高速公路軟基沉降變形監(jiān)測與分析
2015-05-22
廣佛高速擴建工程全長15．18 km。佛開高速所在地為珠江三角洲平原地帶，沿線近一半路段為軟基地段，主要地貌類型為海沖積向平原，沿線表層基本為0．9～3．2 m 厚填筑土，在填筑土下廣泛分布一層軟土，基本由淤泥質(zhì)亞粘土、淤泥質(zhì)亞砂土和淤泥質(zhì)粉砂土組成，連續(xù)分布。軟土埋深淺，層厚變化大(3．5～35 m)，具有含水量高、空隙比大、壓縮性高、容許承載力低、抗剪強度弱、易觸變的特點，對路基、路面、人工構(gòu)造物及橋梁樁基的穩(wěn)定具有破壞作用。要有效地解決穩(wěn)定問題和變形控制問題，軟基監(jiān)控工作很重要，可根據(jù)監(jiān)控所收集的數(shù)據(jù)，調(diào)整施工期加載速率；預(yù)測沉降發(fā)展趨勢，確定預(yù)壓時間；提供施工期間沉降土方量的計算依據(jù)，確保軟基路段施工期的安全穩(wěn)定，有效控制工后沉降，保證工程質(zhì)量。
1 軟基監(jiān)測
為了更全面、準(zhǔn)確地掌握軟基在施工過程中的變化動態(tài)，根據(jù)廣佛高速擴建工程軟基段淤泥層厚度、路堤填土高度、軟基處理方式等情況，對典型斷面進(jìn)行表面沉降、分層沉降、水平位移等現(xiàn)場觀測，具體觀測斷面見表1。
1．1 表面沉降觀測
通過表面沉降監(jiān)測和理論分析，控制全線的填土速率，達(dá)到安全、快捷填筑的目的；提供沉降土方
與中心沉降量的關(guān)系，為全線施工土方的工程計量提供依據(jù)；通過對軟基沉降的觀測和最終沉降的計
算，掌握軟基路段的地基固結(jié)和沉降情況，以便采取最佳措施減少工后沉降。
沉降板由底板、金屬測桿、保護(hù)套管組成。底板埋設(shè)于路堤底面位置，金屬測桿和保護(hù)套管隨填土
高度的增加而逐步接高。通過水準(zhǔn)儀測量金屬測桿標(biāo)高以確定沉降量。
K9+328處軟基厚度全線最大，達(dá)32 m，采用袋裝砂井+預(yù)壓處理，路堤填土6 m。該路段的路堤填筑安全要求較高，須防止路基失穩(wěn)。同時，由于軟基厚度大，沉降土方的工程量亦大，關(guān)系到工程量的確定和客觀的工程總價，因此，選取該斷面進(jìn)行重點觀測。圖1為該斷面累計沉降量隨時間變化的觀測結(jié)果。
1)地表沉降量與荷載大小大致成正比，荷載越大，沉降量也越大。沉降速率隨著每級加載都有一
個增加過程，隨后逐漸變緩收斂。
2)中間測點的累計沉降量一般大于兩側(cè)，而且收斂也相對較慢，這與中間測點受到相鄰?fù)馏w的擠壓、排水固結(jié)以及外界影響有關(guān)。
3)經(jīng)過6個月的預(yù)壓，土體逐漸固結(jié)，沉降趨于穩(wěn)定，在最后的100 d左右的時間里，沉降速率沒
有發(fā)生大的變化，最后3個月沉降速率都小于5mm／月，可考慮卸載。
1．2 分層沉降觀測
分層沉降觀測是通過分層沉降裝置觀測地基深部不同位置的沉降量，計算各土層的壓縮變形量，以
了解沉降的組成以及地基土變形特性和地基處理效果。分層沉降觀測裝置主要由磁環(huán)和套管組成，一
般埋設(shè)于軟土深厚的路段，并埋設(shè)在路基主要壓縮土層，磁環(huán)間距一般在1～2 m。KIO+300處路段的地質(zhì)比較復(fù)雜，不同性狀的土層分為5層，含水量和孔隙比相差較大，其各土層特性反映全線的軟土特性，可通過該斷面的分層沉降分析，獲得全線的不同類型軟土的沉降特性。
2為該斷面分層沉降隨時間變化觀測結(jié)果。
與表面沉降的規(guī)律相似，路基土體的每一層在受到荷載的作用以后有一個明顯的
沉降變化，隨后沉降速率逐漸減小。受荷載作用后，土體的沉降隨著深度的增加而不斷減小。同一荷載作用下路基上層的土體變形是下層土體變形的幾倍～十幾倍。隨著荷載的增加，上層土體壓縮率的變
化幅度逐漸變小，而下層土體壓縮率的變化幅度逐漸變大。
1．3 側(cè)向位移監(jiān)測
通過側(cè)向位移的觀i見4可以了解施工期路堤水平向位移發(fā)展趨勢，從而判斷地基的穩(wěn)定性。因此，側(cè)向位移觀測是監(jiān)控路基穩(wěn)定的最有效手段之一，同時，觀測數(shù)據(jù)也有利于對地基土的變形進(jìn)行分析。
K9+560處采用袋裝砂井+預(yù)壓處理，軟土深30．9 m，路堤填土4．5 m。該路段左側(cè)有一大魚塘，魚塘水深約3．5 m，在路基填土初期，出現(xiàn)局部路段向魚塘方向滑移的現(xiàn)象。因此，為保證路基填筑過程中的穩(wěn)定，設(shè)置側(cè)向位移監(jiān)測裝置，以監(jiān)測數(shù)據(jù)來指導(dǎo)路基填筑施工。
1)與表面沉降類似，路基水平方向的位移與荷載大小也大致成正比，荷載越大，水平位移量也越
大。水平位移速率也隨著每級加載都有一個增加的過程，隨后逐漸變緩收斂。
2)隨著每級荷載的施加，路基土體均產(chǎn)生一個向外的擠出位移。在地表下3～5 m處達(dá)到最大，以后隨著堆載的增加，總側(cè)向位移呈逐漸向外發(fā)展的趨勢。
3)側(cè)向位移在地表下一定深度趨近于零，即在堆載的過程中無水平方向的擠出運動，而此處一般
是淤泥與淤泥質(zhì)粘土的分界層?？梢哉J(rèn)為，在路基不斷填載的過程中，由填料產(chǎn)生的有效應(yīng)力對地表
以下淤泥層的影響較大，而對于淤泥質(zhì)粘土層的影響十分微弱。
2 軟基路段施工準(zhǔn)則
經(jīng)軟基監(jiān)測，確定了路堤沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為路堤中心線表面沉降速率不大于1O～15 mm／d；路堤穩(wěn)
定控制標(biāo)準(zhǔn)為坡腳水平位移速率不大于5 mm／d，并提出了保證路基穩(wěn)定性的方法和軟基路段超載預(yù)
壓時間按孔壓固結(jié)度>95％控制。同時，確定了卸載標(biāo)準(zhǔn)為連續(xù)3個月沉降速率<5 ram／月。對部分
軟基深厚、沉降速率較大、排水不暢的路段，在固結(jié)度沒有達(dá)到設(shè)計要求、不能在工期要求的時間內(nèi)卸載的情況下，進(jìn)行再超載，將超載高度增加到2．36m。同時，采用過程化(漸進(jìn))設(shè)計的理念處理路基施工期沉降及工后沉降的預(yù)測工作，對部分受工期要求必須提前卸載的軟基路段，用實測路基施工期沉降來修正后期設(shè)計沉降進(jìn)行預(yù)留拋高設(shè)計。廣佛高速擴建工程軟基路段根據(jù)上述要求進(jìn)行現(xiàn)場施工質(zhì)量監(jiān)控，自2009年11月底通車1年半時間以來，軟基路段路基未出現(xiàn)明顯沉降，至今性能優(yōu)良，表明軟基監(jiān)控取得良好的應(yīng)用效果。
3 結(jié) 語
軟基處理的效果直接影響到路基工程建設(shè)質(zhì)量，軟基沉降的監(jiān)控是提高地基處理效果和保證建設(shè)過程安全的必要手段。因此，在施工期對軟基進(jìn)行動態(tài)觀測和預(yù)測具有重要的工程實際意義。廣佛高速擴建工程軟基典型斷面的監(jiān)控表明，為了控制和調(diào)整填土速率，預(yù)測沉降趨勢，確定卸載時間和結(jié)構(gòu)物及路面施工時間，提供施工期間沉降土方量依據(jù)，進(jìn)行表面沉降監(jiān)測。通過分層沉降裝置觀測地基深部不同位置的沉降量，計算各土層的壓縮變形量，以了解沉降的組成以及地基土變形特性和地基處理效果。同時，通過側(cè)向位移觀測，了解施工期路堤水平向位移發(fā)展趨勢，從而判斷地基的穩(wěn)定性。
