高填方路基應力應變監(jiān)測分析

于秀麗

（山西路橋第七工程有限公司，山西 晉城 048000）

在高填方路基施工過程中，隨著填筑高度的增加，路基應力應變也不斷增大，會使路基產(chǎn)生較大的壓縮變形，甚至產(chǎn)生滑動破壞。路基路面應力應變受路基填料壓實度、施工速度、填筑高度等因素的影響[1]，對路基穩(wěn)定性會產(chǎn)生較大影響。路基應變監(jiān)測指標主要是側(cè)向水平位移，分析監(jiān)測結果可以確定滑動面位置[2-3]。路基土壓力與沉降監(jiān)測結果，可以直接對路基的穩(wěn)定性作出評價，指導現(xiàn)場施工。

1 工程概況

湖南省溆懷高速公路K165+325—K166+435段為高填方路基，路基設計寬度為24.5 m，填筑高度為15 m。高填方路基原地面為低山丘陵地貌，局部分布有池塘，地基存在淤泥軟弱層，地基土主要為黏性土和淤泥質(zhì)土，承載能力差，局部軟基厚度可達到2.5 m。為了提高地基穩(wěn)定性，采用超挖回填的方式進行處治，施工前清除地表種植土，清除淤泥，采用砂礫進行換填。為了防止高填方路基施工過程中產(chǎn)生變形失穩(wěn)，施工過程中嚴格控制填筑速率和壓實質(zhì)量，并在施工過程中開展應力應變監(jiān)測，對地基側(cè)向水平位移、路基內(nèi)部土壓力和路基沉降變形進行監(jiān)測，保證高填方路基安全穩(wěn)定施工。

2 監(jiān)測方案

2.1 測點布置

該項目高填方路基應力與應變監(jiān)測采用測斜儀和土壓力盒，施工過程中將測斜標埋設在路堤邊坡坡趾位置，土壓力盒埋設在路基基底和三級邊坡坡底位置，布置斷面如圖1所示。在路基兩側(cè)邊坡坡腳位置鉆孔，埋設測斜管，用于監(jiān)測路堤的水平位移，埋設深度應在穩(wěn)定的硬土層或基巖以下50 cm以上，路堤兩側(cè)測斜管埋設深度分別為9.5 m和11 m。土壓力盒一共10組，其中路基基底位置5組，從左到右依次為1號～5號，三級邊坡坡底位置5組，從左到右依次為6號～10號。土壓力盒埋設前開挖一個直徑為壓力盒2倍大，深度為30～50 cm的圓坑，將坑底平整壓密，將壓力盒放入坑中，用細料回填測坑，并開挖引線渠，使用PVC管保護引線，防止破壞。另外，為了保護土壓力盒，也可以將其放置在沉降板上。

圖1 路基應力應變測點布置圖

2.2 監(jiān)測方案

測斜標用于觀測路基的側(cè)向位移，測斜管用于監(jiān)測路基的水平位移[4]。在路基的不同施工階段，路基上部荷載變化情況不同，監(jiān)測頻率也不同。在填筑施工階段，路基荷載增加幅度大，路基變形量大，每3 d監(jiān)測1次。在預壓階段，每2周監(jiān)測1次；在路面施工期間，每個月監(jiān)測1次。按照設計要求，路堤坡腳水平位移每晝夜變形量不得超過5 mm，路堤中心線位置每晝夜沉降不得超過10 mm，否則應停止施工，該項目主要對側(cè)向水平位移進行監(jiān)測分析。土壓力監(jiān)測可以分析路基的受力狀況，前期監(jiān)測頻率為3周/次，后期延長到一個月監(jiān)測1次，穩(wěn)定后3～4個月監(jiān)測1次。

3 監(jiān)測結果分析

3.1 路基側(cè)向水平位移監(jiān)測結果分析

選取K165+800斷面作為監(jiān)測斷面，在路基各施工階段對路基側(cè)向水平位移進行監(jiān)測。在2015年6月布設測斜管，收集整理數(shù)據(jù)繪制不同深度左右坡腳位置累積側(cè)向水平位移曲線如圖2和圖3所示。

圖2 不同深度左坡腳位置累積側(cè)向水平位移曲線

分析圖2所示不同深度路基左坡腳位置累積側(cè)向水平位移曲線變化情況，在地基深度為1 m位置出現(xiàn)了側(cè)向水平位移最大值，為23.6 mm，深度1 m以下側(cè)向水平位移變化不大，隨時間緩慢增加，沒有出現(xiàn)增速突然增加的情況，說明該監(jiān)測斷面地基土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

分析圖3所示不同深度路基右坡腳位置累積側(cè)向水平位移曲線變化情況，在地基深度為2.5 m位置出現(xiàn)了側(cè)向水平位移最大值，為2.5 mm。在地基以下深度為8 m位置側(cè)向位移出現(xiàn)增速現(xiàn)象，但總體變形量不大，僅為1.9 mm，說明該位置可能存在滑動面，但所產(chǎn)生的滑動變形較小。通過進一步分析曲線變化情況，得出在深度2.5～8 m之間可能存在滑動面，但所產(chǎn)生的整體累計側(cè)向水平位移量較小，出現(xiàn)明顯滑動面的可能性不大，路基總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 不同深度右坡腳位置累積側(cè)向水平位移曲線

3.2 路基土壓力監(jiān)測結果分析

為了準確掌握路基內(nèi)部土壓力的變化規(guī)律，同樣以K165+800監(jiān)測斷面作為研究對象，對路基基底和三級邊坡坡底土壓力進行監(jiān)測，收集數(shù)據(jù)繪制土壓力變化曲線如圖4和圖5所示。

圖4 路基基底土壓力變化曲線

分析圖4路基基底土壓力曲線變化情況，5個土壓力盒測量數(shù)據(jù)變化趨勢基本一致，其中路基中部土壓力較大，路基兩側(cè)土壓力相對較小，這是由于隨著路基填筑高度的增加，路基土自重不斷增加，路基基底所承受的土壓力也隨之增加。分析曲線變化趨勢，在施工前期土壓力變化速度較快，這是由于路基填筑高度不斷增加，路基土自重不斷增加造成的。而在預壓階段和路面施工階段，路基在自重和外部荷載的作用下會產(chǎn)生一定程度的沉降變形，使路基土壓力產(chǎn)生一定程度的增大。完工后，路基土壓力基本不變，說明路基處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

分析圖5三級邊坡坡底土壓力曲線變化情況，5個土壓力盒測量數(shù)據(jù)變化情況也基本一致，監(jiān)測過程中產(chǎn)生了一定程度的浮動，這是由于土壓力盒隨土體產(chǎn)生沉降造成的，但數(shù)據(jù)的變化也可以直觀地反應路基的沉降變形。與路基基底土壓力變化趨勢一致，在路基填筑施工階段土壓力增速最快，預壓階段和路面施工階段增速變緩，完工后土壓力基本不變，說明路基達到了穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 三級邊坡坡底土壓力變化曲線

結合路基沉降變形監(jiān)測結果，路基沉降變形在完工后基本穩(wěn)定，說明該段路基完工后穩(wěn)定性良好。

4 結論

結合高速公路路堤施工實踐，選取監(jiān)測斷面布設測斜管和土壓力盒，分析監(jiān)測結果得出以下結論：

a）分析路基側(cè)向水平位移監(jiān)測結果，路基左坡腳位置累積側(cè)向水平位移在地基深度為1 m位置出現(xiàn)了最大值，深度1 m以下側(cè)向水平位移變化不大，說明該監(jiān)測斷面地基土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。路基右坡腳位置累積側(cè)向水平位移在地基深度為2.5 m位置出現(xiàn)了最大值，在地基以下深度為8 m位置側(cè)向位移出現(xiàn)增速現(xiàn)象，需要對深度2.5～8 m范圍加強監(jiān)測，防止出現(xiàn)滑動變形。

b）分析路基土壓力監(jiān)測結果，路基基底和三級邊坡坡底土壓力均在填筑施工階段增速最快，預壓階段和路面施工階段增速變緩，完工后土壓力基本不變，結合路基沉降觀測結果，得出路基處于穩(wěn)定狀態(tài)。