高速公路软基沉降变形监测与分析
2015-05-22
广佛高速扩建工程全长15．18 km。佛开高速所在地为珠江三角洲平原地带，沿线近一半路段为软基地段，主要地貌类型为海冲积向平原，沿线表层基本为0．9～3．2 m 厚填筑土，在填筑土下广泛分布一层软土，基本由淤泥质亚粘土、淤泥质亚砂土和淤泥质粉砂土组成，连续分布。软土埋深浅，层厚变化大(3．5～35 m)，具有含水量高、空隙比大、压缩性高、容许承载力低、抗剪强度弱、易触变的特点，对路基、路面、人工构造物及桥梁桩基的稳定具有破坏作用。要有效地解决稳定问题和变形控制问题，软基监控工作很重要，可根据监控所收集的数据，调整施工期加载速率；预测沉降发展趋势，确定预压时间；提供施工期间沉降土方量的计算依据，确保软基路段施工期的安全稳定，有效控制工后沉降，保证工程质量。
1 软基监测
为了更全面、准确地掌握软基在施工过程中的变化动态，根据广佛高速扩建工程软基段淤泥层厚度、路堤填土高度、软基处理方式等情况，对典型断面进行表面沉降、分层沉降、水平位移等现场观测，具体观测断面见表1。
1．1 表面沉降观测
通过表面沉降监测和理论分析，控制全线的填土速率，达到安全、快捷填筑的目的；提供沉降土方
与中心沉降量的关系，为全线施工土方的工程计量提供依据；通过对软基沉降的观测和最终沉降的计
算，掌握软基路段的地基固结和沉降情况，以便采取最佳措施减少工后沉降。
沉降板由底板、金属测杆、保护套管组成。底板埋设于路堤底面位置，金属测杆和保护套管随填土
高度的增加而逐步接高。通过水准仪测量金属测杆标高以确定沉降量。
K9+328处软基厚度全线最大，达32 m，采用袋装砂井+预压处理，路堤填土6 m。该路段的路堤填筑安全要求较高，须防止路基失稳。同时，由于软基厚度大，沉降土方的工程量亦大，关系到工程量的确定和客观的工程总价，因此，选取该断面进行重点观测。图1为该断面累计沉降量随时间变化的观测结果。
1)地表沉降量与荷载大小大致成正比，荷载越大，沉降量也越大。沉降速率随着每级加载都有一
个增加过程，随后逐渐变缓收敛。
2)中间测点的累计沉降量一般大于两侧，而且收敛也相对较慢，这与中间测点受到相邻土体的挤压、排水固结以及外界影响有关。
3)经过6个月的预压，土体逐渐固结，沉降趋于稳定，在最后的100 d左右的时间里，沉降速率没
有发生大的变化，最后3个月沉降速率都小于5mm／月，可考虑卸载。
1．2 分层沉降观测
分层沉降观测是通过分层沉降装置观测地基深部不同位置的沉降量，计算各土层的压缩变形量，以
了解沉降的组成以及地基土变形特性和地基处理效果。分层沉降观测装置主要由磁环和套管组成，一
般埋设于软土深厚的路段，并埋设在路基主要压缩土层，磁环间距一般在1～2 m。KIO+300处路段的地质比较复杂，不同性状的土层分为5层，含水量和孔隙比相差较大，其各土层特性反映全线的软土特性，可通过该断面的分层沉降分析，获得全线的不同类型软土的沉降特性。
2为该断面分层沉降随时间变化观测结果。
与表面沉降的规律相似，路基土体的每一层在受到荷载的作用以后有一个明显的
沉降变化，随后沉降速率逐渐减小。受荷载作用后，土体的沉降随着深度的增加而不断减小。同一荷载作用下路基上层的土体变形是下层土体变形的几倍～十几倍。随着荷载的增加，上层土体压缩率的变
化幅度逐渐变小，而下层土体压缩率的变化幅度逐渐变大。
1．3 侧向位移监测
通过侧向位移的观i见4可以了解施工期路堤水平向位移发展趋势，从而判断地基的稳定性。因此，侧向位移观测是监控路基稳定的最有效手段之一，同时，观测数据也有利于对地基土的变形进行分析。
K9+560处采用袋装砂井+预压处理，软土深30．9 m，路堤填土4．5 m。该路段左侧有一大鱼塘，鱼塘水深约3．5 m，在路基填土初期，出现局部路段向鱼塘方向滑移的现象。因此，为保证路基填筑过程中的稳定，设置侧向位移监测装置，以监测数据来指导路基填筑施工。
1)与表面沉降类似，路基水平方向的位移与荷载大小也大致成正比，荷载越大，水平位移量也越
大。水平位移速率也随着每级加载都有一个增加的过程，随后逐渐变缓收敛。
2)随着每级荷载的施加，路基土体均产生一个向外的挤出位移。在地表下3～5 m处达到最大，以后随着堆载的增加，总侧向位移呈逐渐向外发展的趋势。
3)侧向位移在地表下一定深度趋近于零，即在堆载的过程中无水平方向的挤出运动，而此处一般
是淤泥与淤泥质粘土的分界层。可以认为，在路基不断填载的过程中，由填料产生的有效应力对地表
以下淤泥层的影响较大，而对于淤泥质粘土层的影响十分微弱。
2 软基路段施工准则
经软基监测，确定了路堤沉降控制标准为路堤中心线表面沉降速率不大于1O～15 mm／d；路堤稳
定控制标准为坡脚水平位移速率不大于5 mm／d，并提出了保证路基稳定性的方法和软基路段超载预
压时间按孔压固结度>95％控制。同时，确定了卸载标准为连续3个月沉降速率<5 ram／月。对部分
软基深厚、沉降速率较大、排水不畅的路段，在固结度没有达到设计要求、不能在工期要求的时间内卸载的情况下，进行再超载，将超载高度增加到2．36m。同时，采用过程化(渐进)设计的理念处理路基施工期沉降及工后沉降的预测工作，对部分受工期要求必须提前卸载的软基路段，用实测路基施工期沉降来修正后期设计沉降进行预留抛高设计。广佛高速扩建工程软基路段根据上述要求进行现场施工质量监控，自2009年11月底通车1年半时间以来，软基路段路基未出现明显沉降，至今性能优良，表明软基监控取得良好的应用效果。
3 结 语
软基处理的效果直接影响到路基工程建设质量，软基沉降的监控是提高地基处理效果和保证建设过程安全的必要手段。因此，在施工期对软基进行动态观测和预测具有重要的工程实际意义。广佛高速扩建工程软基典型断面的监控表明，为了控制和调整填土速率，预测沉降趋势，确定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依据，进行表面沉降监测。通过分层沉降装置观测地基深部不同位置的沉降量，计算各土层的压缩变形量，以了解沉降的组成以及地基土变形特性和地基处理效果。同时，通过侧向位移观测，了解施工期路堤水平向位移发展趋势，从而判断地基的稳定性。
