高填路堤沉降自动化观测技术及沉降规律研究

2021-05-04问武华

内蒙古公路与运输 2021年2期

问武华，樊刚

（中交二公局东萌工程有限公司景文标项目经理部，陕西西安 710000）

1 引言

山区公路高填路堤沉降规律的探讨已成为我国高等级公路修筑面临的关键问题[1]。目前国内学者主要采用数值计算或通过有限元法建立相应的模型来预测和分析不同因素对高填路堤的沉降特性的影响[2-6]，而根据现场实测沉降资料进行预测分析的研究较少。刘志强等[7]采用自动化设备监测了云湛高速的路基总位移并得到了其与监测时段的关系；葛苗苗等[8]采用FEM计算并反演预测了黄土高填路堤的沉降起因，得到了较为理想的反演参数；李占锋[9]通过实测山区高速公路的沉降数据并建立模型，分析了施工工艺和地质条件等因素对路基沉降的影响；杜雁鹏[10]通过对比降雨前后高速高填路堤段的沉降变化讨论了沉降规律和机理。尽管数值计算法和有限元法能够模拟路堤沉降，但由于路堤填土材料的复杂性，试验得到的材料参数并不具有很好的规律性，因此数值模拟等理论方法很难找到能够同时符合多因素影响效果的合适模型。而实测沉降资料是在实测数据的基础上通过预测法获得，能够较好的反映路堤沉降的规律，从而可以达到理想的预测效果。

目前，实测沉降多采用水准尺、观测桩、沉降板及水平测斜仪等传统的监测方法，但这些观测办法过于麻烦，且精度不够高，因此本研究采用精度高、无线通信传输、低功耗、密封性好、可靠性高且稳定性好的单点沉降计，对路基进行全自动检测，对比研究了其与常规路堤沉降测试方法的差异，在此基础上分析高填路堤沉降自动化检测技术的优势，并得出沉降规律。

2 工程概况

2.1 工程简介

浙江景宁至文成第五合同段为试验的沉降监测对象，线路起点位于西坑镇南坑垟村，终点位于大峃镇樟坑村，主线路基为双向四车道高速公路标准，设计车速80km/h，整体式路基宽25.1m，分离式路基宽12.75m。路线全长9.415km，其中高填方路基位于景文第五合同段（道路桩号YBXK0+000-YBXK0+459），最大填方高度32.4m。平面布置图如图1所示。

2.2 水文地质条件

工程区属亚热带季风区，受地形变化的影响，气候垂直差异和层次分布明显，年平均降雨量为1589mm。场地勘探深度可划分为填土、含砾粉质黏土、全风化安山岩、强风化安山岩、中风化安山岩。

图1 平面布置图

2.3 高填路堤施工处理措施

为提高路堤强度并降低工后沉降，需对高填路堤做如下特殊处理。

①采用隧道废弃石料填筑路堤。

②填石路堤和下路床之间设置40cm 过渡层，采用粒径不大于15cm 的宕渣填筑，单层铺筑厚度不大于20cm；过渡层底面设置一层无纺土工布，下路床采用宕渣填筑，粒径不大于10cm，单层铺筑厚度不大于20cm，上路床采用级配碎石填筑，单层铺筑厚度不大于15cm。

③压实过程中每隔5m 采用强夯措施进一步提高路基压实度。

④填实路基坡面采用块石码砌，同时边坡平台设置爬藤客土槽，上部路床和过渡层路基坡面采用植草灌绿化防护。

⑤采用挡墙或护脚增强路堤的稳定性与耐久性，护脚采用C20片石混凝土现浇并设置排水平孔，具体高填方路堤特殊处理断面图如图2、图3所示。

3 路基沉降监测分析

3.1 沉降监测仪器

图2 高填方路堤特殊处理断面图

图3 YBXK0+210高填方路堤特殊处理断面图

本次研究分别采用水准尺常规监测和单点沉降计全自动监测设备进行平行试验，基于两部分路堤沉降监测数据，分析自动化监测与常规监测差异。工程监测仪器分别采用测量精度为1mm 的3m 双面水准尺和单点沉降计。单点沉降计工作时主要依托设置在监测点高程处的沉降板，可与路堤达到同步沉降，使得活动导磁体与感应线圈发生相对位移并将此信号传输到读数仪，最后通过与单点沉降计相连的导线远程输出到终端设备，从而达到沉降数据进而达到实时监测的目的[11]。本次选用的单点沉降计灵敏度0.05mm，自编号传感器量程为200mm，精度为0.01mm，内置存储功能要求存储数据可达1600 条，通用读数仪测量范围为6000Hz。如图4所示。

图4 单点沉降计安装示意图

3.2 沉降监测点的布设方案

本次沉降监测选定YBXK65段300m试验段作为监测对象，根据设计文件及规范要求将断面监测间距设为100m，试验段横断面示意图如图5 所示。在各横断面路堤顶根据高程的不同分别设置3个监测点，单点沉降计分别埋放在距两侧土路肩边缘30cm处的地基顶面以及横断面位置在路基中央的地基顶面，并按照观测点距地面线深度从高到低依次记为1#、2#、3#，沉降计布设编号如表1所示。

3.3 沉降观测结果分析

图5 高填方段沉降监测断面及监测点布设图

选取试验路段的施工期（2019年11月15日至2020年10月15日）为本次研究的监测期，每相隔30d到各编号位置处采用水准尺手动多次测量沉降值，并与采用单点沉降计连接的无线设备实时采集的路基高度数据对比，监测期内12 次常规监测数据和自动采集设备所收集的各断面监测点沉降数据见表2和表3。

根据表2和表3的高填路堤段沉降监测结果，绘制常规监测和自动化监测的不同断面监测点处的沉降曲线如图6和图7所示。

根据图6 和图7 的试验路段各监测点处的累计沉降曲线可知，同一路段上三个横断面上的最大沉降值均发生在1#处，且整体沉降量随着观测点距地面线高程的降低而逐渐减小。而对于所有的监测点，沉降量随观测时间的增加均表现出相似的趋势，即在第一个观测月，累计沉降量呈直线式上升，随后沉降增加速率显著减缓，当观测天数达到十个月后，沉降量基本趋于稳定[12-14]。由此可以判定，路堤填土完成十个月后沉降已基本稳定，可以进行下一步的面层施工等工序。

表1 高填方段单点沉降计布设位置编号及高程

表2 水准尺常规观测沉降监测结果 mm

表3 单点沉降计自动化观测沉降监测结果 mm

图6 常规监测高填路堤沉降量与观测时间关系曲线

图7 自动化监测高填路堤沉降量与观测时间关系曲线

此外，由于本次监测所取断面位于同一路段且间距较小，因此不同断面同一高程处监测点的沉降值应相差不大，而对比图6 和图7 发现，尽管采用常规监测手段和自动化观测得到的沉降量相差不大，但采取常规监测数据的起伏波动明显大于采用自动化观测得到的累计沉降量，从侧面反映出采用单点沉降计的自动化观测具有可靠度高、稳定性好的特点。因此，采用自动化观测得到的沉降量均值对实际工程中预测路基沉降提供了参考。