高填方路基應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)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(yīng)力應(yīng)變也不斷增大，會(huì)使路基產(chǎn)生較大的壓縮變形，甚至產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。路基路面應(yīng)力應(yīng)變受路基填料壓實(shí)度、施工速度、填筑高度等因素的影響[1]，對(duì)路基穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生較大影響。路基應(yīng)變監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要是側(cè)向水平位移，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果可以確定滑動(dòng)面位置[2-3]。路基土壓力與沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以直接對(duì)路基的穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)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(dá)到2.5 m。為了提高地基穩(wěn)定性，采用超挖回填的方式進(jìn)行處治，施工前清除地表種植土，清除淤泥，采用砂礫進(jìn)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(yán)格控制填筑速率和壓實(shí)質(zhì)量，并在施工過程中開展應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證高填方路基安全穩(wěn)定施工。

2 監(jiān)測(cè)方案

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

該項(xiàng)目高填方路基應(yīng)力與應(yīng)變監(jiān)測(cè)采用測(cè)斜儀和土壓力盒，施工過程中將測(cè)斜標(biāo)埋設(shè)在路堤邊坡坡趾位置，土壓力盒埋設(shè)在路基基底和三級(jí)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(shè)測(cè)斜管，用于監(jiān)測(cè)路堤的水平位移，埋設(shè)深度應(yīng)在穩(wěn)定的硬土層或基巖以下50 cm以上，路堤兩側(cè)測(cè)斜管埋設(shè)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(hào)～5號(hào)，三級(jí)邊坡坡底位置5組，從左到右依次為6號(hào)～10號(hào)。土壓力盒埋設(shè)前開挖一個(gè)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(xì)料回填測(cè)坑，并開挖引線渠，使用PVC管保護(hù)引線，防止破壞。另外，為了保護(hù)土壓力盒，也可以將其放置在沉降板上。

圖1 路基應(yīng)力應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 監(jiān)測(cè)方案

測(cè)斜標(biāo)用于觀測(cè)路基的側(cè)向位移，測(cè)斜管用于監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)1次。在預(yù)壓階段，每2周監(jiān)測(cè)1次；在路面施工期間，每個(gè)月監(jiān)測(cè)1次。按照設(shè)計(jì)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(yīng)停止施工，該項(xiàng)目主要對(duì)側(cè)向水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。土壓力監(jiān)測(cè)可以分析路基的受力狀況，前期監(jiān)測(cè)頻率為3周/次，后期延長到一個(gè)月監(jiān)測(cè)1次，穩(wěn)定后3～4個(gè)月監(jiān)測(cè)1次。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 路基側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

選取K165+800斷面作為監(jiān)測(cè)斷面，在路基各施工階段對(duì)路基側(cè)向水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在2015年6月布設(shè)測(cè)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(shí)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(cè)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(dòng)面，但所產(chǎn)生的滑動(dòng)變形較小。通過進(jìn)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(dòng)面，但所產(chǎn)生的整體累計(jì)側(cè)向水平位移量較小，出現(xiàn)明顯滑動(dòng)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(cè)結(jié)果分析

為了準(zhǔn)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(cè)斷面作為研究對(duì)象，對(duì)路基基底和三級(jí)邊坡坡底土壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(gè)土壓力盒測(cè)量數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)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(duì)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(shì)，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(yù)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(huì)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(jí)邊坡坡底土壓力曲線變化情況，5個(gè)土壓力盒測(cè)量數(shù)據(jù)變化情況也基本一致，監(jiān)測(cè)過程中產(chǎn)生了一定程度的浮動(dòng)，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(yīng)路基的沉降變形。與路基基底土壓力變化趨勢(shì)一致，在路基填筑施工階段土壓力增速最快，預(yù)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(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 三級(jí)邊坡坡底土壓力變化曲線

結(jié)合路基沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)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(jié)論

結(jié)合高速公路路堤施工實(shí)踐，選取監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)測(cè)斜管和土壓力盒，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果得出以下結(jié)論：

a）分析路基側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)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(cè)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(duì)深度2.5～8 m范圍加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，防止出現(xiàn)滑動(dòng)變形。

b）分析路基土壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果，路基基底和三級(jí)邊坡坡底土壓力均在填筑施工階段增速最快，預(yù)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(jié)合路基沉降觀測(cè)結(jié)果，得出路基處于穩(wěn)定狀態(tài)。