高填方路堤沉降监测控制指标优化研究

高填方路堤沉降监测控制指标优化研究摘要：本文介绍了对高填方软土路基填筑监控的施工方法。并通过具体实践，对现行通用的路基填筑监控标准进行适度的修正从而达到上述目的的方法。关键词：公路工程；高填方路基；监测控制0前言我国属多山国家，工程建设中采用高填方路堤较多，这些高填方大多置于软土地基之上。在路堤填筑过程中，路基荷载的增加如超过软土地基的极限承载力，很容易使路堤产生病害甚至发生滑移。因此，对软基加载进行监测监控已成常态。由于高填方路堤填方工程量较之一般路堤要大得多，如何在确保路堤不失稳情况下尽最大可能的提高填土速率是工程界人士所追求的目的之一。1研究背景《公路软土地基设计与施工技术规范》中对监控指标的规定，无论路基的软土性质如何？也不论软土层厚是几米还是几十米？更未涉及路基是半挖半填段还是完全填方段？不论路基是高填方还是一般填方？也不论设计采用何种加固方法，均以不变的一个标准（沉降速率≤10.0mm/d，水平位移速率≤5mm/d）以控制多变的软土地路基的填筑。这样，难免会产生偏差。第8页共8页 有鉴于此，考虑到该段属典型的“半挖半填”段，且软土层厚8.3m等因素，我们将监控指标进行调整到沉降速率≤8.0mm/d、水平位移速率≤4mm/d，以此控制后期加载。实践表明，按此指标控制的后期加载，直至路面施工完成，路基并未产生病害。表明该“控制标准”是符合本区段实际情况的。本研究除较为详细地介绍了对路基加载监控方法外，并以交通部《公路软土地基设计与施工技术规范》为基础，结合具体工程，在实践的基础上，对现行对路基填筑监控标准进行适度修正，从而达到在确保路堤稳定的情况下，尽可能提高加载速率的目的。2监测工艺流程2.1操作要点1）.技术准备（1）做好技术交底、熟悉施工图纸与技术规范、熟知监测质量要求应满足《公路软土地基路基设计与施工要求》（下称《技术规范》）与《公路路基施工技术要求》（JTJ033―95）等。（2）水准点与坐标点控制。按设计提供的水准点、坐标点为基础，利用路基旁山坡或周边不会产生形变的构造物，在垂直向每隔3m设置一个辅助水准点与坐标点（基准点）。（3）现场观测人员要熟知各类观测仪器使用、精度要求、观测步骤、监控频率、监控标准。2）技术要求（1）加载控制标准与对加载控制标准的修正第8页共8页 《技术规范》规定对加载控制标准为：“路基中心地表面沉降速率宜控制在10mm/d，坡脚处的侧向位移宜控制在5mm/d以内”方可进行下一级加载。但孔隙水压力监控标准在《技术规范》中未涉及，一般情况下由设计院规定：“孔隙单级孔压系数小于0.6，综合孔压系数小于0.4方可进行下一级加载”。在软基观测中，倘若有一项或数项监测结果超过上述指标，则应停止加载施工。当所有监测项目的监测结果都小于上述控制标准值后，可恢复加载。众所周知，软土性质多变、软土层厚深浅不一，软基加固设计方法不同、加载施工手段各异，路基填方高程不等等特点。以一个不变的控制标准（沉降速率≤10.0mm/d，水平位移速率≤5mm/d）企求控制复杂多变的软土路基的加载，难免会产生偏差。通过对广梧高速公路与云罗高速公路高填方软土路基填筑的监控，结合工程具体情况对监控标准进行适度修正，使之符合本工程的具体情况。，实践表明：修正后的监控标准是附和上述两高速公路实际情况的。修正后的监控标准见表二：表二、高填方路堤加载监控标准（2）监测频率填土期每天观测1次，预压期第1个月内隔日观测一次，预压期第2个月～第3个月每周观测一次，预压期第三个月之后至路面施工完毕每半月观测一次。从营运期开始至设计观测期每半年观测一次（设计观测期为施工开始至营运期的头两年）。第8页共8页 2.2.观测断面的布置观测仪器与标杆以布置在同一观测断面为宜，一个观测区段至少设置一个观测断面。一般情况下断面观测仪器、标杆布置数量见表三。按照“动态监测”理念，也可以根据现场实际情况适度增减部份观测点位。表三、观测断面仪标数量布置表2.3.观测仪器、标杆的规格要求与埋置1）.沉降板（1）沉降板底板采用边长为500mm正方形钢板制作，在板中心点处焊接一根Φ32mm钢管以作标杆，标杆四周采用三块呈三角形的钢倒将标杆以加强固定，接管管长以80cm为宜。（2）沉降板埋设在原地面或砂垫层（如果有）下，埋设时，先开挖出一个长宽各0.6m、深0.8m的土坑，在土坑底部满填厚度≥20cm的砂垫层，整平后，将带有测量标杆的沉降板置于土坑之中。此后采用水准仪检测、修正标杆垂直度，倘若达不要求，则将沉降板取出、调整坑内砂垫层重新埋置，直至标杆垂直度2）侧向位移边桩位移边桩用砼制作，其几何尺寸为：1.7（m）×0.1（m）×0.1（m），砼土强度25，内插一根Φ8mm长1.5m钢筋，钢筋顶端露出砼顶面1～2mm，事前先用砂轮打平，并用锉刀锉出与路基中线垂直的“十”形，以便进行观测。第8页共8页 埋设：有条件可采用挖机将边桩垂直压入土中压实，没此条件的可用人工采用“洛阳铲”挖洞埋入。此后用砂、土填充压实。边桩外露长度≤15cm。3）.土体深层侧向位移管（测斜）测斜管采用铝合金或塑料管，管外径Φ=70mm。其弯曲性以适应被测土体位移情况为适宜。测斜管内纵、横向十字导槽应润滑顺直，管端接口密合，首、尾设有同质管盖与管靴测斜管应埋设于地基土体水平位移最大的平面位置，一般埋设在路堤边坡坡趾或边沟上口外缘1.0m左右位置；测斜管采用钻机导孔埋设，导孔直径Φ110，导孔偏差确定测斜管埋置质量良好后，用中粗砂填充钻孔与测斜管间隙缝，使测斜管与地基形成一整体。将测斜管顶端盖好管盖，并用螺丝固定。需要时，在测斜管壁外埋设直径约大于30cm的砼管予以保护。2.4.提交资料1）.按开普顿开普顿（A.W.Skempton）提出的孔隙水压力理论，单级孔压系数计算式为：B单级=Δu/ΔP，综合孔压系数计算式为B综合=（Ui-U0）/ΣPi；2）.采用双曲线法推算加固土体最终沉降量并计算工后沉降；3）.绘制软基沉降过程线（h～S～t曲线）；4）.绘制孔隙水压力与时间关系过程线（h～u～t曲线）；5）.绘制土体深层位移与时间关系过程线，（H～h～t曲线）；6）.计算不同时段软基土体经加固处理后所达到的固结度。3、质量控制第8页共8页 3.1控制点加密按设计提供的基础桩（水准、坐标点），利用高填方路基旁的山坡或周边不会产生形变的构造物，在垂直方向每隔3m高程设置一个辅助水准点与坐标点，对基础桩进行加密，以适应不断增高路的沉降与位移观测；3.2观测精度控制与要求3.2.1所有观测仪器均需率定证明合格后方可使用。由于监测工作范围与观测点位相对固定且往返多次的重复性工作，因此，每次观测时三角架立设位置（三角架支点尽可能选择前后视等距处）相对固定以提高观测精度；3.2.2沉降观测仪器采用S1及S3水准仪，S1用于基桩和校核基桩标高检测用，S3?用于填筑过程观测用。沉降观测精度误差3.2.3位移边桩采用全站仪观测，观测误差测斜观测以伺服式测量计，其精度可达±0.01mm，测试时，将仪器归零，放入孔内后停置3～5分钟，使测头与地温平衡后开始测试。第二次测试完成后，旋转180O进行正、反两次测量，以消除仪器本身误差，因此被公认是精度令人信服的观测方法。测试时，每次读数力求准确，同一点误差3.2.4孔压观测采用钢弦式孔压计与之匹配的振弦式渗压计，两者监测误差均在±0.1Hz间，经统计计算，其孔隙力误差在±0.05kPa左右，完全满足监测精度要求。观测分两次进行，第一次观测完成后停滞5分钟后再进行第二观测，取其均值作为本次观测值。第8页共8页 4、效益分析从云罗高速公路k47+900～k48+360段路基，此段路基左侧为山体，右侧为软土地基，高速公路从山体边坡穿越而过，属典型的“半挖半填”路段。路基平均填高14.2m，属较高填方路段。施工中采用《技术规范》规定的监控标准以控制填土速率，2009年3月12日路基产生较大形变导致路基坡脚处已完工的排水沟砼墙体开裂、沟底凸起。此后采用反压护道法对其进行加固，与此同时将沉降与位移监控指标修正到8mm/d与位移4mm/d以控制后续加载，顺利完成了路基填筑。从2011年开始进行云罗高速公路软基监控观测，由于该公路多为高填方路基，设计亦将加载控制标准降低为沉降8mm/d，位移4mm/d。控制指标降低虽有利于路基稳定，但会有碍工程施工进度。通过近年的工程实践，总结出高填方路堤加载监控标准（见表二），适度的提高路堤在极限填土高程、静置预压后的填土速率，并以此控制云罗高速公路高填路堤施工，如k44+800～K44+980段填高33.45m；k48+316～K48+540段填高48.79m；k49+080～K49+195段填高44.09m。至路基填筑顺利完成、沉降稳定、路面施工，上述路基均未产生任何病害。第8页共8页 采用上述监测方法与修正后的加载监控标准，可达到在确保路基安全稳定前提下，最大可能的提高填土速率以增加软土地基的预压工期，将原本在营运期的沉降提前到施工期完成，这对于提高高速公路施工质量、减少工后沉降、增加行车舒适度、减少维修费用效益是显著的，这是软基监测的最高理想。第8页共8页