农村公路软基沉降变形监测实例分析

■吴先金 ■广西凌云县交通运输局公路所，广西 凌云 533100

在公路施工过程中，路堤在跨越软土区时，除了要保证其稳定外，还必须使变形不要太大。变形过大，沉降超过允许值，必带来过大的不均匀沉降，将会严重影响其使用。目前，高等级公路大量兴建，有些公路的软土段没有解决好变形问题，软土层厚的部分沉降较大，软土层薄或非软土段沉降较小，造成公路纵向沉降不均匀，路面的平整性受到影响，汽车无法高速行驶;尤其在桥头过渡段，问题更加突出。

土体的变形问题，不仅仅是指地基沉降，还包括侧向变形。土体侧向膨胀大，会使竖向沉降加大。而更重要的是，较大的侧向变形往往是地基失稳的先兆。无论是竖向变形还是侧向变形，在地基设计中应予以足够的重视。综上所述，在公路施工过程中，尤其是软土路堤的施工应注意监测填筑过程中和竣工后的固结强度和位移变化，这不仅是发展理论和评价处理效果的依据，同时也可及时防止因设汁和施工不完善而引起的意外工程事故。

1 公路施工监测

对公路施工监测所设置的监测点应在观测数据容易反馈的部位。地基条件差、地形变化大和设计问题多的部位和土质调查点附近均应设置观测点，如对于桥头纵向坡脚、填挖交界的填方端、沿河、凌空等特殊路段均应酌情增设观测点。无论在路堤的纵向还是横向，测点越多，测得的结果越能反映路堤真实情况。但测点多，无论费用、观测工作量、测点保护工作量都会增加，而且也会对施工造成不便。从满足监测需要与施工便利性考虑，一般路段沿纵向每隔100m-200m 设置一个观测断面。

沿河、临河等凌空面大且稳定性差的路段，必要时应进行地基土体内部水平位移的观测。对于每层软土地基需进行土体内部坚向和水平向位移观测。测点的设置不仅要根据设计的要求，问时还应针对施工中掌握的地质、地形等情况增设。同时应在公路施工期间对位移观测应采取每填筑一层土观测一次。如果两次填筑时间间隔较长，则应当采取每3d 至少观测一次。路堤填筑完成后，堆载预压期间观测应视地基稳定情况而定，一般半月或每月观测一次。对于公路路基孔隙水压力的观测，采取每填筑一层后，应每隔1h 观测一次，连续观测2d—3d。当路堤稳定出现异常情况而可能失稳时，应立即停止加裁并采取果断措施，待路堤恢复稳定后，方可继续填筑。

2 工程实例

某公路全长120.3km，该公路建设对于发展农村经济具有重要意义。但鉴于该公路地质情况复杂。在这样的软土地基上直接填筑路堤将会产生较大沉降，而且很难确保公路的稳定，为此在该公路施工过程中采取了监测。在堆土前，要求先把地表下2m 厚的硬壳土层破坏掉。具体做法是在插板机下部装上一块钢板，宽为1.0m。通过上部激振器的垂直作用力插入土层中，对2m 厚的硬壳土纵横切割。路堤填土高度3.4m，填土密度按19.6kN/m3 计算，预压荷载为66.4kPa。路堤底部宽为36m，上部宽为26m，坡度为1∶1.5，路堤顶部要求做成弓形，其坡降比为2%。

2.1 测量仪器布置

本区埋设的测量仪器主要有孔隙水压力仪、沉降仪和测斜仪。共埋设了8 个孔隙水压力测头，其中3 个测头置于亚黏土层中，4 个测头置于淤泥质黏性土层中，1 个测头置于深层亚黏土层中。分层沉降管共埋设了3 孔，其平面位置分别为路中心D1-1 孔，坡肩D1-3 孔和二者之间的D1-4 孔深度均在地表下19m 左右:每孔都埋了10 个沉降环。测斜管埋设了1 根，其位置在路堤坡脚处，深20m。

2.2 观测结果与分析

(1)沉降观测与分析。从典型的荷载一沉降时程曲线，从图中看出，该试验段从2 月中下旬开始填土，到8 月份结束，总历时170 天，其中2 月，3 月、4 月、7 月、8 月这五个月份填土缓慢，5 月、6 月两个月份填土速率较快。填土结束时，三个沉降孔实测最大沉降量分别为:23.4cm、18.7cm 和17.4cm，到第二年3 月止，预压时间达七个月，三孔实测最大沉降量分别为31.3cm、26.5cm 和22cm。根据典型的土体剖面图和荷载大小，用分层总和法计算该试验段的最终沉降量，由于土层上部2m 厚的硬壳层已经破坏，土的强度相应减低。理论上计算得到的各孔主固结沉降量分别为:D1-1 孔36.8cm，D1-4 孔为35.6cm，D1-3 孔为27.6cm。

根据实测的沉降资料，按双曲线法推算得到的最终沉降量分别为36.0cm，34.5cm 和28.5cm。由实测沉降过程线推算的最终沉降量与理论计算的比较接近。用推求的沉降量为参考值，将填土及预压期所发生的沉降与之比较，通过对比发现该土体的沉降变化有如下几个特点:①填土2.0m(相应的荷载为39.2kPa)时，沉降变形较小，三孔平均固结度为17%。②填土高3.4m(相应的荷载为66.64kPa)时，沉降发展较快，三孔平均固结度达印60%。③预压七个月后，沉降收敛较快，三孔平均的固结度达80%。

(2)沉降速率。通过荷载一沉降时程曲线发现，本段加荷大致可分为四个阶段:2.0m 填土时期，相应荷载39.2 kPa，历时较长共用了94d，平均加荷速率为0.42 kPa;2.0m～3.4m 填土时期，共用73d，平均加荷速率为0.38kPa/d。沉降速率看出，第一阶段平均沉降速率为0.61mm/d。第二阶段沉降速率为1.93 mm/d，第三、第四阶段则分别为0.51 mm/df 和0.18 mm/d。相应的压缩变形也是正常的，土体一直处于稳定状态。停止加荷后，沉降速率迅速减缓，收敛较快，经过200 多天预压，沉降速率已降至0.18 mm/d，沉降曲线己趋平缓。

(3)分层沉降。图1 是三个孔沉降仪实测的分层沉降曲线，它反映了不同深度土层在不同时间、不同荷载条件下的沉降特征。三个孔沉降仪所测的最大沉降量均在地表处，往下沉降沿深度递减，呈较好的规律性。绝大部分沉降发生在淤泥质黏性土层内，这层土的压缩量占总压缩量的85%。沉降结果发现，表层的亚黏土其压缩率约为2.2%，淤泥质黏性土的压缩率约为3.1%，加权平均值为2.92%。

图1 分层沉降沿土层深度的分布

(4)地表沉降差。路基中心的应力最集中，地表下任意深度处的竖向附加应力也最大，压缩变形也最大。通过三孔地表沉降变化发现，在不同荷载条件下路基的沉降变化，特别是差异沉降变化。中心孔D1-1 和路肩孔D1-3 相距13m、从填土初期到结束、其差异沉降一直稳定在7.0cm 左右。与其他试验断面比较，荷载初期就发生了7.0cm 的差异沉降，明显偏大。

就一般填土工程而言，差异沉降的发展都是由小到大逐渐递增，而该试验段为什么会从荷载初期就开始产生这么大的差异沉降呢?这里的主要原因，就是硬壳层被破坏了、表层土丧失了抗变形能力，荷载应力传递快，沉降发展相对也快，带来的差异沉降也大。

3 结语

本路堤填筑后，经七个月顶压，已完成了大部分的沉降、淤泥质黏性土的固结度已达80%以上，残余沉降量小于10.0cm，满足设计要求，各土层的物理力学指标有了显著提高。Cu 值提高了1.58 倍，预压效果良好。加荷初期沉降明显较大，差异沉降较大，侧向变形也较大。淤泥质黏性土层为主要压缩层，其压缩量占总沉降的80%以上，该土层是控制沉降变形的主要土层，应引起重视。孔隙水压力观测结果可作为加荷速率、固结度分析的主要依据。加荷时，当满足B 值≤0.6 时，填土速率可以适当提高。

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