高速公路路基沉降监测技术研究

铁道建筑　７６　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２００８　文章编号：１００３．１９９５（２００８）０２．００７６．０３　高速公路路基沉降监测技术研究　王胜涛　，杨广庆　，薛晓辉　（１．石家庄铁道学院研究生分院，石家庄０５００４３；２．石家庄铁道学院土木工程分院，石家庄ｏ５ｏｏ４３）　摘要：文章介绍了路基沉降监测常用测试方法及工作原理，并对比分析了各自的优缺点。通过现场试　验，重点介绍两种不同的监测手段，进行路基沉降监测，根据试验实测的数据进行沉降分析，得到了部分　沉降规律。　关键词：路基沉降沉降监测　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标识码：Ｂ　本文介绍了几种常用的路基沉降监测方法的测试　厚度１　ｃｍ的钢板。测杆为直径３５　ｍｍ左右的钢管，第　原理，并对各自的优缺点进行对比分析。通过现场沉　一段垂直固定于钢板的中央。随着填土高度的增加，　降监测试验，重点介绍了沉降板和全断面沉降仪两种　分段以丝扣接长测杆。测杆外套接塑料管保护，以免　监测方法，根据测试结果绘出了荷载一沉降一时间曲　测杆受外来扰动而变形。　线，来指导路基施工和预测工后沉降；绘制出不同时间　沉降板是目前沉降监测最常用的手段，其优点是　的全断面沉降曲线，得出部分路基横断面的沉降规律，　造价低廉，操作简便，易于测试，但其缺点也很明显，主　为工程施工提供有益的结论。　要是影响填土压实施工，压实机械经常撞坏沉降杆，且　形成压实死角，降低压实质量。其次是一个沉降板只　１沉降监测方法比选　能测量路堤中一点的沉降，一个断面上多放几个沉降　板会严重影响压实施工。另外一个缺点是损坏后的补　软土地区路基的沉降监测，根据监测内容可分为　救非常困难。　两类：①地表沉降量监测；②路基内部沉降监测。　１．２路基内部沉降监测　１．１地表沉降量监测　１．２．１水压式剖面沉降仪　１．１．１监测桩法　水压式剖面沉降仪由沉降管和二次测试仪器组　用木桩或钢钎打入土中，用水准仪抄平，即可测量　成。沉降管为一般的ＰＶＣ管，二次测试仪器由探头、　土体表面的沉降量。此方法最简便，但只能测定建筑　注水管、注水架组成。探头内的主要元件是静水压力　物地表面的沉降值，无法测定土体内部某一位置的沉　传感器。由于地基沉降，探头处于不同位置时，静水压　降，且对填土施工有干扰。　力传感器所受到的静水压力是不同的。根据记录不同　１．１．２沉降杯法　的静水压力，可得到不同位置的高程，从而得到沉降　将盛水密闭容器置于土中，容器上接出进水管、排　值。　水管和排气管至填土以外，使进水管外部与监测量杯　水压式剖面沉降仪具有如下优点：①能够测定任　相连。容器灌水以后，容器内部的水位与外部监测水　意一点的沉降值，配置自动记录仪可以实现测试整个　杯的水位一致，可通过监测量杯中的水位得到容器的　剖面的连续沉降曲线；②测试成本低。除了二次测试　沉降。其优点是构造简单，造价低廉，缺点是埋设要求　仪器外，使用的ＰＶＣ管每ｉｎ为５元左右；③对填土施　比较高，如果埋设不平顺，容易形成气泡阻塞水管，使　工无干扰。缺点为：①精度比较低；②测试操作比较复　测试无法进行，此方法比较少用。　杂，测试时需取水和注水；③受气候干扰大，寒冷地区　１．１．３沉降板法　无法使用。另外，温差大改变了水的密度也影响测试　由底板和测杆、护套组成。底板为边长约６０　ｃｍ、　精度　。　１．２．２钢弦式剖面沉降仪　收稿日期：２００７－－０５．２８；修画日期：２００７－１１－１８　钢弦式剖面沉降仪由探头、缆管、读数仪和拉弦组　作者筒介：王胜涛（１９８２一），男，河南偃师人，硕士研究生。　成。探头一头接水银缆管，另一头接拉弦，在导管内水　维普资讯 http://www.cqvip.com ２ＯＯ８年第２期　高速公路路基沉降监测技术研究　７７　平向移动。缆管作为水银通道，同时也作为水平向标　尺。钢弦式压力传感器作为沉降测头放入填土的测管　中，它通过充满液体的管路与液体容器连接，由钢弦式　压力传感器测得探头内液体压力，就可测出探头与容　器内水位的高差。而容器和钢弦式测读装置放在位于　稳定的水准基点上的卷筒上，因此探头在测管中移动　就可测出测管的高程变化，与起始高程比较，就可测得　２．１工程概况　２路基沉降监测试验　保沧（保定至沧州）高速公路是河北省“五纵六横　七条线”高速公路网中的“第五线”，是连接保定、沧州　两市的高速通道，全长１２２．５　ｋｍ，路基宽２８　ｍ，为双向　４车道高速公路，设计时速１２０　ｋｍ／ｈ，全封闭，全立交。　地貌系第四系冲积、洪积物沉积而成的平原，以槽　测管的沉降量。当埋设的固定测头部位沉降时，钢弦　式压力传感器测得的液体压力也随之变化，即可求出　与液压容器水位的高差，而测得相应测点沉降量。其　沉降监测系统如图１所示。　钢弦式剖面沉降仪的优点有：①精度较高，沉降误　差为１　１１１１１１。②可以测出断面任意一点的沉降。③对　施工基本上无影响，共在埋设时对施工稍微有点影响。　④能实现数据自动采集。不足之处是埋设时要求较　高，仪器一次性投资较大。　仪　图１沉降监测系统图　１．２．３水平测斜仪　水平测斜仪也由沉降管和二次测试仪器组成。不　同的是水平测斜仪无需注水系统，其沉降管是特制的　ＰＶＣ管，管内有导槽。水平测斜仪测试原理是在待测　土体中水平向预埋带槽测斜导管，导管随土体一起变　形。测斜探头长０．５　ｍ，两端装有导轮，中心安装精密　加速度计，当沉降仪的导轮沿测斜导管的导槽移动到　某个位置时，探头中的加速度计的重力矢量在水平轴　上的分量被测定，从而确定了探头与水平轴的倾角。　倾角与探头的长度之积即为探头两端的高程差。用导　线牵引沉降仪沿导管内壁从一端到另一端缓慢移动，　不断记录各个点的倾斜角，从而推断出断面中各点的　沉降值。　水平测斜仪优点如下：①精度高。每次读数的误　差＜０．１　１１１１１１。②操作方便。整个测试系统可由１人携　带，移动非常方便。测试操作仅需２人即可，１人记　录，１人拉线。③可得到整个剖面的沉降曲线，测点间　距最小为０．５　ｍ。④对填土施工基本无干扰。⑤不受　气候影响，可全天候工作。⑥可以测量整个路基横断　面的沉降规律。　形洼地和小浅平洼地为主。路基沉降监测试验段位于　Ｋ３６＋４８０～Ｋ３６＋６８０段，本段以亚黏土和中砂为主，　夹亚黏土、亚砂土层，亚黏土为中等压缩性土，砂层为　中～密状态，地下水位较深。地面以下１～２　ｍ有软弱　土，为保证路堤的稳定性，地基采用夯实水泥土桩复合　地基进行加固处理，桩长７　ｍ，桩径３０　ｃｍ，间距１．２　ｍ，　桩身强度为３　ＭＰａ，桩上铺厚５０　ｃｍ的素土垫层。垫层　上铺设双向土工格栅。　２．２监测方法的选择　根据工程的监测目的，分析和对比了路基地表沉　降监测与内部沉降监测各种方法的适用条件和优缺　点，确定了不同监测目的的监测方法，具体为：①路基　表面沉降监测采用地表沉降板法。监测路基的地表沉　降速率和总沉降，控制填土速率和高度；②路基内部沉　降监测采用水平测斜仪。监测路基土层不同位置的沉　降，确定路基的不同高度的沉降规律。　综合考虑填土高度和地基处理状况，设两个断面　进行监测，这两个断面的路堤高度分别为５．６　ｍ和７．０　ｍ。在两个断面的路基中心处埋设沉降板，在底层和　路堤顶部埋设全断面沉降仪。　２．３监测结果分析　２．３．１地表沉降　本段路基从２００６年８月２０日开始填筑，平均３～　４　ｄ填筑一层，到２００６年１２月１５日路基填筑到设计　高度。根据现场布设仪器实测的沉降数据，绘制荷载　一沉降一时间曲线，利用该曲线来预测最终沉降量和　工后沉降。路基施工期间的荷载一沉降一时间曲线如　图２所示。　由图２曲线中可以看出在施工期间，随着荷载的　增加沉降也在增加，沉降的增长速率随着荷载的增加　变大，后逐渐减小趋于稳定。引起沉降变化的原因是　开始填筑速度较快，地基土的附加应力增加较快，沉降　也随之增加较快；后来因天气原因填筑速度有所减缓，　附加应力的增加速度也就减小，沉降速度也随之减小。　由图中可以看出，施工期从０～３０　ｄ的平均沉降速率　为１．１７　ｍｍ／ｄ，从３０～６０　ｄ的平均沉降速率为０．６７　维普资讯 http://www.cqvip.com

７８　铁道建　筑　ＩＩｌｕｖ●世蟾　Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２００８　１２０　１０５　．　．　●．—　４５　　３０　．｜　．　．ｌ５　●　鼬　—＿．Ｐ　０　一ｌ５　－　Ⅻ…２　４５　４８　５１　７　６０　ｌ　、蕈：：：　‘ｆ　．　．一　煮　：　图２路基中心荷载一沉降一时间曲线图　ｍｒａ／ｄ，相比之下前期的沉降速率较大，因此在填筑路　堤时要注意控制施工速度，要通过沉降监测来指导填　筑速度，保证路基的稳定性。由于沉降板只能监测地　基中一点的沉降，如果增加测点数量，将会影响路基的　压实和施工质量。　２．３．２路基内部沉降　路基内部沉降采用全断面沉降仪（水平测斜仪），　它可以监测路基整个断面的沉降。根据断面埋设仪器　测试的数据，可以得到整个断面的沉降曲线，继而进一　步分析横断面各个点的沉降值。通过多次监测的数　据，可以分析测试断面的荷载与沉降关系及断面的沉　降差规律，并且从图中可以直观的确定出沉降的最大　值及其位置。现根据实测数据得出施工期间不同时间　的沉降曲线，如图３所示。　测点位置，ｍ　图３全断面沉降曲线图　从图３中可以得出，随着填筑高度的增加，沉降也　在增加，但增幅在减小。沉降的最大值基本发生在路　基的中心部分，图中沉降最大值稍微有点偏离路基中　心，原因可能是由于路堤两侧的土层情况，也可能是两　边的原有填土高度不同。结合现场实际的情况分析，　是由于沉降管始端一侧是条边沟，地势比较低，地基的　｛　啦　嗡　气ｌ　Ｉ！ｌ　水平位移较大，引起较大的沉降；而末端一侧是施工的　便道，地势较高，起到反压的作用，约束了地基的水平　位移，故沉降的最大值偏向沉降管的始端一侧。从图　中可以看出随着填筑时间的增长，管端的沉降量基本　上以２～３　ｍｌｎ的幅度增长，沉降量最大处以６～７咖　的幅度增长，横断面的沉降差的增幅为４～５　ｍｍ。ｌ１　月２３日的沉降曲线末端向上抬升，是因为管端受到施　工的影响，管端位置被抬升。沉降曲线图中可以看出　从ｌ１月１４日到ｌ１月２３日沉降的最大值由２２咖变　为３９．８　ｍｌｎ，到ｌ１月２３日路基也将填筑到设计高度。　路基施工期间的沉降量较小，也说明夯实水泥土桩复　合地基联合土工格栅的处理效果较好。从图３中可以　看出，不同路基高度与不同时间的沉降规律，也可以看　出横断面的沉降差变化规律，可以全面分析路基不同　位置的沉降变化规律，根据各点沉降变化幅度的大小　可以判断该点的工作状况是否符合设计要求，这是沉　降板和其它的监测方法所不能的。　３　结论　路基沉降观测用于控制施工速度、预测路基工后　沉降具有重要意义。监测数据一方面可监测填土施工　过程中地基的稳定性，从而控制填土速率；另一方面可　据此推测地基的沉降变形规律，控制路堤的工后沉降。　通过试验段的现场监测，也可看出不同的监测方法具　有各自的优缺点，但水平测斜仪具有精度高、测试方便　等优点，有较广泛的应用价值。同时也可以看出夯实　水泥土桩复合地基处理的软弱地基沉降较小，具有较　好的效果。施工过程中的沉降监测可以指导路堤填土　速率，调整施工方案，避免盲目施工，确保施工质量，保　证路堤的稳定性。　参　考　文　献　［１］白志平，杜玉良．高速公路软土路基沉降与稳定监测［Ｊ］．交　通标准化，２００６，（１０）：８２．８６．　［２］童建军，张强锋．原位测试技术在地基处理效果检测中的应　用［Ｊ］．铁道建筑，２００６，（４）：４６—４８．　［３］刘尧军，赵玉成，冯怀平．路基沉降监测方法应用研究［Ｊ］．　公路交通科技，２００４，（１）：３３．３５．　（责任审编　王天威）