公路路基沉降的先进监测技术及工程应用

齐晓楠，毛建影

(东营市公路勘察设计院(山东中咨公路咨询设计有限公司)，山东 东营　257091)



公路路基沉降的先进监测技术及工程应用

齐晓楠，毛建影

(东营市公路勘察设计院(山东中咨公路咨询设计有限公司)，山东 东营257091)

摘要：分析了传统的路基沉降监测技术的不足，并结合工程实例，阐述了开发先进沉降监测技术和沉降理论模型，对监测和预测公路路基沉降的重要意义。

关键词：公路；路基；沉降；监测

1自动化、全天候的路基沉降监测

(1)基于霍尔多磁感应的激光测距方法

将多磁霍尔传感器、激光测距等技术相结合，开发了一种路基沉降自动测量系统。在路基垂直沉降方向上的特点位点上设置多个磁环，磁环位置和间距固定。在测量时，采用单片机控制步进电机下降，一旦电机下方的多磁霍尔传感器遇到磁环，会引发霍尔效应，并产生触发信号反馈给单片机，单片机产生2路信号，分别用于停止步进电机和启动激光测距仪，测量磁环到激光器的距离，并自动将数据通过通信网络传输给计算机，通过磁环位置的变化计算出路基沉降量。

工程实例：济南西客站车站设置有2条正线、15条到发线、1个侧式站台和7个岛式站台，其站场路基位于深厚松软土地基区域，施工时为了减少工后沉降，依次进行了CFG桩路基加固处理和堆载预压排水固结处理。2009年11月，在济南西客站进行了沉降测量系统的现场安装和调试，分别在3个路基沉降观测断面，即DIK420+494、DIK420+500和DIK419+506上埋设了一套垂直分层沉降与横向位移测量子系统和表面沉降测量子系统的目标星点，并在随后3个月内对路基断面的沉降进行了全方位的监测，并通过Internet网络远程传输监测数据。在3个月的监测期内，路基各分层较稳定，磁环高程基本保持不变，最大沉降量仅为3mm，说明该处路基在堆载预压中后期并未发生明显变形。

(2)基于光纤传感监测技术的路基监测系统

近年来，光纤传感监测技术开始广泛应用于隧道、边坡、大坝、桥梁、路基等领域的监测，该技术利用光纤光栅解调装置监测光栅布拉格波长的漂移量，进而计算出外界的应变变化量，具有灵敏度高、抗静电干扰、可实时传输网络数据等优点。如图1(a)所示，在路基中设置直径大于200 mm的圆盘，下端依次连接有光纤光栅位移计和测杆，当路基沉降时，带动圆盘沉降，此时光纤光栅位移计可以感应到土层的位移变化。

工程实例：在德兴至南昌高速公路的D10标段，公路路基为软质路基，其中0～3.5 m内为粉质粘土、3.5～5 m内为淤泥质土、5～8 m内为粉质粘土、8 m以下为细砂和圆砾，该标段软基采用了CFG桩进行加固处理。本次软基沉降监测现场，在路基断面的监测孔内埋设了光纤光栅位移传感器，并选择了解调进度为1 pm的光栅解调仪器。如图1(b)所示，在路基填筑期间，整个软基沉降控制较好，但是在1月和3月中旬，沉降速率超过了10 mm/d，不过通过加快填方速率，使沉降得到很好的控制。因此，利用光纤光栅监测技术可以对路基沉降数据进行实时、连续监测，避免出现大面积公路病害，同时与传统的沉降板监测相比，其监测精度大幅度提高，可以避免常规监测的数据大幅度偏移误差。

图1　光纤光栅传感监测与常规沉降板监测的数据对比

2建立沉降模型，预测路基沉降趋势

目前，常用的预测沉降的理论方法有基于土的本构模型的Biot固结理论模型和基于沉降实测数据的推算模型，如双曲线法、S型成长模型等。其中，前者与工程实际存在较大差距，而后者则根据大量的沉降实测数据，建立合理的预测模型，对预测路基未来沉降量具有重要意义。

工程实例：深圳滨海大道全长9.66 km，其中7.25 km位于潮间带和水下浅滩，存在大量的淤泥层，为软基沉降监测的重点路段。在该路段的K1 +800 试验段，铺设沉降板进行地表沉降监测。在施工期间，每填筑一层土观测一次；在路堤填筑后的堆载预压期，每半月或一个月观测一次。如图2(a)所示(曲线4)，沉降板监测的沉降量呈“S”形趋势变化。

图2　沉降板监测和几种S型成长模型预测路基沉降量

同时，还采用几种“S”型成长模型对路基沉降趋势进行了预测。在220 d前，Gompertz模型、Pearl模型、Weibull模型均可以很好的预测的沉降趋势，与工程实测沉降量基本一致，但是在220 d后，3种模型预测值与实测数据均存在较大误差。不过，将上述3种模型组合，并给每个模型设定一定的变权重系数，构建了一种变权重组合S型模型，从而更加精确的预测了路基的沉降量变化(图2b)，与工程实测数据基本一致。

其中，1为Gompertz模型，2为Pearl模型，3为Weibull模型，4为实测数据

3结论

随着国家公路网的建设，公路建设区域的地质和人文情况的复杂性增加，给公路的路基建设增加了很大难度，很多公路将使用特殊路基，甚至不良路基，如软土地基等，更易引起路基的沉降。因此，在施工和工后使用过程中，非常有必要实时监测路基沉降的变化情况，根据实测沉降数据分析路基沉降的规律，并在出现异常情况时及时采取有效的控制措施，以避免大面积路基沉降对公路的破坏。

参考文献：

[1]万星.公路填筑路基沉降监测施工控制技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2013.

[2]郏东耀.基于GIS的公路路基沉降监测系统[A].现代测量技术与地理信息系统科技创新及产业发展研讨会论文集[C].2009：93-97.

[3]刘优平，吴文清，黎剑华，等.高等级公路软基沉降光纤光栅监测技术研究[J]. 建筑科学，2013，29(9)：21-24.

收稿日期：2016-03-11

作者简介：齐晓楠(1978-)，女，吉林长春人，工程师，研究方向：路基。

中图分类号：U412

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)06-0093-02