分析软基路堤施工监测技术
2015-06-01
引言
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。本文根据自己多年的经验探讨高速公路软基路堤施工监控技术，并提出了一些见解，供同行参考。
1、软基路堤施工监测的原则
1.1.监测点应设在观测数据容易反馈的部位。地基条件差、地形变化大和设计问题多的部位和土质调查点附近均应设置观测点。
1.2无论在路堤的纵向还是横向，测点越多，测得的结果越能反映路堤真实情况。从满足监测需要与施工便利性考虑，一般路段沿纵向每隔100～200m设置1个观测断面，桥头路段应设计2～3个观测断面。
1.3沿河、临河等凌空面大且稳定性差的路段，必要时应进行地基土体内部水平位移的观测。对于成层软土路基需进行土体内部竖向和水平向位移观测。
1.4测点的设置不仅要根据设计的要求，同时还应针对施工中掌握的地质、地形等情况增设。
1.5在施工期间位移观测应每填筑一层土观测一次；如果两次填筑时间间隔较长，每3d至少观测1次。路路堤填筑完成后，堆载预压期间观测应视地基稳定情况而定，一般每半月或每月观测1次。对于孔隙压力的观测，每填筑一次，应每隔1h观测1次，连续观测2～3次。
1.6当路堤稳定出现异常情况而可能失稳时，应立即停止加载工采取果断措施，待路堤恢复稳定后，方可继续填筑。
2、 软基路堤施工监控技术
2.1 监控仪器
沉降标的埋设：用0.5m*0.5m的钢板，在其中央用角铁三边固定6#的钢管，设定长度也为0.5m，即为双管式沉降。将其埋设至砂垫层下，矫正水平和垂直位置，做记号，填土层增高，其测杆和套管也增高，完成后应高出碾压面不超过0.5m。
测斜管的埋设：用钻机开孔至硬土层约4m左右，将接好的并由底盖的测斜管垂直的压入开好的钻孔，然后灌入平衡水，对准管槽方向，最后用黏土将钻孔封好，上管盖螺丝。
孔隙水压力仪的埋设：仪器的埋设一般都是采用钻孔，单个单孔埋设方法，保证其成活率。首先用钻机钻孔，将孔隙水压力仪的探头压入设计土层，同样以粘土封好。首先将透水石煮沸，时间约为１２０分钟，这样是表面孔隙水压力在传递途中消散，最后测出的孔隙水压力值小于实际值；然后，测定埋设的初始值之前，必须将整个测头连接，但是要保证其饱水度；测定初始值后，要做好标记，最后完成孔隙水压力仪的埋设。
2.2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。
2.3观测精度和观测频率
水平位移测量方面一般都是采用测量精度＋５ｍｍ的测距仪或者测量精度＋５左右的钢尺测量。位移的高程应当采用二级中等精度的Ｓ１、Ｓ２型的几何水准仪，其测量精度要小于１ｍｍ。沉降盘的垂直位移是利用测量精度小于１ｍｍ的钢尺对套管和基准桩进行测量得到准确数据。
对于地基较低的路段，对其填筑速度可以不严格控制，其软基施工监控频率小于１５天。当其软弱地基的高度和临界高度相差无几时，监控频率要保持填筑一层监测一次，这个间隔时间不超过５天，严格控制填筑速度。软基路基某路段发生异常情况时，要加荷暂缓，对其监测频率要加强，直至该路段稳定完成为止。路基的填筑结束后，预压期间也不能停止对其监控，但是其监测频率可以根据公路施工的情况进行适当的调整，一般都是１５天或者３０天监测一次，直至预压期完毕。
和理论知识不同的是，在实际施工中有很多不确定的因素和突发的影响情况，监测数据的收集也不可避免的收到影响，因此，应当设置一定数量的观测点。与此同时，要做好监测设备的保护工作，维护和保养一起，补测数据，对监测数据的连续性有所保障。同监测点相同的是，观测点也应当有稳定的点位，观测所用的设备、仪器及观测的人员要稳定，观测时要保证观测的路线、工序、方法、环境等都要保持一致，客观上减少观测发生的误差。观测结果和复测结果较为统一，保证其观测数值的真实稳定。
3、填筑过程的稳定控制
各类监控测试仪器的观测数值只能间接地反映土体的应力应变状况，由于地基土的复杂特性，理论上还无法确定一个准确数值作为控制标准，规范也只是根据各地的工程经验总结出的经验数值，并以此作为稳定和变形的控制标准。由于各地质条件的不同，在应用规范标准时也应灵活运用，避免造成危险或浪费。此外，当前软土地基实际工程中，常采用三种方法进行填土速率控制，即表观判断法、监控指标判断法及拐点控制法，三种方法各有其特点，根据实际情况可将三者有机结合，综合使用。
3.1填筑过程沉降量观测
从路基变形机理看，地基沉降主要是由于土体侧向变形（瞬时沉降）、排水固结（主固结沉降）等引起，但其沉降量不但与地基处理方法有关，而且还与填筑速率有关。据国内多条高速公路沉降观测统计，对于每月填筑速率控制在0.8~1.0m和堤高4~5m的情况：
（1）采用排水固结法处理的地基，其施工填筑期沉降量约占总沉降量的30%（欠载预压工况）、50%（等载预压工况）、60%（超载预压工况）。
（2）采用符合地基处理的地基，其施工填筑期沉降量约占总沉降量的50%（处理深度10m）、60%(处理深度15m)、70%（处理深度20m）、80%（处理深度25m）和90%~95%（处理深度35m）
3.2预压期控制
由于软土的不均匀性、试验数据的误差、计算理论的不完善及设计中人为因素的干扰，设计规定的预压期与实际施工存在一定差别。实际施工中不能用预压期规定作预压结束的天数，而要通过沉降观测来确定路堤沉降是否已达到标准，然后确定合理的卸载时机。
3.3应急情况处理
在软土地基上填筑路堤过程中，尤其对采用排水固结法处理的地基，必须充分认识路堤填筑至极限填土高度前后因地基承载力不足而引发明显变形和破坏的可能性和危险性。严格控制填筑速率，使地基始终保持在稳定状态下。若地基一旦发生明显变形，变形范围就会向侧向逐渐扩大，地基强度也随之降低，因此稳定观测主要应从填筑速率是否过快，垂直沉降和水平位移随时间变化趋势是否反常，必要时采用静力触探查明软土地质资料，分析是否判断错误等方面进行调查。
4、结语
通过以上方法，在软基路基施工过程中，地表的沉降和侧位移得到了有效监控，较好地控制了路堤的填筑速率，且工后残余沉降在规范标准之内。最终加快了施工进度，工程质量优良，取得了较好的经济效益和社会效益。
