豫南平原区高速公路软弱土地基处理及沉降规律监测研究

邵良帅

摘要：软弱土地基处理方法与效果评价在豫南平原地区高速公路路堤中的技术适用性与可靠性及经济性对比，选择合理的处理方法可以提高高速公路路堤软弱土地基承载力，减小施工期地基沉降及工后沉降具有重要的意义，沉降监测可以指导路堤填筑速度，减小工后沉降，增加路堤的稳定性，具有一定的实用价值，可为更多的高速公路路堤软弱土地基处理及沉降监测提供借鉴。

关键词：软弱土地基；沉降规律；监测

随着国家经济的发展和高速公路网的完善，公路建设也在不断地向县区及乡镇延伸，在豫南平原区修筑高速公路，为了满足当地经济的发展和路线线型的要求，线路不得不穿越稻田、池塘、坑道、低洼积水地带或宽阔渠沟地带，如果在这些软弱土地段修筑公路路堤，势必会引起原有地基的沉降，填方越高，沉降越大，若软弱土地基处理不当，在施工填筑期间将会引起路堤沉降速率过大，引起路堤失穩或变形过大，同时路基工后固结沉降过大也会引起路面结构层开裂，也导致路面反射裂缝或不均匀沉降，对后期的公路运营造成一定的隐患，或给工后维修加固带来困难，另外，路基沉降也是引起桥头跳车或涵顶跳车的重要原因，所以，在设计与施工阶段很有必要对软弱土地基进行加固处理，以减小施工期的沉降和工后运营期间的沉降，保证工程建设质量，为了评价地基处理效果或未处理低填方段路堤的沉降规律，很有必要对路堤地基进行沉降监测和水平位移监测，对施工作业进行指导，为工后沉降作出预测，并为类似路段的公路路堤工程建设提供借鉴与参考。

一、软弱土地基处理方法

目前软弱土地基处理的方法，根据工程应用要求及荷载条件，也呈现出多种多样，主要分为四大类十六小类的处理方法，1.地面上处理方法：垫层，堆载预压，粉煤灰路堤，土工泡沫路堤，现浇泡沫轻质路堤，吹填砂路堤，加筋路堤，反压护道路堤；2.地下浅层处理方法：碎石垫层，灰土垫层，抛石挤淤；3.地下深层处理方法：动力挤密与置换（强夯或爆破），固结排水（砂井排水、塑料排水、真空预压或堆载真空预压），复合地基（碎石桩，水泥搅拌桩或水泥粉煤灰搅拌桩），刚性桩（钢筋混凝土桩，预应力混凝土桩或管桩）；4.软土隔离墙。每一类处理方法根据施工机械、材料性质、处理范围、地基承载力和沉降要求等都有其适用范围，一般地软弱土地基处理，根据路堤荷载大小，需要满足以下处理原则：

第一，满足地基承载力与变形要求，能够承受地基上部结构的自重及重型车辆荷载不致于产生局部或整体剪切破坏或过大的变形；

第二，要满足受到动荷载作用时不致于发生液化、失稳或塌陷等灾害；

第三，要满足透水性要求不致于在施工期间或工后出现涌土、流沙或边坡滑动等事故；

第四，特殊土地基稳定性要求，不致于在湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土等特殊土上的结构变形过大或破坏。

软弱土地基处理稳定控制指标应满足《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）对公路软土地基处理的工后沉降要求，对于高速公路要求桥台后路堤处沉降小于10cm，涵洞或通道处小于20cm，一般路堤段要求小于30cm。

目前对于软弱土地基的沉降计算及工后预测方法根据土体的物理特性及强度性质，有两类处理方法：1.理论公式方法，在确定荷载作用下依据土体的应力增量作用下的压缩变形特点，采用土的应力应变关系估算地基沉降量；2.数值模拟方法，通过计算机建模和合理化参数输入，得到相应的沉降量，现阶段这两种方法各有优势，工程中应用可以互为补充。同时为满足工程建设要求，公路行业在对软弱土路堤地基处理与研究的基础上，制定了相应的规范，以指导施工，例如《公路路基设计规范》，《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》，对我国的高速公路软弱土地基处理与监测具有一定的指导意义。

二、工程概况

项目位于河南省淮滨至信阳高速公路（s62）息县至邢集段，地段内路堤填筑工程穿越大量稻田、池塘、河渠深沟地带，设计根据土性指标进行地基处理，主要包括：换填土压实、抛石挤淤、石灰土压实换填、碎石桩或素混凝土桩等处理方法，主要采用土体强度增强的特点进行理论计算，辅助计算机建模计算，评价软弱土地基处理效果。

三、软弱土地基处理及沉降规律监测及关键技术的应用

随着我国公路建设密度的增加与路网的完善，路堤填筑还会遇到较多的软弱土地基，研究成果不仅指导本条高速公路路堤的施工与建设，合理选择地基处理方案，减小路堤施工期间的沉降量和工后沉降，提高工程建设质量，也将为其他类似的软弱土地基处理与沉降观测提供借鉴与指导意义，其社会与经济效益良好，应用前景广阔。

（一）设备及仪器

观测仪器采用S、S型水准仪。S型水准仪作二等水准测量用，主要用于工作基桩校桩标高检测，配铟钢水准尺，观测精度应小于1mm；S型水准仪在路堤填筑期和路堤恒载期内作三等水准测量用，配备铟钢尺，按二级中等精度要求进行观测，观测精度应小于1～2mm，沉降观测仪器设备见表1所示。

（二）技术应用

为控制好软弱土路基的稳定和沉降，指导软弱土路基的施工，根据交通部《公路软土地基路堤设计和施工技术规范》（JTG D30-2015）规定软土地基路堤的施工过程中必须进行沉降和稳定监测。针对淮滨至信阳高速公路现场软弱土路基的特点，制定相应的监测方案，按监测实施方案进行软基监测监控。监测措施主要采用沉降板观测地基表层沉降。

（1）沉降板埋设及观测

根据地质资料，选取软弱土层厚较大和填方较高的路堤段，断面埋设沉降板。沉降板埋置于路堤中线和左路肩、右路肩的基底，每一剖面埋设3块沉降板，当设有砂垫层时，沉降板埋置于砂垫层下、软弱土地基之上。观测时按设计的桩号断面将沉降板埋入土层中，实际操作时，当铺第一层填料压实后，按设计的桩号断面在压实面上挖去填料至原地面，坑底整平，将带有第一节沉降杆、护管、护盖的底板放入坑内，使其紧贴原地面，用水平尺校正使板面水平，随即测量沉降管的高程（初读数），然后回填夯实；当第二层填料施工完毕后，在所埋沉降板位置挖去填料，至露出护盖，取下护盖，测定原杆顶标高，其标高与上次杆头标高之差，即为两次观测期间的沉降量；然后连接下一节沉降杆、护管，观测杆顶标高，盖好护盖，回填夯实，接着填筑下一层填料依次类推，每接高一节测杆要观测测杆原杆顶标高和接上下一节测杆后的杆顶标高，直至施工结束。

（2）沉降板制作

沉降板是由厂家统一制作，沉降板是由钢底板、金属测杆、管箍、保护套管和套管帽（堵头）等组成。底板尺寸采用50cmX50cmX5mm，金属测杆根据需要将其做成由直径为3.3cm、长度为25cm和30cm两种不同规格的钢管，采用5cm长、直径为3.1cm的接頭管箍与金属测杆进行连接，保护套管采用直径为10cm的PVC管，分节长40cm。

（3）基准点设置

水准基准点要根据施工导线点和水准点的分布和数量，以及现场监测断面的布置来确定，在沿线设置沉降观测的工作基准点和校核基准点，并与施工单位提供的控制点进行了联测，建立起满足沉降监测的平面、高程三维控制网。当桥梁构造物的修建完成，将原地面的高程基准点均引测至桥台耳墙上，按实施方案，每两个月对高程基准点进行了联测、校核。

用于水平位移和沉降观测的基点桩埋设在变形区以外的原状土层上，基点桩距路堤坡趾的距离为2倍路堤基底宽。

基点桩采用桩径为φ108mm的小型钻孔灌注桩，采用钻机成孔，桩中心放φ48mm×2mm钢管，遇丘陵或有岩体露头处，基点桩可采用边长为20cm的钢筋混凝土预制方桩，埋置时保证打入硬土层不小于2.0m。桩周顶部50cm采用现浇混凝土加以固定，并在地面上浇筑1.0m×1.0m×0.2m的观测平台，桩顶露出平台15cm，在顶部预埋小段钢筋作为固定好的基点测头。

（三）技术难点

研发难重点，需要克服的技术难题：

（1）软弱土地基处理方法比较及处理深度和范围的选择问题；

（2）原状软弱土室内试验参数的获取较为困难；

（3）随着填土高度的增加，须要设置新的固定转点桩，对于转点桩的保护，测量精度与误差的校核；

（4）施工对沉降仪器的影响较大，每层测量中对沉降杆的定位与开挖，以及测量过程中仪器的填埋与保护；

（5）沉降计算方法的选择与工后沉降预测的准确性对比。通过对豫南平原区高速公路路堤软弱土地基处理及沉降规律的研究，能够合理地选择地基处理方案，指导路堤填筑速度，预测工后沉降，保证工程质量。

四、结束语

综上所述，通过本项目的研究，可评价软弱土地基处理效果，沉降监测可指导路堤填筑速度，高预测路堤工后沉降，保证工程建设质量，减小路面结构层开裂或不均匀沉降，降低运营加固费用，预期研成果与价值具有广阔的应用前景。