高速公路软基路段 [浅析高速公路软基路堤施工监控技术]

　　摘要：本文以成南高速公路软基路堤施工为例，对高速公路软基监控过程进行详尽阐述，值得在软基施工中推广。 　　关键词：软基路堤；监控技术；控制标准 　　中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A
　　在高速公路施工过程中，经常遇到在软弱地基上面进行路基土石方填筑施工。由于软弱地基的特殊性质，要求在施工过程中，要严格控制路堤的填筑速率，严密监控填筑段的路基变化情况，边施工，边监控，监控所得结果又用于指导施工，否则盲目地施工，一味地追求工程进度，不顾地基变化的实际情况，有时将造成严重工程事故及重大经济损失本文以成都至南充高速公路某段为例对高速公路软基路堤施工监控技术作以简要介绍。
　　1成南高速公路工程概况
　　成南高速公路是国家规划的上海到成都国道主干线的支线，全长208公里，其地质复杂，软基地段较多，全段共有软弱地基地段200多处，全路处于川中丘陵地区，其丘间沟谷，地势低洼，多为水稻田，地表水长期排泄不畅，其间沉积的低（高）液限粘土，多呈软~可塑性，厚度约3~13米，通过计算，在这种软基地区填筑路堤，当填方高度超过8米时（个别地段4~5米），其路基稳定性和残余工后沉降将不能满足规范要求，成南路在处理这些软弱路基采用了塑料排水板、粒料桩、换填砂砾石、抛石挤淤等方法，其效果比较理想，在进行路基填筑过程中，又实施了监控技术，对路基的变化情况及时进行有效监控，指导施工，效果比较明显。
　　2软基强度增长原理和规范要求
　　在软基设计和施工中，一个重要的依据即为软基的强度随荷载的增加以及时间的推移而逐渐增加，一般可以用下面的公式来表示：
　　 τ=C+σ×tgφ
　　式中：τ-软基强度；C-粘聚力；σ-有效应力；φ-摩擦角
　　从上面公式可以得出这样的结论：在软弱地基路段，初期荷载大，间隔时间长对软基强度的增长是有利的，其强度的增长和时间的规律大致可以用图1来表示，从图上可以看出，只要填土荷载增加的速率不超过地基强度的增长速率，路堤的安全就有保障，根据这一规律，在施工中便可合理地安排施工进度，保证安全地进行路基填筑。如成南路K44+200~K44+330段软基，路基填方高度为15米，该段天然地基的极限填高为8米，则在填方高度8米以下，适当地加快填筑速率，在这一时期地基天然承载力可以承受快速的加载，在填方高度超过8米以后，路堤的稳定性要靠强度的增长来保证，这时就应该严格控制填筑速率，随路堤填方高度的增加填筑速率的控制更应该严格。
　　那么如何监控路基的填筑速率？如何可以知道加载水平没有大于地基强度增长情况呢？目前较为有效和常用的方法是通过观测路堤的沉降情况和侧向位移情况来判断当前路堤的稳定性，控制当前的填筑速率。为此我国现行的规范对软基路堤的施工和监控技术提出了严格的要求，在JTJ017-96《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中对软基路堤的施工监控要求如下：
　　2.1在施工中应遵循按图施工的原则和“边观察、边分析”的方法；如发现现场地质情况与设计提供资料不符或原设计的处治方案因故不能实施改变设计时，应及时报告并根据有关规定报请变更设计。
　　2.2按设计规定或规范要求布设观测仪器。
　　2.3软土地基路堤的施工应注意观测填筑过程或以后的地基变形动态，对路堤施工实行动态观测。高速公路、一级公路及二级公路工程在路堤施工中必须进行沉降和稳定的动态观测，其观测项目、目的、仪器如下：
　　（1）观测项目：地表沉降量；仪器名称：地表型沉降计（沉降板）；地表型沉降计（沉降板）：用于沉降管理。根据测定数据调整填土速率；预测沉降趋势，确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间；提供施工期间沉降土方量的计算依据。
　　（2）观测项目：地表水平位移量及隆起量；仪器名称：地表水平位移桩（边桩）；地表型沉降计（沉降板）：用于稳定管理。监测地表水平位移及隆起情况，以确定路堤施工的安全和稳定。
　　（3）观测项目：地下土体分层水平位移量；仪器名称：地下水平位移计（测斜管）。
　　地表型沉降计（沉降板）：用于稳定管理和研究。用作掌握分层位移量，推定土体剪切破坏的位置。
　　3成南高速公路软基监控方法
　　根据成南高速公路的实际情况，按照规范要求，全线采用设置沉降盘和侧位移桩的方式进行软基的沉降和侧向位移的观测，具体方法如下：
　　3.1监控仪器
　　沉降盘采用基桩、沉降盘和套管组合结构，直接检测套管和基桩之间的相对位移，基桩采用φ40mm钢管，沉降盘采用60cm×60cm的铁板制作，上面沿对角线布设加固钢板，套管采用φ80mm钢管，套管焊接或螺栓连接在沉降盘中央。
　　侧位移桩采用钢筋混凝土预制桩，混凝土标号不小于25号，长度不小于1.5米,断面可采用正方形或圆形,边长或直径以10cm~20cm为宜,在桩顶预埋不易磨损的测头,一般采用φ6mm钢筋为好。
　　3.2埋设方式
　　一般路段沿纵向每隔100m~200m设置一个观测断面，桥头路段应设置2~3个观测断面，沿河等特殊路段应酌情增设观测断面，
　　对于路堤较高（大于12米其下有塑料排水板或碎石桩等处理措施时）应适量缩短观测断面间距，对于上述段落要求观测断面纵向间距不应大于100米。
　　沉降盘一般设置在路堤中央，对于重要段落，一侧软基或填方高度明显大于另一侧时，可在较危险一侧埋设；φ40mm钢管基桩需钻孔将其打过软土层至硬土或强风化层表面，要求基底尽量坚硬，放入基桩后应在桩顶采用8磅铁锤锤至稳定为止，沉降盘要穿过基桩，埋设于填方底部再回填密实。
　　侧位移桩一个断面每侧埋设4个，埋设间距5米一个，外设基准桩，基准桩应在路堤坡脚外30米以上，在路堤较高，软基深度较厚的段落，还应适当加大距离。边桩埋设以地表以下不小于1.2米为宜，桩顶露出地面高度不应大于10cm，可以采用打入或开挖埋设，要求桩周围回填密实，桩周上部50cm用混凝土固定，确保边桩埋设稳固。
　　3.3 观测方法和精度
　　沉降盘的竖向沉降值采用钢尺量测套管与基间的相对位移的方法，量测标记在埋设或接长时在套管的某一方位用钢锯齐套管顶面在基桩上锯出长约20mm凹槽，并用红油漆作出标记，在竖向量测位置，用红油漆在套管和基桩上面画一竖线，以便以后量测，量测精度到1mm。
　　侧位移采用单三角前方交会法或钢尺量测法，单三角前方交会法用J1或J2 经纬仪量测，方向观测水平角误差为±2.5“,采用测距仪或钢尺量测方法时,量测误差为±5 mm。
　　侧位移高程量测采用S1或S2型水准仪，以二级中等精度要求的几何水准测量高程，观测精度应到1mm。
　　3.4 观测频率
　　每个软基路段可以根据具体情况大致估算出天然地基的极限填土高度（一般设计单位已经提供），在填方低于极限填土高度时，可以不控制填筑速率，软基观测频率不大于15天；在填方高度接近或超过临界高度后，每层填筑都应进行一次观测，并应控制填筑速率，软基观测间隔不应大于5天；对于有异常现象的软基段，应该暂停加载，每天进行一次软基观测直至稳定为止；路基填筑完成后，预压期间观测应视地基的稳定情况而定，一般半月或每月一次，直至预压期结束。
　　3.5观测记录和资料整理
　　每次观测应按照规定的格式做好记录，及时整理汇总观测结果，根据观测资料结合填筑情况，绘制出软基填土和沉降趋势曲线、软基填土和侧位移趋势曲线。下面以成南高速公路E3合同段K44+200~K44+330段软基观测记录(1个月)为例绘制软基填土和沉降趋势示意曲线，软基填土和侧位移趋势曲线示意图如下：
　　3.6软基填筑控制标准
　　按照相应的规范要求，软基路堤稳定控制标准为：路堤中心线地面沉降速率每昼夜不大于1cm；坡脚水平位移速率每昼夜不大于0.5cm。按照上面的标准，结合观测记录和趋势曲线图，我们可以很清楚地判断出所填软基段的变化情况，判断其是否处于正常控制状态，来指导施工。观测结果应结合沉降和位移的发展趋势进行综合分析，填筑速率应以水平位移控制为主。
　　3.7异常现象的处理
　　在对观测结果进行分析时如果发现以下现象之一时，应该特别注意判断其是否出现异常现象：①、沉降和侧位移观测结果突然超过控制标准。②、尽管观测结果没有超过控制标准，但在趋势曲线上越来越大，且呈明显不收敛趋势。③、路堤出现明显的异常征兆。
　　如果路堤稳定出现异常情况而可能失稳时，应立即采取果断措施：停止加载，每天进行软基观测并对观测结果进行分析，严密监视施工现场变化情况，必要时向上级报告。待路堤恢复稳定后，方可继续填筑。
　　4观测设施的维护和保护
　　用于沉降与稳定观测的仪器在使用前需进行全性能检查和校验，以保证测定仪器的正常使用和观测数据的可靠。沉降盘、侧位移桩、基准桩，在观测中均必须采取有效措施加以保护或专人看管。沉降盘由于设置在路基工作面上，容易遭到施工车辆、压路机等碰撞和人为损坏，除采取有力的保护措施外，还应在标杆上竖有醒目的警示标志，测量标志一旦遭到碰损，应立即恢复并复测。
　　沉降盘的套管和基桩在施工过程中，应随填方高度的增加逐渐加长，要求沉降盘的套管高出路堤工作面至少50cm，基桩至少高出套管顶面20cm。套管和基桩可以采用螺帽接长，每节套管和基桩可在2米左右，为防止套管和基桩被人为破坏，最好采用现场焊接的方法进行加长，在套管和基桩接长后，应观测数据并记录加长的长度和数量，保证测量数据的连续性。
　　由于埋设仪器在路面修筑期间以及完工后还将发挥作用，施工单位在路基完工后，不得破坏埋设仪器，在路基96区顶面验收交工后，埋设仪器应交由后续施工单位保管使用。
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