高填方土方路基的沉降觀測分析

李 龍 閆毅軍 王 瑞

（1.洛陽市路星公路工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471002；2.洛陽路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471002）

目前，我國道路建設(shè)正處于高速發(fā)展時(shí)期，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的加快，汽車行駛速度不斷提高.對(duì)道路的行駛舒適性和安全性要求也越來越高。高標(biāo)準(zhǔn)的道路路線形是汽車快速、安全、舒適運(yùn)行的基礎(chǔ)，不可避免地要出現(xiàn)大量高填深挖路段。由于技術(shù)和施工帶來的高填方路基處理不當(dāng)或不徹底所造成的路面損壞已成為我國運(yùn)營中各級(jí)道路所存在的普遍問題，其后續(xù)處理需耗費(fèi)大量的人力物力，并對(duì)運(yùn)行中的道路交通帶來嚴(yán)重影響，給國家和人民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。高填方土方路基的沉降和穩(wěn)定性問題，是多年來各國學(xué)者和道路工作者們研究和關(guān)注的重點(diǎn)，為了更好地了解和掌握高填方路基沉降的原因、搞清路基填筑材料、填筑高度與路基沉降的關(guān)系，筆者在連霍高速鄭洛段公路建設(shè)過程中選取了1#點(diǎn) (K4+030)、2#點(diǎn) (K12+660)、3#點(diǎn)(K21+525)三個(gè)有代表性的位置分別對(duì)路堤填筑材料本身和原地基進(jìn)行沉降觀測研究。

1 沉降觀測設(shè)置的方式

1.1 高填土沉降試驗(yàn)包括兩個(gè)方面內(nèi)容

1）觀測高填土路基的自身沉降（含不同的填土高度和不同的壓實(shí)區(qū)域路基自身的沉降）。2）觀測高填土路基基底在路基填土重力等作用下的沉降。

1.2 其設(shè)置方式為

在不同的觀測位置豎直埋置一根導(dǎo)管（用Φ8cm鋼管制作），導(dǎo)管下端設(shè)置砼底座(30#普通砼，幾何尺寸為0.5×0.5×0.2m），在導(dǎo)管內(nèi)豎直放一根自由導(dǎo)桿(外徑2cm鋼管)，導(dǎo)桿下端和另一砼底座(30#普通砼，幾何尺寸為1.0×1.0×0.2m）相連，并與所要觀測的位置平齊，結(jié)合填土高及便于觀測和操作等實(shí)際情況，導(dǎo)管和導(dǎo)桿采用逐節(jié)連接方式進(jìn)行加長，每節(jié)長度一般按3m或2m進(jìn)行選擇。2m導(dǎo)管和導(dǎo)桿主要用在最上一節(jié)。導(dǎo)管和導(dǎo)桿上端伸出路面頂適當(dāng)高度以便于工程竣工后跟蹤觀測。

1.3 根據(jù)各觀測點(diǎn)的路基填筑高度和地質(zhì)情況，分別按照上述設(shè)置原則進(jìn)行觀測點(diǎn)設(shè)置

1#觀測點(diǎn)(路基高6.5m)分別在原地基、路基高4.3m處（93%壓實(shí)區(qū)頂面）、5.0m處（94%壓實(shí)區(qū)頂面）、5.8m處（96%壓實(shí)區(qū)頂面）及路面頂設(shè)置共計(jì)五個(gè)不同高度和不同壓實(shí)區(qū)觀察點(diǎn)，分別編號(hào)為：1#-A、1#-B、1#-C、1#-D、1#-E。

2#觀測點(diǎn)(路基高9.6m)分別在原地基、路基高3.0m處、7.4m處（93%壓實(shí)區(qū)頂面）、8.1m處（94%壓實(shí)區(qū)頂面）、8.9m處（96%壓實(shí)區(qū)頂面）及路面頂設(shè)置共計(jì)六個(gè)不同高度和不同壓實(shí)區(qū)觀測點(diǎn)，分別編號(hào)為：2#-A、2#-B、2#-C、2#-D、2#-E、2#-F。

3#觀測點(diǎn) (路基高11.7m)分別在原地基、路基高3.0m處、6.0m處、9.5m 處（93%壓實(shí)區(qū)頂面）、10.2m 處（94%壓實(shí)區(qū)頂面）、11.0m 處（96%壓實(shí)區(qū)頂面）及路面頂設(shè)置共計(jì)七個(gè)不同高度和不同壓實(shí)區(qū)觀測點(diǎn)，分別編號(hào)為：3#-A、3#-B、3#-C、3#-D、3#-E、3#-F 和 3#-G。

2 觀測方法與觀測要求

2.1 觀測包括安裝或接桿時(shí)的觀測以及定期沉降觀測

當(dāng)導(dǎo)桿和導(dǎo)管安裝或接桿后對(duì)導(dǎo)桿頂要進(jìn)行水準(zhǔn)觀測。在施工期間每填土約1.0米高或間隔10天觀察一次，非施工期或完工后每間隔一月觀察一次。

2.2 每次設(shè)置及觀察要有具體負(fù)責(zé)人員到現(xiàn)場安排進(jìn)行

在沉降觀測點(diǎn)附近設(shè)置便于長期觀察的水準(zhǔn)點(diǎn)，并嚴(yán)格控制其水準(zhǔn)高程；有關(guān)觀察的設(shè)備、儀器在每次觀察時(shí)要進(jìn)行校核檢查，以確保每次檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；每個(gè)觀測點(diǎn)的每次觀察要統(tǒng)一由專人負(fù)責(zé)收集、整理，記錄要準(zhǔn)確、詳細(xì)。

3 施工情況

路基填筑施工嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行，同時(shí)將各壓實(shí)級(jí)區(qū)分別進(jìn)行提高，即90%→93%，93%→94%，94%→96%。土方填筑采用分層填筑，每層壓實(shí)厚度不超過20cm，填筑材料為低液限粉土和低液限粘土，每層填土壓實(shí)前需平地機(jī)整平，以確保填土壓實(shí)的均勻性。2#觀察點(diǎn)地基采用強(qiáng)夯處理，地質(zhì)條件有所改善，3#觀察點(diǎn)地基上鋪設(shè)有50cm厚砂礫石墊層作為隔離層，1#觀察點(diǎn)地基只進(jìn)行碾壓后直接進(jìn)行路基填筑。

4 觀測數(shù)據(jù)分析和結(jié)論

4.1 路基沉降隨著路基填筑高度的增加和時(shí)間的延長而增大，路基在填筑過程中，路基沉降速度較快，竣工后的路基沉降相對(duì)較緩慢。

4.2 路基沉降全部是地基沉降，路基填方本身基本不發(fā)生壓縮沉降，可以不計(jì)。說明路基各區(qū)域壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的選擇可以保證工程的施工質(zhì)量。地基沉降與地質(zhì)條件和填土高度（即地基單位面積受力）有關(guān)。地質(zhì)條件越好，填筑高度越低，沉降越小，反之，路基沉降越大。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，3個(gè)沉降觀察點(diǎn)的地基沉降值不同，以3#點(diǎn)沉降值為最大，究其原因，主要是因?yàn)槠涞刭|(zhì)條件較差，地基承載力小，且路基填筑高度大，其地基雖經(jīng)過砂礫墊層加固處理但并不能使其地質(zhì)條件有根本的改善。對(duì)于1#點(diǎn)本身地質(zhì)條件相對(duì)較好，因而1#點(diǎn)地基沉降相對(duì)較小。而2#點(diǎn)，雖然其地質(zhì)條件較差，但因其地基經(jīng)過強(qiáng)夯處理后地質(zhì)條件發(fā)生了根本的變化，使其地基承載力有了較大的提高，因而地基沉降也相對(duì)較小。

4.3 通過對(duì)沉降數(shù)據(jù)的觀察分析可以看到，路基沉降在路基填筑初始階段較慢，當(dāng)路基填筑達(dá)到一定高度時(shí)，沉降隨著填筑高度的增加迅速增大，當(dāng)路基填筑即將竣工和竣工后，路基沉降又呈緩慢增加形式，直至路基完全穩(wěn)定下來。分析原因如下：為確保路基本身不發(fā)生壓縮沉降，路基施工時(shí)，宜選擇低液限粘土或低液限粉土作為路基填料。填料要分層進(jìn)行，每層壓實(shí)厚度宜控制在10～20cm范圍內(nèi)。路基在初始填筑過程中，由于原地基具有一定的承載力可以承受一定高度填土產(chǎn)生的壓力，在地基容許承載力范圍內(nèi)，地基沉降呈現(xiàn)出類似彈性變化的形式，即地基沉降隨著填土高度的增加而增加。當(dāng)填土增加到一定高度時(shí)，即土方填筑產(chǎn)生的壓力等于地基承載力時(shí)，地基受力處于極限狀態(tài)。當(dāng)填筑高度繼續(xù)增加，地基承載力進(jìn)入強(qiáng)化階段，原地基土體結(jié)構(gòu)被破壞，地基土顆粒在外力作用下重新排列形成新的結(jié)構(gòu)，使地基承載力得到增強(qiáng)。地基土結(jié)構(gòu)的變化，是該階段地基發(fā)生明顯沉降的根本原因。

4.4 隨著路基填筑結(jié)束，雖然地基所受填土產(chǎn)生的土壓力趨于穩(wěn)定，但由于多種因素(施工、行車、自然因素等)影響并通過實(shí)際觀測資料證明，路基在完工后還不能立刻穩(wěn)定下來，需要經(jīng)過約八個(gè)月至一年時(shí)間，才能使路基逐漸趨于穩(wěn)定。但路基不會(huì)完全穩(wěn)定下來，還會(huì)發(fā)生很緩慢的沉降。因此為減少或消除地基沉降引起的質(zhì)量隱患，在路面組織施工時(shí)要充分考慮地基持續(xù)沉降而帶來的質(zhì)量病害。

5 結(jié)束語

綜上所述,通過對(duì)施工期間和竣工后沉降觀測數(shù)據(jù)分析，可以從中找出路基的沉降規(guī)律，判定高填方土方路基的穩(wěn)定性，為減少或消除路基沉降引起的質(zhì)量病害提供依據(jù)，為指導(dǎo)后續(xù)路基、路面施工提供理論支持。