甘肃省红层泥岩地区公路路基沉降观测方案研究

王天武 曹青霞

（1甘肃省兰州公路管理局，甘肃 兰州 730030；2甘肃省公路养护工程技术研究中心，甘肃 兰州 730030）

1 引 言

红层是我国工程建设中不可避免的区域性岩体，在近十多年来一直是岩土工程界研究的焦点之一。甘肃红层面积约87.799km2（如图1），是我国西部红层重要的组成部分。

图1 甘肃省红层分布图（据1:300万地质图清绘）

据不完全统计，甘肃省已建和在建二级以上公路达4109km，几乎每条公路都涉及红层。甘肃红层地区公路建设实践表明，甘肃红层地区自然灾害具有普遍性，红层变形破坏在一定时期内具有渐进性，工程地质问题具隐蔽性；红层地区公路工程病害日益突出，公路防灾减灾任务具有紧迫性。但是，目前对于甘肃省公路红层路基的沉降观测并没有引起重视。本文基于路基无损检测技术和智能竖向位移变形观测系统，提出红层泥岩地区公路路基沉降观测方案。

2 试验仪器与方案

2.1 试验仪器

1）地质雷达

研究中主要采用了美国劳雷公司生产的GSSI SIR-30地质雷达，采用主频为100MHz和200MHz的屏蔽天线来采集数据。现场采集如下图2所示。

图2 物探现场采集示意图

2）智能竖向位移变形观测系统

智能竖向位移变形观测系统由JMDL-4740智能数码沉降计及JMZX-256型自动化综合测试系统组成，长沙金码测控科技股份有限公司生产。JMDL-4740智能数码沉降计是一种埋入式电感调频类位移计，由位移计、测杆、锚头、沉降板等组成，其构成如图3所示。JMZX-256型自动化综合测试系统是一种功能强大的分布式全自动静态网络数据采集系统，由上位机、采集模块（MCU）、系统软件及相关配件组成，其构成如图4所示。

图3 JMDL-4740智能数码沉降计

图4 JMZX-256型自动化综合测试系统

图5 红层泥岩路基沉降观测方案

2.2 试验方法及方案

由于红层泥岩地质的复杂性，病害的隐蔽性和突发性，对于已建道路路基病害预警系统的建立存在一定的难度，本研究主要借助地质雷达、高密度电法等无损检测方法，对试验路段进行定期监测，对比不同时间扫射图谱变化，及时发现路基病害。在强降雨及春融季节，易引起湿陷性黄土病害发生，此时应加强高填方、桥头等易出现病害的部位的检测频率。尽快发现路基病害隐患，将可能发生的损失降到最低。

地质雷达具有工作效率高、检测速度快的优点，但是检测深度有限，对于深度超过5m的路基病害无法检测。对于超过5m范围的病害（高填方），需要采用高密度电法布线进行检测，逐点排查。预警方案见图5所示。

3 试验结果分析

3.1 不同地质无损检测方法对比

研究组通过对比雷达法，高密度电法，瑞雷面波法等多种路基检测方法，最终选定雷达法作为本研究路基沉陷观测预警的主要方法。但是，由于地质雷达检测范围有限，当检测深度超过5m后检测效果不佳，对于超过5m范围的病害（高填方），采用高密度电法布线进行检测。

3.2 智能竖向位移变形观测系统

2016 年G6京藏高速兰海段养护维修工程中，在路基沉陷处治技术干拌碎石桩施工过程中，埋设智能路基竖向变形观测系统，监测路基的竖向变形。

同时对其沉陷处治效果进行跟踪观测，监测路段内共设置10个单点沉降计用以观测工程施工后的路基竖向变形状况；监测路段位于K1615+898～K1616+988段，传感器沿路线走向和垂直路线两个方向布设，布设长度为90m。代表路段传感器及数据采集系统安装如下图6～图7所示。

图6 传感器及数据采集系统安装

图7 传感器布置图

由图8可见，根据沉降观测数据可以看出施工后6～7天内所有监测点均出现1～3mm的集中沉降，之后趋于稳定；通车近30天，干拌碎石桩施工路段出现1.5～4.9mm不等的沉降；沉降值最大的10#点即为中央分隔带两侧，最大沉降为4.9mm，沉降值最小的8#点即为紧急停车带，最大沉降量为1.5mm；道路纵向方向共6个监测点，通车近30天的沉降平均值为3.1mm；横向4个监测点，平均值为3.325mm。

表1 不同检测方法的优缺点

图8 各传感器监测结果折线图

4 结 语

通过采用地质雷达结合高密度电法的方法排查红层泥岩地质沉降隐患点，安装JMDL-4740智能数码沉降计，将监测数据实时传递到JMZX-256型自动化综合测试系统中，实现在线实时监测，当出现异常点时，发出预警。该方案极大程度的节省了人力物力成本和时间成本，将工程中的“事后管理”变为“过程中控制”及“提前预警”，极大提高了路面的施工质量及管理水平。