高速公路软土地基施工监控

2018-12-06石阳威张建维

山西建筑 2018年31期

石阳威黄祥张建维

(长江九江航道处，江西九江 332000)

1 工程概况

镇丹高速公路位于镇江市东部地区，是连接泰州大桥与镇江新区、丹阳的重要通道，道路全线采用双向四车道的建设标准，设有多个互通式立交。地质勘探调查表明，该线路部分区间存在软土层，主要是稻田软土，分布面积广，大部分软土层的厚度在2 m～3 m，局部地区软土层达10 m以上。对于软土层厚度较小路段，考虑采用换填土方法进行处理。对于厚度较大的软土层，通过多方案的经济技术分析，强夯置换+加筋+填土预压的地基处理方案具有施工简单、工程造价低、质量可靠的优势，但必须严格控制路堤填筑的施工速度，确保路基土体充分固结后，再进行下一层土体填筑。

施工监控标准是控制路堤稳定的关键，参照有关规范及类似项目设计要求，地基沉降(路堤中心点)不超过1.0 cm/d，侧向位移不超过0.5 cm/d，否则须停止填土施工，待孔隙水压力消散。根据工程设计要求，在软土地基施工过程中，需重点监测路堤沉降、侧向位移和孔隙水压力等指标[1,2]，并根据观测成果及时采取有效防护措施，确保路基稳定性。

2 施工监测技术

2.1 监测设备布设

软土地基施工监测主要采用水准仪、经纬仪、全站仪、断面沉降仪、测斜仪和孔隙水压力计等设备对典型路段的断面沉降、坡脚侧向位移和孔隙水压力等项目进行观测。为保证监测成果的准确性和可靠性，在工程施工中应及时埋设相应传感器，通常遵循整平场地、放样、挖沟、埋管和回填的布设流程。

沉降监测分为路堤表面沉降监测和地基沉降监测。其中，路堤表面沉降监测采用沉降板和水准仪或全站仪[3]，在所有路段实施观测；地基沉降监测采用测斜仪辅以水准仪或全站仪，仅在重点路段进行测量。沉降监测管埋设于地基面上，碎石(砂)垫层下，重点路段设置2个～3个断面。沉降板埋设于软土路堤的顶面，每个监测路段设置2个～3个断面，各断面在中心点和路肩边缘设置3个观测点。侧向位移监测采用测斜仪辅以经纬仪或全站仪，每个监测路段设置2个～3个断面，各断面埋设6个点，分别位于坡脚、坡脚外2 m处、坡脚6 m处(路堤两边对称埋设)。孔隙水压力监测采用振弦式孔隙水压力计，每个监测路段设置2个～3个断面，各断面分别在路堤底面中心点、路肩点和坡中点3个位置布设观测点，每个点位埋设2只孔隙水压力计，埋设深度为2 m，4 m处。

2.2 观测要求

对于埋设的各测试传感器和测试线路，应采取合理保护措施保证数据传输的可靠性，在整个观测周期内保持稳定。为分析填土前后路堤的变形情况，通常在每层填土前后均需采集各仪器的测试数据。降雨会导致路基湿软，路基承载力下降，地基变形较大，在下雨前后也需采集各仪器的测试数据，若降雨持续时间较长，则每3 d采集各仪器的测试数据，便于进行雨天路堤的变形分析，防止意外情况发生。为保证路堤的持续稳定运营，在路堤填筑结束后，还应按照一定的频率采集仪器的测试数据，如遇反常情况需每天观测1次～2次。断面沉降观测要求前后两次观测沉降不超过0.2 cm时结束观测，孔隙水压力观测要求前后两次观测值没有明显变化时结束观测。

观测前应按要求仔细校核各观测仪器设备，必要时需按要求进行标定。观测基准点与被观测对象的位置关系应适时校核，不少于每周一次。各观测项目应由专人负责，不得随意更换观测人员。

3 变形分析与控制

变形监测数据的整理与分析是施工监控最为重要的环节。沉降、侧向位移和孔隙水压力监测数据是软土路基施工稳定性控制的关键数据。由于本工程软土地基处理方案对填土加载时间要求较高，施工应严格按设计的填土加载曲线加载填土。监测数据反馈是控制路基施工稳定性的关键，有助于设计人员及时提出施工建议。

3.1 断面沉降

取K1+324～K1+468段路基断面中心和两侧路肩边缘3个点的沉降监测数据，由图1所示的时间—沉降量关系曲线可知，该路段地基沉降均匀，分层填筑初期沉降速率增大，固结期间趋于稳定，未出现异常情况，满足设计要求。此外，结合前期实测沉降数据，可采用三点法反演固结系数，再通过高木俊介法估算分层逐级加载沉降量；或利用GM(1,1)模型预测后期沉降量[4-6]。

3.2 侧向位移

取K3+164～K3+322段路堤一侧3个点的侧向位移监测数据，由图2所示的时间—位移量关系曲线可知，该路段地基侧向变形顶部大于底部，分层填筑初期变形量增加，固结期间保持平稳，未出现异常情况，满足设计要求。此外，根据断面沉降反演的固结系数，可采用基于Boit固结理论的有限元方法计算侧向变形趋势；同样，可借助前期实测位移数据，利用GM(1,1)模型预测后期侧向位移。

3.3 孔隙水压力

取K4+240～K4+390段路堤底面中心点的孔隙水压力监测数据，由图3所示的时间—孔隙水压力关系曲线可知，该路段地基孔隙水压力，分层填筑初期回弹增加，固结期间逐渐减小，未出现异常情况，满足设计要求。此外，根据孔隙水压力消散值，可推测固结系数，综合断面沉降反演的固结系数，采用基于Boit固结理论的有限元方法计算孔隙水压力变化趋势。

3.4 控制措施

在实际施工过程中，当出现断面沉降观测点的实测沉降速率大于1.0 cm/d或发生突变；侧向位移观测点的实测变形速率大于0.5 cm/d或发生突变；实测孔隙水压力大于上覆荷载的60%(上覆荷载按填土高度和土体密度估算)、填土增量与孔隙水压力增量关系发生突变；各类监测数据预测值达预警值时，应立即通知停止施工填筑，待沉降及侧向变形稳定，孔隙水压力消散后，方可继续填筑。