月份的含水率相差不大，含水率數值基本保持一致。而一年中路基含水率的變化受氣溫、降雨量等因素的影響，且路基含水率隨季節變化呈現一定的規律性。結合當地氣候條件，通過對每月含水率監測平均值的變化規律進行分析，確定路基含水率的變化規律。

3.1 路基含水率隨氣溫變化規律

結合上述監測結果和當地氣溫變化情況，繪制月平均氣溫/含水率—時間變化曲線如圖3所示。

分析圖3月平均氣溫/含水率—時間曲線變化情況，各月份路基含水率隨時間變化曲線與氣溫—時間變化曲線變化趨勢基本一致，且基本符合正弦函數變化規律。結合當地氣象監測數據，代入路基含水率監測數據，進行數據擬合計算，得出路基含水率計算公式：

采用上述路基含水率計算公式，得出各月份含水率計算值，繪制含水率—時間曲線如圖4所示，與實測值進行對比分析。

分析圖4路基含水率計算值和實測值隨時間變化曲線，可以看出實測值和計算值存在較大差異，但曲線總體變化趨勢基本一致。這是由于實測值是每個月進行一次含水率監測，而計算值是每個月的路基含水率平均值，造成二者產生了較大差異。

3.2 路基含水率隨降雨量變化規律

通過對不同月份降雨量進行統計，繪制路基含水率—降雨量變化曲線，路基含水率—降雨量變化曲線如圖5所示。為了能夠便于進行對比分析，繪制降雨量曲線時取0.1倍月降雨量。

分析圖5路基含水率與降雨量變化曲線，可以看出各月份降雨量與路基含水率之間并不存在良好的線性相關性，很難找到二者之間存在的規律。這主要是由于大氣降水在滲入路基的過程中受到滲透、蒸發和毛細作用的影響，并不會完全隨降雨量的變化而快速產生變化，且不會呈現完全一致的變化趨勢。

3.3 路基含水率隨凈降雨量變化規律

根據上述分析結果，路基含水率與降水量之間沒有呈現良好的線性關系。為了降低外界因素的影響，在全面考慮降水量和蒸發量變化的前提下，采用凈降水量(降雨量與蒸發量的差值)分析路基含水率的變化規律，繪制路基含水率—月凈降雨量—時間曲線如圖6所示。為了能夠便于進行對比分析，繪制降雨量時取0.1倍月降雨量。

分析圖6變化曲線，路基含水率和凈降雨量之間雖然沒有呈現明顯的線性關系，但凈降雨量較大的月份，路基含水率也較高。這說明凈降雨量對路基含水率的影響較大，隨著凈降雨量的增加路基含水率呈現增加的趨勢。

4 結語

為了確定運營后路基含水率的變化規律，選取試驗段，布置測點進行路基含水率監測，分析監測結果得出以下結論：1)路基含水率隨氣溫變化呈現明顯的線性關系，雖然實測數據與計算結果之間存在一定的差異，但這是由于計算方法不同造成的；2)路基含水率與降雨量之間并不存在良好的線性相關性，這是由于大氣降水在滲入路基的過程中受到滲透、蒸發和毛細作用的影響，降低路基含水率的變化速度；3)路基含水率和凈降雨量之間雖然沒有呈現明顯的線性關系，但隨著凈降雨量的增加路基含水率呈現明顯的增加趨勢。