高速公路特殊土路基施工監測與穩定性評價

劉晉宏

（山西交通控股集團 呂梁南高速公路分公司，山西 汾陽 032200）

引言

高速公路穿越山嶺地區時，工程地質與地形地貌情況復雜多變，部分路段由于受施工條件限制，只能采用紅砂巖和高液限黏土等特殊土作為路基填料，對路基的穩定性產生一定影響。如果對特殊土路基填料處治不當，容易產生不均勻沉降，給施工留下質量隱患，對路基穩定性產生較大的影響。隰吉高速公路沿線有多處路堤采用土石混填路基，個別路段采用紅砂巖作為路基填料，為確保路基施工質量滿足設計要求，路堤填筑施工過程中布置測點進行沉降和側向水平位移監測，結合監測結果對路基穩定性進行評價。

1 工程概況

隰吉高速公路穿越山嶺地區，路線設計全長為105.834 km，沿線分布有多處高填方路堤。K23+110—K23+564 段設計采用土石混填高填方路堤，該區域地層主要為粉砂質泥巖、粉砂巖等，路堤填料采用紅砂巖。該段路基橫斷面方向地面起伏較大，其中路堤右側最大填筑高度為23.5 m，為保證路堤坡腳穩定，在路堤坡腳設置擋土墻。為提高路堤的穩定性，在原地面橫向坡度較大位置開挖寬度≮2 m 的內傾臺階，該路段典型路基橫斷面見圖1。

圖1 典型路基橫斷面

2 路基沉降監測方案

2.1 路基沉降監測

該路段路基沉降監測采用埋入式沉降板法，沉降板鋼管長單長度選擇50 cm 和20 cm，采用管箍連接。沉降板采用鋼板制作，尺寸為500 mm×500 mm×8 mm。在沉降監測斷面，分別在路基中線、左側、右側路肩各布置一個沉降板，特殊位置可適當增減沉降板數量，但不得少于兩塊。沉降板埋設后將土體夯實，然后進行初始監測，作為測點的初始監測值，以后監測數據與該初始數據對比確定沉降值。

路基沉降監測采用電子水準儀進行測量，按照二等水準測量標準，并在每次觀測后進行檢核，觀測精度為±0.1 mm。如發現誤差過大，應重新進行觀測，以保證測量精度。路堤填筑過程在對鋼管進行接長，以便于進行下次觀測，鋼管應埋設在路基頂面以下5 ～8 cm，以防止施工過程中損壞。路堤填筑施工期間，每次填土完成后觀測一次，填筑施工間隔時間較長時，每3 ～4 d 觀測一次，如出現路基沉降速率突然增加，應適當增加監測頻率。堆載預壓階段，第一個月觀測頻率為3 d/次，第二、三月7 d/次，第四、五月15 d/次，第六個月以后 30 d/次。

2.2 側向水平位移監測

路堤側向水平位移監測通過在兩側路堤坡腳埋設邊樁，使用全站儀采用極坐標法進行監測。每個監測斷面在路基兩側坡腳分別布置一組測樁，每側坡腳三根，每隔0.5 m 設置一根，且位于同一條直線上。邊樁采用C25 鋼筋混凝土預制，長度為1.5 m，直徑為10 cm，埋入路基內部深度≮1.2 m。路堤側向水平位移監測采用高精度全站儀，觀測精度為±0.1 mm，觀測頻率與路堤沉降監測頻率保持一致，每填筑一層至少觀測一次。邊樁埋設完成后進行初始觀測，以后每次監測數據與前一次數據對比分析確定水平位移變化量。路基填筑完成后，通過分析各測點水平位移量，確定路堤的水平位移，路基沉降與水平位移測點布置見圖2。

圖2 路基沉降與水平位移測點布置

3 特殊路基沉降監測與穩定性分析

3.1 路基沉降監測結果分析

選取有代表性的監測斷面沉降監測結果作為研究對象，對路基施工過程中的沉降變形進行分析。由于該路段路基沉降變形情況相差不大，選取K23+600 斷面路基中心沉降監測結果作為分析對象，繪制路堤中心沉降變形時間曲線見圖3，沉降變化速率見圖4。其中1 ～79 d 為路堤填筑施工期，88 ～179 d 為預壓期。

圖3 K23+600 斷面路堤中心沉降變形時間曲線

圖4 K23+600 斷面路堤中心沉降速率變化曲線

分析圖3 和圖4 曲線變化趨勢可以得出，在施工階段路堤產生沉降變形較大，沉降速率也較大，預壓期路堤沉降變形和沉降速率均不斷下降，在監測結束時路堤沉降已基本穩定。在路基填筑施工初期，路基沉降量和沉降速率均較大，沉降速率最大值為5.201 mm/d，隨著填筑高度的增加，沉降量不斷減小。由于受到施工期間天氣、施工工藝等因素的影響，側向位移變化速率有一定幅度的起伏。在預壓初期，路基沉降變形有一定幅度的增長，而后增長量不斷下降，在監測168 d 后路堤基本達到穩定狀態。

3.2 側向水平位移監測結果分析

在路堤填筑施工階段和預壓期，對各側向水平位移監測斷面開展監測。由于各監測斷面路堤側向水平位移監測結果相差不大，選取K23+445 斷面監測數據作為研究對象，繪制側向水平位移變化曲線見圖5。通過對監測數據進行分析，得出各監測時間段路堤側向水平位移變化速率，變化趨勢見圖6。

圖5 K23+445 斷面路堤側向水平位移變化曲線

圖6 K23+445 斷面路堤側向水平位移速率變化曲線

分析圖5 和圖6 曲線變化趨勢，得出K23+445斷面路堤側向水平位移在填筑施工階段變形量和變化速率均較大，預壓期呈現先增大后變小，變形量和變化速率不斷下降，最終達到穩定狀態的趨勢。在路堤填筑施工階段，路堤側向水平位移呈現線形增加的趨勢，變化速率也較大，變化速率最大值為1.000 mm/d。同樣由于受到施工期間天氣、施工工藝等因素的影響，側向位移變化速率有一定幅度的起伏。在預壓期，初期路堤側向變形有一定幅度的增加，但變形量和變形速率總體呈現不斷下降的趨勢，監測完成達到穩定狀態。

3.3 路堤穩定性評價

根據K23+600 斷面路堤中心沉降和K23+445 斷面路堤側向水平位移監測結果，雖然路堤施工階段產生了較大的變形，變形速率也較大，其中沉降速率最大值達到5.201 mm/d，側向水平位移最大值達到1.000 mm/d，但預壓期迅速下降，并在監測完成時均達到了穩定狀態。結合施工現場其他斷面監測結果，路基沉降變形和側向水平位移變化趨勢相同，在監測完成后均達到了穩定狀態，說明路基施工質量合格，達到了設計要求。

4 結語

由于施工條件受限，部分高速公路路基采用特殊土填筑路基，會對路基穩定性產生不同程度的影響。結合隰吉高速公路部分路段特殊土路堤施工案例，在施工期間開展監測，分析監測數據確定路基的穩定性。監測內容主要包括路堤沉降監測和側向水平位移兩個方面，分別制定監測方案，采取高精度的監測方法在路堤填筑施工階段和預壓期開展監測。路堤沉降監測采用埋入式沉降板法，分析監測結果得出路堤填筑施工階段沉降變形量和變形速率較大，而預壓期二者均不斷下降，最終達到穩定狀態。路堤側向水平位移監測采用全站儀極坐標法，監測結果與路堤沉降監測結果類似，也呈現施工階段變形量和變形速率較大，預壓期逐漸下降，并在監測結束時達到了穩定狀態。通過分析兩個有代表性的路基監測斷面路堤沉降和側向水平位移變化曲線，結合其他斷面的監測結果，可以得出路堤施工質量達到要求，施工質量合格。