關于公路工程路基沉降及監(jiān)控要點的探討
關于公路工程路基沉降及監(jiān)控要點的探討
王毅威
湖南工大橋隧聯(lián)智公司
摘要：軟土路基處理效果不僅與設計計算的方法有關，而且與施工質量的控制密切相關，在此，作者根據(jù)多年從事施工管理和檢測經驗，并借鑒同行一些成功的處理辦法，從軟土路基施工中沉降的觀測試驗入手，對監(jiān)控要點方面進行了初步分析，推薦幾種常用的軟土路基處理方法，以供探討。
關鍵詞：公路工程；路基沉降；沉降觀測；
對于公路路基路面設計，根據(jù)規(guī)范要求，必須滿足足夠的剛度、強度和水穩(wěn)定性。在工程設計和施工中，路基的整體穩(wěn)定設計直接關系到工程的有效使用，就路基沉降問題，產生原因主要為路基填筑壓實不夠和軟土路基未處理到位所致，特別是軟土路基的處理是造成路基沉降的根源。為此，對于公路工程軟土路基的設計及處理就顯得非常重要，軟土路基處理效果不僅與設計計算的方法有關，而且與施工質量的控制密切相關。
一、沉降觀測方法
路基沉降試驗包括兩個方面內容：觀察填土路基的自身沉降；觀察軟土路基基底在路基填土重力等作用下的沉降。
�。ㄒ唬�、觀測試驗設置方式：
1、在不同的觀察位置豎直埋置一根導管(用中6cm鋼管制作)，導管下端設置砼底座(30#普通砼，幾何尺寸為0．5×0．5×0.2m)豎直放一根自由導桿(外徑2cm鋼管)，導桿下端和另一砼底座(30#普通砼，幾何尺寸為1.0×1.0×0.2m)相連，并與所要觀察的位置平齊，結合填土高及便于觀察和操作等實際情況，導管和導桿采用逐節(jié)連接方式進行加長，每節(jié)長度一般按3m或2m進行選擇。2m導管和導桿主要用在最上一節(jié)。導管和導桿上端伸出路面頂適當高度以便于工程竣工后跟蹤觀察。
2、在路基左右兩側邊坡底線各設置二排砼底座觀測樁橫軸對齊，第一樁離邊坡底線2m，第二排樁離第一排樁5m，根據(jù)路線中線15m為個觀測斷面，依次設置觀測樁，并測出各觀測樁的標高后跟蹤觀測。
(二)、儀器和測量精度要求：沉降觀測要求沉降觀測采用精度較高的水準儀，以二級中等精度要求的幾何水準測量高程，觀測精度應小于2mm；觀測頻率視不同時期而定，其中填筑期為每日觀測1—2次，預壓期第1—4周隔日觀測1次；預壓期第四周至第三個月每周觀測1次：預壓期第三個月以后至上路面完畢后每半個月觀測1次；從營運開始至設計觀測期每隔3個月觀測1次。
�。ㄈ┏两涤^測的成果分析
1、隨著填筑高度的增加迅速增大，當路基填筑即將竣工和竣工后，路基沉降又呈緩慢增加形式，直至路基完全穩(wěn)定下來，路基在初始填筑過程中，由于原地基具有一定的承載力可以隨一定高度填土產生的壓力，在地基容許承載力范圍內，地基沉降呈現(xiàn)出類似彈性變化的形式，即地基沉降隨著填土高度的增加而增加。當填土增加到一定高度時，即土方填筑產生的壓力等于地基承載力地，地基受力處于要限狀態(tài)。當填筑高度繼續(xù)增加，地基承載力進入強化階段，原地基土體結構被破壞，地基土顆粒在外力作用下重新排列形成新的結構，使地基承載力得到增強。地基土結構的變化，是該階段地基發(fā)生明顯沉降的根本原因。
2、為確保路基本身不發(fā)生壓縮沉降，路基施工時，宜選擇低液限粘土或低液限粉土作為路基填料。填料要分層進行，每層壓實厚度宜控制在10～30cm范圍內。
(四)、測量成果的整理：首先檢查記錄的數(shù)據(jù)和計算是否正確，觀測限差是否符合要求，文字說明是否齊全，然后將觀測數(shù)據(jù)填入表，計算相鄰兩期的觀測的沉降量和累計沉降量。
二、沉降觀測的監(jiān)控要點
�。ㄒ唬⒃O計要求
根據(jù)公路地質條件，穩(wěn)定與沉降觀測斷面分主控斷面和一般控制斷面。主控斷面分段長度為300m，一般控制斷面為50m。在施工期間嚴格對軟土路基進行沉降和穩(wěn)定的跟蹤觀測。每填筑一層應觀測一次，如果兩次填筑時間間隔較長，第3天至少觀測一次。路堤填筑完成后，預壓期間根據(jù)穩(wěn)定情況而定，預壓前期7—10天觀測一次，預壓后期每半月觀測一次。沉降板由鋼底板、金屬測桿和保護套桿組成，底板尺寸為50cm×350cm×3cm，金屬測桿直徑為5cm，保護套管尺寸以能套住金屬測桿并使測量時測尺進入套管為宜。
（二）、監(jiān)控要點
1、水準點布置的要求，水準點要求選在垂直于路邊線15m外的距離，土質堅硬便于長期保存和使用的地點，并埋設混凝土水準標石，以便在路堤施工時進行沉降觀測。
2、測量儀器定期校核，必須滿足測量精度要求；三、四等水準測量采用DS3水準儀，配用3m長的紅、黑面木質水準尺。水準尺各部分轉動靈活，望遠鏡制微動螺旋作用應可靠，調焦鏡運用及目鏡調節(jié)不能有明顯的晃動現(xiàn)象。每次觀測前除檢驗圓水準器、十字絲位置正確性，自動安平水準儀補償器靈敏度等項目處，必須正確進行f角的檢驗。精密水準儀按國家一、二等水準測量規(guī)范進行檢驗：普通水準儀按國家三、四等水準規(guī)范進行檢驗。DS1水準儀I角不應超過15"：DS3型水準儀不應超過20"。
三、軟土地基路基處理
所謂軟土，從廣義上講，就是強度低、壓縮性高的軟弱土層。在軟土地基上修筑路基，若不加處理，往往會發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷，導致公路破壞或不能正常使用。習慣上常把淤泥、淤泥質土、軟粘性土總稱為軟土。軟土的特性主要表現(xiàn)為天然含水率高、孫隙比大。含水量在34％～72％之間，孔隙比在10～1.9之間，飽和度一般大于95％，液限一般為35％～60％，塑性指數(shù)為13—30。
當路堤經穩(wěn)定驗算或沉降計算不能滿足設計要求時，必須對軟土地基進行加固。加固的方法很多，常用的方法有：
1、塑料排水板：塑料排水板是帶有孔道的板狀物體，插入土中形成豎向排水通道。因其施工簡單、快捷，應用較為廣泛。最大有效處理深度5m。
2、砂井：砂井是利用各種打樁機具擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱。由于這種砂井在飽和軟粘土中起排水通道的作用，又稱排水砂井。砂井頂面應鋪設墊層，以構成完整的地基排水系統(tǒng)。砂井適用于軟土層厚度大于5m時。最大有效處理深度18m。
3、袋裝砂井：井徑對固結時間的影響沒有井距那樣敏感。但一般砂井如果井徑太小，既無法施工，也無法防止因地基變形而斷開失效。因此，現(xiàn)在廣泛采用網狀織物袋裝砂井，其直徑僅8cm左右，比一般砂井要省料得多，造價比一般砂井低廉，且不會因施工操作上的誤差或地基發(fā)生水平和垂直變形而喪失其連續(xù)性。最大有效處理深度18m。
4、排水砂墊層：排水砂墊層是在路堤底部地面上鋪設一層砂層，作用是在軟土頂面增加一個排水面，在填土的過程中，荷載逐漸增加，促使軟土地基排水固結滲出的水就可以從砂墊層中排走。為確保砂墊層能通暢排水，要采用滲水性良好的材料。砂墊層一般的厚度為0.6—1.0m。為了保證砂墊層的滲水作用，在砂墊層上應該填一層粘性土封住水不讓水返上路基。在路基兩側要修好排水溝，通過砂墊層滲出的水通過排水溝排出路基外，以保持路基的穩(wěn)定。
5、土工織物鋪墊：在軟土地基表層鋪設一層或多層土工織物，可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降，又可以提高地基的承載能力，同時也不影響排水。對于淤泥之類高含水量的超軟弱地基，在采用砂井及其他深層加固法之前，土工織物鋪墊可作為前期處理，以提高施工的可能性。
6、預壓：在軟土地基上修筑路堤，如果工期不緊，可以先填筑一部分或全部，使地基經過一段時間固結沉降，然后再填足和鋪筑路面。最大有效處理深度30m。
7、擠實砂(碎石)樁：擠實砂樁是以中擊或震動的方法強力將砂、石等材料擠入軟土地基中，形成較大的密實柱體，提高軟土地基的整體抗剪強度，減少沉降。最大有效處理深度20m。
8、旋噴樁：利用工程鉆機，將旋噴注漿管置入預定的地基加固深度，通過鉆桿旋轉，徐徐上升，將預先配制好的漿液，以一定的壓力從噴嘴噴出，沖擊土體，使土和漿液攪拌成混合體，形成具有一定強度的人工地基。最大有效處理深度20m。
9、生石灰樁：用生石灰碎塊置于樁孔中形成樁體，稱為生石灰樁。最大有效處理深度20m。
10、換土：采用人工或機械挖除路堤下全部軟土，換填強度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。最大有效處理深度3m。
11、反壓護道：反壓護道是在路堤兩側填筑一定寬度和一定高度的護道。它利用力學平衡以保持路基的穩(wěn)定。
四、結語
軟土路基處理效果不僅與設計計算的方法有關，而且與施工質量的控制密切相關：軟土路基的監(jiān)控，嚴格按照規(guī)范組織施工對沉降觀測數(shù)據(jù)的整理分析，確定和優(yōu)化施工參數(shù)，進行信息化施工，指導軟土路基施工，其工程質量是能夠達到預期目標的。從采用單一地基處理技術走向因地而易，各種方法綜合使用。地基處理不可能完全消除工后沉降，路堤高度是影響工后沉降的重要因素，地基條件是影響地基處理效果的主要因素，在軟土層厚度能打穿的情況下，應堅決打穿以充分發(fā)揮砂井或粉噴樁的作用，在軟土層較厚的情況下，應采用超載預壓加砂井聯(lián)合處理方法，在路堤高度不大的地段可采用超載預壓不處理地基辦法。
