路堑施工及路基变形检测及监测_（陈老）

路堑施工及路基变形检测及监测宋晓东同志已就路基填筑技术及软基处理技术给大家作了详细的讲座，下面，我想就路堑施工及路基变形的检测与监测与大家一起作个交流。（一）路堑施工高速铁路的路堑施工，特别是深路堑施工，十分重要，公司承建工程中，长昆段中有不少20m乃至40m的深路堑。为此，如可保证路堑施工的工程质量，成为摆在我们参建者面前的一项十分紧迫的任务。1、路堑施工的分类就岩土性质来说，有土质路堑和岩石路堑。在土质路堑中，就地质情况不同，有一般性地质路堑和不良地质路堑，如湿陷性黄土路堑，膨胀土路堑，渗水性路堑；在岩石路堑中，有非顺层性路堑和顺层路堑；就开挖深度而言又有20m从下路堑及深挖路堑之别。为此，根据路堑的深度、土质及地质情况，地理环境等不同因素，将采用不同的施工方法。2、土方路堑的施工根据路堑深度和纵向长度，土方路堑的开挖可按下列方式进行。2-1横挖法。所谓横挖法，就是以路堑整个横断面的宽度和深度，从线路一端或两端逐渐向前开挖的方式。如图一所示，此法适用于短而深的路堑。 图一横向开挖法（a）——一层横向全宽挖掘法（b）——多层横向全宽挖掘法当用人工开挖时，台阶高度宜为1.5~2.0m机械开挖时，每层台阶高度宜为3.0~4.0m，采用的机械为挖掘机、推土机、装载机。远运时还应配自卸汽车。机械开挖时，边坡应配以平地机或人工分层修刮平整。2-2纵挖法沿路堑全宽以深度不大的纵向分层挖掘的方法称为分层纵挖法。如图二（a）所示，此法用于较长路堑的开挖。在纵挖法中又可分为通道纵挖法，如图二（b）所示。此法为先沿路堑纵向挖掘一通道，然后将通道向两侧拓宽，上层通道拓宽至路堑边坡后，再开挖下层通道，如此直至开挖至路基设计标高。此法适用于路堑较长、较深或两端地面纵坡较小的路堑开挖。 在纵挖法中，沿路堑纵向选择一个或几个适宜处，将较薄一侧堑壁横向挖穿，使路堑分为两段或数段，各段再沿纵向开挖的方法称为分段纵挖法，如图二（c）所示，此法适用于运距较远的傍山路堑，其一侧路堑不厚的路堑开挖。图二纵挖法在纵挖法施工中，应注意以下问题：（1）采用分层纵挖时，当路堑长度不超过100m时，开挖深度不大于3m，当地面坡较陡时，宜采用推土机作业。（2）在推土机作业时，一次铲切达到满载要求，一般为5~10m，宜在下坡时进行，对普通土、下坡坡度宜为10%~18%，不得大于30%，对于松土，下坡坡度不宜小于10%，亦不得大于15%，傍山卸土的便道应设向内稍低的横坡，并设向外排水的通道。（3）当采用分层纵挖法挖掘的路堑长度较长，超过100m时，宜使用铲运机作业，对于拖式铲运机和铲运推土机，铲斗容积为4~8m3时的适合运距为100~400m；容积为9~12m3的运距为100~700m，自行式铲运机的适宜距离可按上述加倍，并应配推土机配合作量。（4）铲运机运土通道：单通道不应小于4m，双通道不应小于8m，重载上坡坡度不大于8%，空驶上坡坡度不大于50%， 避免急弯。路面应尽量保持平整。（5）选用的全部土场应满足分层铺卸的需要，并留有回转余地。2-3混合挖掘法当路堑纵向长度和挖深都很大时，宜采用混合挖掘法，即将横挖与纵挖混合使用，采取先纵后横的方法，其目的是发挥出最大的工作效率，充分发挥机械的产能，如图三所示：图三混合挖掘法2-4进沟及截水沟的开挖在路堑施工中，加强排水，作好边沟与截水沟的开挖相当重要不可忽视。所有排水设施应符合设计要求，应做到基底填平、夯实，排水通畅，其出口应与桥涵进出口联通，不得冲刷路堤，边坡不得有塌陷。开挖时应从下游出口向上游开挖，做到边沟整齐，沟坡沟底平顺。3、石方土堑的开挖石方应视岩石的类别、风化程度及节理发育情况而确定不同的施工方法。对强风化岩石，则可用机械直接开挖，凡不能用机械开挖的则应采用爆破方法开挖。爆破法开挖的程序为：施爆区管线调查→炮位设计与设计审批→ 配备专业施爆人员→用机械或人工清除施爆区覆盖层和强风化岩石→钻孔→爆破器材检查与试验→炮孔检查与清碴→装药与安装引爆器材→布置安全岗和施爆区安全员→炮孔堵塞→撤离施爆区及飞石影响区的人员、牲畜→起爆→清除哑炮→解除警戒→评价并测定爆破效果。在需要进行爆破施工的路堑地段，必须使用中小炮爆破，严禁采用峒室大爆破，要在保证路堑边坡稳定，保证周围设施，如高压线、地下管道，地下电缆、高层建筑、库坝等设施的安全下，采用小爆破、弱爆破、松动爆破等方法、有效、有序地开展施工。3-1炮眼位置的选择选择炮眼时，应注意以下几点：1）充分考虑岩石的产状、类别及节理发育情况，炮眼应避开大溶洞、大裂隙。2）炮眼不宜选在硬度相差很大的岩石介面处。3）炮眼应充分考虑临空面及抵抗线的因素。4）当设计群炮时，宜合理选择间距，科学计算，采用微差爆破。3-2炮眼法炮眼法是施工中常采用的中小型爆破的主要方法之一，炮眼深度按如下公式计算：L=C·HL——炮眼深度（m）H——爆破岩石的厚度或阶梯高（m）C——岩石坚硬程度系数坚石为1.0~1.5 次坚石为0.85~0.9，软石为0.7~0.9炮眼间距为：a=b·wa——炮眼间距（m）W——最小抵抗线（m）b——系数，火雷管起爆为1.2~2.0(尽量不采用)电雷管起爆为0.8~2.3装药量一般为炮孔深度的1/3~1/2，尽量采用松动爆破，此时装药量可为炮孔深度的1/3~1/4。3-3药壶法（葫芦炮）所谓葫芦炮即将炮眼底部扩大成葫芦形，以提高爆破效果，适用于均匀黏土（硬土），次坚石，坚石的爆破。葫芦炮炮眼深度一般为5~7m，不宜设计在靠近边坡处，其装药量为：Q=K.W3Q—炸药质量（kg）W—最小抵抗线，一般为阶梯高度的0.5~0.8倍。K—单位岩石的炸药消耗量（kg/m3）软石为0.26~0.28，次坚石为0.28~0.34，坚石为0.34~0.35单排群炮的炮眼间距为：α=（0.8~1.0）w多排炮时W—为两排邻炮眼之间最小抵抗线的平均值cmb=1.5w3-4光面爆破与予裂爆破施工在石方路堑施工中，应采用光面 爆破，予装爆破与深孔爆破相结合的施工方法，以使爆破后形成平整的坡面，在爆破方案实施时，应注意以下几个问题：（1）光面爆破和予裂爆破宜选用低威力，低爆速，低密度，使用爆炸性能好的炸药。（2）予裂爆破时，宜根据岩石特性，合理选择炮孔间距，一般为炮孔直经的8～12倍，光面爆破时为炮孔直径的10～16倍并满足a＝w/m（m为炮孔密度系数m＞1）（3）应根据计算，在专业工程师的设计下，合理装药，合理布局，予裂孔及主炮孔之间的间距及起炮时间差。（4）光面爆破与予裂爆炮的质量要求①坡面上应均匀留下50%以上的炮孔痕迹率②予裂缝宽不宜小于5～20mm，缝深不得小于孔深③边坡坡面平整，凹凸差小于150mm④坡面上不应有明置的爆破裂纹（二）深挖路堑的施工当路堑边坡高度等于或大于20m时，称为深挖路堑，这是我们最为关注的事。对深挖路堑施工，提出以下几点要求：（1）充分做好施工前的准备工作，要认真研究、读懂、读细设计文件，认真研究该路堑地段的地质资料，并搜集了解土石界限，工程等级，岩层风化程度及破碎程度，岩层工程特性。 （2）根据搜集到的地质、水文、周边环境资料，认真做好施工组织设计。（3）严格工艺，严格执行设计文件，对土质边坡，应每隔10m高设置平台，人工施工时平台宽度为2m，机械施工时为3m。（4）平台上应设置横坡及纵坡，横坡度为0.5%～1%，向内倾斜，纵坡应与线路纵坡一致，并设置排水设施与排水系统相通。（5）边坡坡率及边坡防护设计应按设计文件严格执行，需修改时应按程序上报，批准后方可执行。（6）对土质路堑在靠边坡3m处严禁采用爆破施工。（三）几种特殊地质的路堑施工1、膨胀土路堑的施工（1）膨胀土路堑应避开雨季施工，应及时砌筑边坡支档结构，随挖随砌，当不能紧跟开挖进行砌筑时边坡应暂留厚度不小于0.5m厚的保护层。（2）换填要及时，实有困难时，亦应留0.5m厚保护层，路面基床表层庆按设计设置封闭层。2、黄土路堑的施工（1）黄土路堑宜在旱季施工。当在雨季施工时，宜快速，且工作面应保持大于4%坡度，边坡不得受水浸泡、冲刷、保持畅通。（2）施工时应按设计的坡度从上自下进行开挖，保持坡面平顺，不得积水。3、地下水路堑 （1）在地下水发育路段施工时，应充分调查地下水的发育情况及相关水文资料，施工时保证场地排水畅通。（2）采用予裂爆破或光面爆破开挖渗水暗沟或用机械开挖（软石、强风化岩石），使沟槽两壁平顺。混凝土施工时应表面平整，检查井应与浇筑混凝土同时完工。（3）铺设土工合成材料时，应做到下端平铺于混凝土基础顶面再将上端沿沟壁与抻平。（4）铺设渗水管时，沟内应按设计回填碎石滤层，周边及顶部30cm范围内松填，30cm以上口应分层夯实。（5）侧沟的水泥砂浆勾缝应符合规定。（四）质量检验不论是土方路堑，石方路堑而或是特殊路堑的施工，当达到设计标高后，均应进行质量检验，边坡、排水、支挡结构、基床底层顶面等的质量评定，均应达到规范要求，限于时间关系，具体情况不再赘述。（五）路基工程质量的检测及变形监测路基工程质量检测技术及变形监测，是衡量路基工程路基土填料是否达到压实标准，在运营中是否能保证路基在动荷作用下的稳定性、舒适性、工后沉降的可控性以及对路基变形实行实时控制，科学指导施工的重要环节，已经成为一门专项的检测、监控技术，涉及内容十分广泛，要想在一两个小时内弄懂，弄通是比较困难的。今天只作一些简略的介绍，为现场技术人员提供一些基本的知识。一、路基质量检测： 1、压实系数的检测方法1－1何谓压实系数，是指实验中心通过标准击实试验所得的室内干容重与现场取样而测得的干容重之间的关系，即K=ρ现/ρ实K<1.0ρ现—现场取样干容量ρ实——实验室标准击实测量的干容量1——2压实系数的检测方法有1）环刀法2）灌砂法3）灌水法4）气囊法5）核子仪法现在工地最常用的方法是环刀法及核子仪法。这些方法的具体做法请详见实验方法。2、几个力学指标的解读在施工规范中，对路基质量验收的标准分别是K30，EV2，Evd几项力学指标。它们的具体含义是：1）K30——它是国内外广泛采用平板载荷试验来确定填土的基床系数，以此来检验其施工压实质量，它是采用直径为30cm的荷载板，在加压下，当下沉量为1.25mm时，所对应的荷载值，荷载为单循环荷载，计量单位为Mpa/m，计算方式为：K30=δs/Ssδs—在δs-Ss曲线中，当Ss=1.25×10-3m时对应的荷载强度Mpa2）EV2—变形模量尽管K30也反映了路基土体强度与变形之间的关系，但是，在计算K30 值时，其荷载一沉降曲线是通过一次加载而得出的，德国人，日本人采用EV2和EVa双控指标，来指导高速铁路施工，也收到了很好的效果。变形横量EV2的荷载一沉降曲线是在逐级加载后，逐级卸载，再二次加载而得出的，这样，其沉降消除了填料本身的塑性变形，其测试结果的离散性小。EV2试验是通过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，用测得的承载板下应力和与之相对应的承载板中心沉降量S来计算变形模量EV2及EV2/EV1的试验方法，其计量单位为Mpa其计算公式为EV2=1.5γ1/a1+a2δ2maxγ—承载板半径150mma1—二次多项式一次项系数（mm/Mpa）a2二次多项式二次项系数（mm/Mpa2）δ2max—第二次加载测试值EV2—变形模量（Mpa）3）动态变形模量EVd以上K30、EV2是通过施加静荷载而测得的，尚不能反映在列车荷载作用下对路基的真实情况，随着高铁的迅猛发展，需要有一个指标来反映路基变形在动荷载作用下的反映动态特性的指标——即动态变形模量EVd动态变形模量的物理意义是指路基中某点的动应力与动应变之比，它反映了在一定状态下该点抵抗动荷载产 生动变形的能力。其计算方式为：EVd=σd/εrEVd——动态模量σd——重复动应力，等于σ1——σ3εr——当围压σ3为常数时沿东轴向σ1方向的可恢复应变。上述EVd可通过动态动板荷载试验方法获得它是通过一个重10kg的落锤和对应的沉陷值来直接测出反映土体动态特性。计量单位为Mpa，试验用最大冲击力7.07KN，冲击时间为18±2mS，荷载板直径亦为300mm，厚度为20mm，沉陷范围为（0.1~2.0）mm±0.05m，其计算式也可表述为：EVd=1.5×r×σ/SEVd——动态变形模量，计算至0.1Mpar——承载板半径，r=150mmσ——荷载板下最大动应力σ=0.1MpaS——承载板下的沉降值（mm）则上式可简化为：EVd=22.5/s，通过EVd也可推算出K30值二、路基变形监测1路基监测的内容在高铁施工中，根据沿线地质特点，采取全线观测，重点突破的指导思想，选择具有代表性的典型断面进行分层观测，如高路堤地段，软土及松软土路基填筑，其目的在于研究在施工期随着填方高度的增加 而引起沉降变化的规律，以指导施工，对不良地质路段，应在边坡设置边桩进行水平位移观测，在路堤基底设置沉降观测。典型断面监测项目及目的如下表所示表一路基监测项目及目的监测项目仪表名称观测目的沉降地表沉降地表型沉降计（沉降板，沉降杯水平侧斜仪）地表以下土体沉降总量常规观察项目。根据测定数据调整填土速率，预测沉降趋势，确定预压卸载时间和铺轨时间，提供施工期沉降土方量的计算依据。地基分层沉降深层分层沉降仪地基不同层位分层沉降量水平位移地面水平位移及隆起量水平位移边桩测定路堤侧向地面水平位移量并监测地面沉降或隆起量，用于稳定监测地基土体水平位移地下水平位移标（测斜仪管）观测地基各层位土体侧向位移，用于稳定监测和了解土体各层侧向变位以及附加应力增加过程中的变化发展情况，推断土体剪切破坏的位置应力地基孔隙水压力孔隙水压力计观测地基孔隙水压力变化，分析地基土固结情况土应力土压力计用于地基或桩的承载力测定以分析桩土应力比2、监测的频率及精度要求施工期应加强路基沉降及稳定的跟踪监测，应达到：每填筑一层，应监测一次，当两层填筑间隔较长时，每3天监测一次。路基填筑、堆载预压期宜半月或一个月观测一次，直到预压期结束。由于路基沉降速度普遍较小，因而竖向沉降的误差要求控制在0.1mm以上。3、资料整理及成果报告以上监测的数据，应及时由专人填入表格，随时计算、校核汇总，绘制沉降过程曲线图并整理分析，发现异常时应及时动态跟踪，当发现沉降或水平位移速率骤增时，应深入现场，及时查明原因，并提出处理措施。资料整理应包括以下内容： 1）荷载——时间——沉降过程曲线。2）路基横向沉降盆变化过程图。3）荷载——时间——地表水平位移过程线。4）地面横向位移分布图。5）土体内部水平位移随深度变化曲线。6）荷载——孔隙水压力——时间关系曲线。7）利用实测的各种关系，曲线推测七时段内沉降和最终沉降S　w，或反算出地基固结系数，以及判断路基稳定性。4、路基工后沉降的预测方法路基工后沉降的评定十分重要，它为设计及指导施工提供十分重要的依据，工后沉降，以实测方法为主，目前国内外推算工后沉降的方法有：1）双曲线法St=So+t-to/α+β（t-to）So——拟合沉降量St——时间t时沉降量α、β待定系数，从（t-to）/（St-So）—（t-to）关系中的截距和斜率得出。2）三点法Ut=1-A·e-BTU——t时刻的平均固结率A、B为待定系数A=eBt1(1-S(t)/S1c)≈8/π2B＝1/t2-t1lnS1(t2)-S1(t1)/[S1(t3)-S1(t2)] 还有三点法，星野法，修正指数函数法，浅岗法等，它们均是根据固结理论而得出的，只是数学模型的建立与时段不同而已不再详细介绍。感兴趣的同志，可参看有关专著。