淺析高速公路軟基路堤施工監(jiān)控技術(shù)

陳輝龍

（河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450009）

在高速公路施工過程中，經(jīng)常遇到在軟弱地基上面進行路基土石方填筑施工。由于軟弱地基的特殊性質(zhì)，要求在施工過程中，要嚴格控制路堤的填筑速率，嚴密監(jiān)控填筑段的路基變化情況，邊施工，邊監(jiān)控，監(jiān)控所得結(jié)果又用于指導(dǎo)施工，否則盲目地施工，一味地追求工程進度，不顧地基變化的實際情況，有時將造成嚴重工程事故及重大經(jīng)濟損失本文以成都至南充高速公路某段為例對高速公路軟基路堤施工監(jiān)控技術(shù)作以簡要介紹。

1 成南高速公路工程概況

成南高速公路是國家規(guī)劃的上海到成都國道主干線的支線，全長208公里，其地質(zhì)復(fù)雜，軟基地段較多，全段共有軟弱地基地段200多處，全路處于川中丘陵地區(qū)，其丘間溝谷，地勢低洼，多為水稻田，地表水長期排泄不暢，其間沉積的低（高）液限粘土，多呈軟~可塑性，厚度約3~13米，通過計算，在這種軟基地區(qū)填筑路堤，當(dāng)填方高度超過8米時（個別地段4~5米），其路基穩(wěn)定性和殘余工后沉降將不能滿足規(guī)范要求，成南路在處理這些軟弱路基采用了塑料排水板、粒料樁、換填砂礫石、拋石擠淤等方法，其效果比較理想，在進行路基填筑過程中，又實施了監(jiān)控技術(shù)，對路基的變化情況及時進行有效監(jiān)控，指導(dǎo)施工，效果比較明顯。

2 軟基強度增長原理和規(guī)范要求

在軟基設(shè)計和施工中，一個重要的依據(jù)即為軟基的強度隨荷載的增加以及時間的推移而逐漸增加，一般可以用下面的公式來表示：

式中：τ-軟基強度；C-粘聚力；σ-有效應(yīng)力；φ-摩擦角

從上面公式可以得出這樣的結(jié)論：在軟弱地基路段，初期荷載大，間隔時間長對軟基強度的增長是有利的，其強度的增長和時間的規(guī)律大致可以用圖1來表示，從圖上可以看出，只要填土荷載增加的速率不超過地基強度的增長速率，路堤的安全就有保障，根據(jù)這一規(guī)律，在施工中便可合理地安排施工進度，保證安全地進行路基填筑。如成南路K44+200~K44+330段軟基，路基填方高度為15米，該段天然地基的極限填高為8米，則在填方高度8米以下，適當(dāng)?shù)丶涌焯钪俾?，在這一時期地基天然承載力可以承受快速的加載，在填方高度超過8米以后，路堤的穩(wěn)定性要靠強度的增長來保證，這時就應(yīng)該嚴格控制填筑速率，隨路堤填方高度的增加填筑速率的控制更應(yīng)該嚴格。

那么如何監(jiān)控路基的填筑速率？如何可以知道加載水平?jīng)]有大于地基強度增長情況呢？目前較為有效和常用的方法是通過觀測路堤的沉降情況和側(cè)向位移情況來判斷當(dāng)前路堤的穩(wěn)定性，控制當(dāng)前的填筑速率。為此我國現(xiàn)行的規(guī)范對軟基路堤的施工和監(jiān)控技術(shù)提出了嚴格的要求，在JTJ017-96《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中對軟基路堤的施工監(jiān)控要求如下：

2.1 在施工中應(yīng)遵循按圖施工的原則和“邊觀察、邊分析”的方法；如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場地質(zhì)情況與設(shè)計提供資料不符或原設(shè)計的處治方案因故不能實施改變設(shè)計時，應(yīng)及時報告并根據(jù)有關(guān)規(guī)定報請變更設(shè)計。

2.2 按設(shè)計規(guī)定或規(guī)范要求布設(shè)觀測儀器。

2.3 軟土地基路堤的施工應(yīng)注意觀測填筑過程或以后的地基變形動態(tài)，對路堤施工實行動態(tài)觀測。高速公路、一級公路及二級公路工程在路堤施工中必須進行沉降和穩(wěn)定的動態(tài)觀測，其觀測項目、目的、儀器如下：

（1）觀測項目：地表沉降量；儀器名稱：地表型沉降計（沉降板）；地表型沉降計（沉降板）：用于沉降管理。根據(jù)測定數(shù)據(jù)調(diào)整填土速率；預(yù)測沉降趨勢，確定預(yù)壓卸載時間和結(jié)構(gòu)物及路面施工時間；提供施工期間沉降土方量的計算依據(jù)。

（2）觀測項目：地表水平位移量及隆起量；儀器名稱：地表水平位移樁（邊樁）；地表型沉降計（沉降板）：用于穩(wěn)定管理。監(jiān)測地表水平位移及隆起情況，以確定路堤施工的安全和穩(wěn)定。

（3）觀測項目：地下土體分層水平位移量；儀器名稱：地下水平位移計（測斜管）。

地表型沉降計（沉降板）：用于穩(wěn)定管理和研究。用作掌握分層位移量，推定土體剪切破壞的位置。

3 成南高速公路軟基監(jiān)控方法

根據(jù)成南高速公路的實際情況，按照規(guī)范要求，全線采用設(shè)置沉降盤和側(cè)位移樁的方式進行軟基的沉降和側(cè)向位移的觀測，具體方法如下：

3.1 監(jiān)控儀器

沉降盤采用基樁、沉降盤和套管組合結(jié)構(gòu)，直接檢測套管和基樁之間的相對位移，基樁采用φ40mm鋼管，沉降盤采用60cm×60cm的鐵板制作，上面沿對角線布設(shè)加固鋼板，套管采用φ80mm鋼管，套管焊接或螺栓連接在沉降盤中央。

側(cè)位移樁采用鋼筋混凝土預(yù)制樁，混凝土標(biāo)號不小于25號，長度不小于1.5米,斷面可采用正方形或圓形,邊長或直徑以10cm~20cm為宜,在樁頂預(yù)埋不易磨損的測頭,一般采用φ6mm鋼筋為好。

3.2 埋設(shè)方式

一般路段沿縱向每隔100m~200m設(shè)置一個觀測斷面，橋頭路段應(yīng)設(shè)置2~3個觀測斷面，沿河等特殊路段應(yīng)酌情增設(shè)觀測斷面，對于路堤較高（大于12米其下有塑料排水板或碎石樁等處理措施時）應(yīng)適量縮短觀測斷面間距，對于上述段落要求觀測斷面縱向間距不應(yīng)大于100米。

沉降盤一般設(shè)置在路堤中央，對于重要段落，一側(cè)軟基或填方高度明顯大于另一側(cè)時，可在較危險一側(cè)埋設(shè)；φ40mm鋼管基樁需鉆孔將其打過軟土層至硬土或強風(fēng)化層表面，要求基底盡量堅硬，放入基樁后應(yīng)在樁頂采用8磅鐵錘錘至穩(wěn)定為止，沉降盤要穿過基樁，埋設(shè)于填方底部再回填密實。

軟土地基沉降量觀測記錄(單位:cm)

側(cè)位移樁一個斷面每側(cè)埋設(shè)4個，埋設(shè)間距5米一個，外設(shè)基準(zhǔn)樁，基準(zhǔn)樁應(yīng)在路堤坡腳外30米以上，在路堤較高，軟基深度較厚的段落，還應(yīng)適當(dāng)加大距離。邊樁埋設(shè)以地表以下不小于1.2米為宜，樁頂露出地面高度不應(yīng)大于10cm，可以采用打入或開挖埋設(shè)，要求樁周圍回填密實，樁周上部50cm用混凝土固定，確保邊樁埋設(shè)穩(wěn)固。

3.3 觀測方法和精度

沉降盤的豎向沉降值采用鋼尺量測套管與基間的相對位移的方法，量測標(biāo)記在埋設(shè)或接長時在套管的某一方位用鋼鋸齊套管頂面在基樁上鋸出長約20mm凹槽，并用紅油漆作出標(biāo)記，在豎向量測位置，用紅油漆在套管和基樁上面畫一豎線，以便以后量測，量測精度到1mm。

側(cè)位移采用單三角前方交會法或鋼尺量測法，單三角前方交會法用J1或J2經(jīng)緯儀量測，方向觀測水平角誤差為±2.“5,采用測距儀或鋼尺量測方法時,量測誤差為±5 mm。

側(cè)位移高程量測采用S1或S2型水準(zhǔn)儀，以二級中等精度要求的幾何水準(zhǔn)測量高程，觀測精度應(yīng)到1mm。

3.4 觀測頻率

每個軟基路段可以根據(jù)具體情況大致估算出天然地基的極限填土高度（一般設(shè)計單位已經(jīng)提供），在填方低于極限填土高度時，可以不控制填筑速率，軟基觀測頻率不大于15天；在填方高度接近或超過臨界高度后，每層填筑都應(yīng)進行一次觀測，并應(yīng)控制填筑速率，軟基觀測間隔不應(yīng)大于5天；對于有異常現(xiàn)象的軟基段，應(yīng)該暫停加載，每天進行一次軟基觀測直至穩(wěn)定為止；路基填筑完成后，預(yù)壓期間觀測應(yīng)視地基的穩(wěn)定情況而定，一般半月或每月一次，直至預(yù)壓期結(jié)束。

軟土地基水平位移觀測記錄(單位:cm)

3.5 觀測記錄和資料整理

每次觀測應(yīng)按照規(guī)定的格式做好記錄，及時整理匯總觀測結(jié)果，根據(jù)觀測資料結(jié)合填筑情況，繪制出軟基填土和沉降趨勢曲線、軟基填土和側(cè)位移趨勢曲線。下面以成南高速公路E3合同段K44+200~K44+330段軟基觀測記錄(1個月)為例繪制軟基填土和沉降趨勢示意曲線，軟基填土和側(cè)位移趨勢曲線示意圖如下：

3.6 軟基填筑控制標(biāo)準(zhǔn)

按照相應(yīng)的規(guī)范要求，軟基路堤穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)為：路堤中心線地面沉降速率每晝夜不大于1cm；坡腳水平位移速率每晝夜不大于0.5cm。按照上面的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合觀測記錄和趨勢曲線圖，我們可以很清楚地判斷出所填軟基段的變化情況，判斷其是否處于正?？刂茽顟B(tài)，來指導(dǎo)施工。觀測結(jié)果應(yīng)結(jié)合沉降和位移的發(fā)展趨勢進行綜合分析，填筑速率應(yīng)以水平位移控制為主。

3.7 異?，F(xiàn)象的處理

在對觀測結(jié)果進行分析時如果發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象之一時，應(yīng)該特別注意判斷其是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象：①、沉降和側(cè)位移觀測結(jié)果突然超過控制標(biāo)準(zhǔn)。②、盡管觀測結(jié)果沒有超過控制標(biāo)準(zhǔn)，但在趨勢曲線上越來越大，且呈明顯不收斂趨勢。③、路堤出現(xiàn)明顯的異常征兆。

如果路堤穩(wěn)定出現(xiàn)異常情況而可能失穩(wěn)時，應(yīng)立即采取果斷措施：停止加載，每天進行軟基觀測并對觀測結(jié)果進行分析，嚴密監(jiān)視施工現(xiàn)場變化情況，必要時向上級報告。待路堤恢復(fù)穩(wěn)定后，方可繼續(xù)填筑。

4 觀測設(shè)施的維護和保護

用于沉降與穩(wěn)定觀測的儀器在使用前需進行全性能檢查和校驗，以保證測定儀器的正常使用和觀測數(shù)據(jù)的可靠。沉降盤、側(cè)位移樁、基準(zhǔn)樁，在觀測中均必須采取有效措施加以保護或?qū)Ｈ丝垂?。沉降盤由于設(shè)置在路基工作面上，容易遭到施工車輛、壓路機等碰撞和人為損壞，除采取有力的保護措施外，還應(yīng)在標(biāo)桿上豎有醒目的警示標(biāo)志，測量標(biāo)志一旦遭到碰損，應(yīng)立即恢復(fù)并復(fù)測。

沉降盤的套管和基樁在施工過程中，應(yīng)隨填方高度的增加逐漸加長，要求沉降盤的套管高出路堤工作面至少50cm，基樁至少高出套管頂面20cm。套管和基樁可以采用螺帽接長，每節(jié)套管和基樁可在2米左右，為防止套管和基樁被人為破壞，最好采用現(xiàn)場焊接的方法進行加長，在套管和基樁接長后，應(yīng)觀測數(shù)據(jù)并記錄加長的長度和數(shù)量，保證測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

由于埋設(shè)儀器在路面修筑期間以及完工后還將發(fā)揮作用，施工單位在路基完工后，不得破壞埋設(shè)儀器，在路基96區(qū)頂面驗收交工后，埋設(shè)儀器應(yīng)交由后續(xù)施工單位保管使用。

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