談高速公路軟土地基沉降監測

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摘要:結合高速公路軟基處治案例開展沉降監測，全面闡述了地基沉降機理，對不同方法軟基處治效果進行分析。制定監測方案對軟基施工中和完工后的沉降量進行監測，分析監測數據表明處治后的軟基沉降均滿足設計要求，達到了預期效果。

關鍵詞:高速公路，軟土地基，沉降監測

引言

高速公路軟土地基處治不當，會造成路基路面結構出現較大的沉降變形，進而導致道路整體結構破壞。為了解決軟土地基沉降變形問題，通常采用強夯法、水泥攪拌樁法對軟土地基進行處治。為了準確確定軟基處治效果，布置測點在路基、路面施工過程中進行沉降監測，收集數據進行分析，作為分析軟基處治效果的主要依據。

1軟基的沉降機理

軟土地基承載能力差、強度低，在外界荷載作用下容易出現較大的壓縮變形。高速公路沿線分布廣，地基地質情況變化較大，準確掌握地基土的基本特性難度比較大。在路基填筑施工過程中，在路基填料重量的作用下，會使地基產生進一步的固結變形，使路基產生沉降變形。地基土的變形包括體積變形和形狀變形兩部分，體積變形時在正應力的作用下壓密地基土，使土體體積縮小;形狀變形是在剪應力作用下土體結構產生剪切破壞，使地基土形狀發生變化，進而使土體產生剪切破壞，地基沉降主要是由于土體體積變形引起的。地基土在外界荷載作用下，會產生壓縮變形，發生固結。外界荷載一部分由地基土中的水承擔，從而產生孔隙水壓力;另一部分荷載由土體骨架結構所產生的有效應力承擔。根據太沙基理論，孔隙水壓力和有效應力之和構成了地基土的總應力。土體在外界荷載作用下，產生沉降變形會經歷以下兩個過程:第一個過程是土體顆粒在外界荷載作用下產生壓縮和側向膨脹變形，此時壓應力沒有超過地基土所能承受的極限壓應力，因此土體顆粒的變形量較小;第二個過程是在壓應力超過極限壓應力，土體結構產生流體排出，這個過程中土體體積大幅縮小，水分和空氣被排出，進而造成地基產生沉降變形。

2聞合高速軟基沉降監測方案

2．1工程概況

聞合高速公路設計采用雙向四車道，路基設計寬度26mm，路線全長75．98km，設計車速100km/h。該高速公路處于黃土高原干濕過渡區，夏季濕潤多雨，冬季干旱少雨，降雨主要集中在夏季。該地區一年中平均氣溫最高月份出現在7月，平均氣溫為23．8℃，平均氣溫最低月份出現在1月，平均氣溫為－20．6℃。冬季冰凍厚度為56cm，冬季干燥少雨，冬歇期間應做好防護。該地區降雨主要集中在6月～9月，其中7月～8月降雨量最大，路基施工過程中應做好防排水設計，防止雨水浸泡。路線個別路段穿越軟土地區，主要為粉土、粉質粘土，軟土厚度為3．7m～8．7m，軟土區域地基土含水量高，承載能力差。為提高地基承載力，采用強夯法和水泥攪拌樁處治軟基路段，并制定監測方案對路基沉降變形情況進行監測，確保路基穩定性滿足設計要求。

2．2軟基沉降監測方案

該項目軟基處治后，進行路基填筑施工，由于施工工期緊張，填筑施工速度快，為了控制路基沉降變形，在路基填筑完成后對軟基沉降情況進行控制。結合路基填筑高度布置監測斷面，在每個斷面布設沉降板、測桿開展監測工作。為了準確確定各路段軟基沉降情況，分別在強夯法和水泥攪拌樁處治路段布置監測斷面和觀測點。監測斷面間距為150m～200m，在路基與橋梁、涵洞等構造物連接處適當加密。沉降監測采用電子水準儀、銦鋼尺進行觀測，測量精度必須滿足二等水準測量要求。根據路基實際情況確定觀測頻率，對一般路段，觀測初期1次/(1～2)d或1次/3d，如出現沉降突變增加觀測頻率至1次/d，完工后或冬歇期1次/14d。路面施工后6個月1次/(10～15)d，通車運行0～3個月1次/月，4個月～12個月2次/月。

3軟土地基沉降監測結果分析

3．1施工中路基中心沉降變形分析

為了準確確定路基中心在施工過程中的沉降變形情況，選取有代表性的斷面進行沉降變形分析。在路基填筑過程中，分別在每次填筑完成后進行路基沉降觀測，記錄變形數據如表1所示，繪制沉降量—填高—時間曲線如圖1所示。分析監測斷面監測數據和變化曲線初期該監測斷面路基中心沉降變化速度較快，后期變化速度趨緩。這主要是由于施工期間隨著路基填筑厚度不斷增加，軟基上部荷載不斷增加，在荷載作用下軟基不斷被壓密和固結。施工初期沉降變形大，瞬時沉降速率高;在填筑施工后期，軟基固結變形逐漸下降，沉降速率下降，變形曲線逐步趨于平緩。

3．2軟基沉降結果分析

為了準確確定軟基沉降變化情況，在路基填筑施工過程中，完工后分別進行監測，收集數據分析軟基變形情況。項目施工過程中先后布置60多個觀測斷面，分別在路基填筑施工階段、完工后和路面施工階段開展沉降監測。軟土地基采用強夯法、水泥攪拌樁進行處治，分別在各處治路段選擇監測斷面，其中斷面一、斷面二位于強夯處治路段，斷面三、斷面四和斷面五位于水泥攪拌樁處治路段。該施工區域軟土地質主要為粉土和粉質黏土，監測斷面布置如圖2所示。監測時間自2018年8月開始，一直持續到2019年2月，監測結果如表2所示。分析表2數據，軟土路基沉降監測時間為7個月，5個監測斷面監測時間分布范圍201d～210d。各監測斷面最大沉降量達到了95．4mm，為斷面四，遠小于規范要求的300mm，位于水泥攪拌樁處治路段。斷面二沉降量最小，為83．1mm，位于強夯處治路段。最終月沉降量為0．1mm～0．3mm，說明軟基沉降已基本趨于穩定。通過對比分析，強夯法處治路段沉降變形量低于水泥攪拌樁處治路段，說明強夯法軟基處治效果更好。

3．3軟基沉降速率分析

分析五個斷面監測結果，各斷面沉降監測結果見表3，分析圖3曲線變化情況，在監測初期，路基沉降變化速度快，且隨著路基荷載的增加，沉降速率迅速增大。這是由于路基施工階段，路基填筑厚度不斷增加，荷載不斷增大，軟土地基在荷載作用下逐漸產生固結和壓密，加快了沉降速率變化速度。路基填筑完成后，路基沉降速率明顯下降，且隨著時間的增長，沉降速率不斷變小，到路面施工階段路基沉降變形速率接近于0，遠小于規范要求的3mm/月，說明路基沉降變形已基本趨于穩定。

4結論

通過對處治后高速公路軟土地基開展沉降監測工作，對路基、路面施工過程中和完工后軟基沉降情況進行分析，得出以下結論:1)分析監測斷面路基中心沉降監測結果，得出路基填筑施工初期沉降變化速率較快，后期變化速率趨緩，這是由于施工初期軟基壓密和固結變形大，后期變形小造成的;2)分析軟土路基沉降監測結果，得出各監測斷面最終沉降變形量均小于規范要求的300mm，滿足設計要求，且強夯法處治的軟基沉降變形較水泥攪拌樁處治路段小;3)分析路基沉降變形速率曲線，得出施工前期軟基沉降變形速度快，后期逐步趨于穩定，且沉降速率小于3mm/月，說明沉降變形趨于穩定，達到了預期的處治效果。

參考文獻:

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作者：李培樂 單位：山西機械化建設集團有限公司