关于公路工程路基沉降及监控要点的探讨

　　关于公路工程路基沉降及监控要点的探讨
　　王毅威
　　湖南工大桥隧联智公司
　　摘要：软土路基处理效果不仅与设计计算的方法有关，而且与施工质量的控制密切相关，在此，作者根据多年从事施工管理和检测经验，并借鉴同行一些成功的处理办法，从软土路基施工中沉降的观测试验入手，对监控要点方面进行了初步分析，推荐几种常用的软土路基处理方法，以供探讨。
　　关键词：公路工程；路基沉降；沉降观测；
　　对于公路路基路面设计，根据规范要求，必须满足足够的刚度、强度和水稳定性。在工程设计和施工中，路基的整体稳定设计直接关系到工程的有效使用，就路基沉降问题，产生原因主要为路基填筑压实不够和软土路基未处理到位所致，特别是软土路基的处理是造成路基沉降的根源。为此，对于公路工程软土路基的设计及处理就显得非常重要，软土路基处理效果不仅与设计计算的方法有关，而且与施工质量的控制密切相关。
　　一、沉降观测方法
　　路基沉降试验包括两个方面内容：观察填土路基的自身沉降；观察软土路基基底在路基填土重力等作用下的沉降。
　　（一）、观测试验设置方式：
　　1、在不同的观察位置竖直埋置一根导管(用中6cm钢管制作)，导管下端设置砼底座(30#普通砼，几何尺寸为0．5×0．5×0.2m)竖直放一根自由导杆(外径2cm钢管)，导杆下端和另一砼底座(30#普通砼，几何尺寸为1.0×1.0×0.2m)相连，并与所要观察的位置平齐，结合填土高及便于观察和操作等实际情况，导管和导杆采用逐节连接方式进行加长，每节长度一般按3m或2m进行选择。2m导管和导杆主要用在最上一节。导管和导杆上端伸出路面顶适当高度以便于工程竣工后跟踪观察。
　　2、在路基左右两侧边坡底线各设置二排砼底座观测桩横轴对齐，第一桩离边坡底线2m，第二排桩离第一排桩5m，根据路线中线15m为个观测断面，依次设置观测桩，并测出各观测桩的标高后跟踪观测。
　　(二)、仪器和测量精度要求：沉降观测要求沉降观测采用精度较高的水准仪，以二级中等精度要求的几何水准测量高程，观测精度应小于2mm；观测频率视不同时期而定，其中填筑期为每日观测1—2次，预压期第1—4周隔日观测1次；预压期第四周至第三个月每周观测1次：预压期第三个月以后至上路面完毕后每半个月观测1次；从营运开始至设计观测期每隔3个月观测1次。
　　（三）沉降观测的成果分析
　　1、随着填筑高度的增加迅速增大，当路基填筑即将竣工和竣工后，路基沉降又呈缓慢增加形式，直至路基完全稳定下来，路基在初始填筑过程中，由于原地基具有一定的承载力可以随一定高度填土产生的压力，在地基容许承载力范围内，地基沉降呈现出类似弹性变化的形式，即地基沉降随着填土高度的增加而增加。当填土增加到一定高度时，即土方填筑产生的压力等于地基承载力地，地基受力处于要限状态。当填筑高度继续增加，地基承载力进入强化阶段，原地基土体结构被破坏，地基土颗粒在外力作用下重新排列形成新的结构，使地基承载力得到增强。地基土结构的变化，是该阶段地基发生明显沉降的根本原因。
　　2、为确保路基本身不发生压缩沉降，路基施工时，宜选择低液限粘土或低液限粉土作为路基填料。填料要分层进行，每层压实厚度宜控制在10～30cm范围内。
　　(四)、测量成果的整理：首先检查记录的数据和计算是否正确，观测限差是否符合要求，文字说明是否齐全，然后将观测数据填入表，计算相邻两期的观测的沉降量和累计沉降量。
　　二、沉降观测的监控要点
　　（一）、设计要求
　　根据公路地质条件，稳定与沉降观测断面分主控断面和一般控制断面。主控断面分段长度为300m，一般控制断面为50m。在施工期间严格对软土路基进行沉降和稳定的跟踪观测。每填筑一层应观测一次，如果两次填筑时间间隔较长，第3天至少观测一次。路堤填筑完成后，预压期间根据稳定情况而定，预压前期7—10天观测一次，预压后期每半月观测一次。沉降板由钢底板、金属测杆和保护套杆组成，底板尺寸为50cm×350cm×3cm，金属测杆直径为5cm，保护套管尺寸以能套住金属测杆并使测量时测尺进入套管为宜。
　　（二）、监控要点
　　1、水准点布置的要求，水准点要求选在垂直于路边线15m外的距离，土质坚硬便于长期保存和使用的地点，并埋设混凝土水准标石，以便在路堤施工时进行沉降观测。
　　2、测量仪器定期校核，必须满足测量精度要求；三、四等水准测量采用DS3水准仪，配用3m长的红、黑面木质水准尺。水准尺各部分转动灵活，望远镜制微动螺旋作用应可靠，调焦镜运用及目镜调节不能有明显的晃动现象。每次观测前除检验圆水准器、十字丝位置正确性，自动安平水准仪补偿器灵敏度等项目处，必须正确进行f角的检验。精密水准仪按国家一、二等水准测量规范进行检验：普通水准仪按国家三、四等水准规范进行检验。DS1水准仪I角不应超过15"：DS3型水准仪不应超过20"。
　　三、软土地基路基处理
　　所谓软土，从广义上讲，就是强度低、压缩性高的软弱土层。在软土地基上修筑路基，若不加处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致公路破坏或不能正常使用。习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土。软土的特性主要表现为天然含水率高、孙隙比大。含水量在34％～72％之间，孔隙比在10～1.9之间，饱和度一般大于95％，液限一般为35％～60％，塑性指数为13—30。
　　当路堤经稳定验算或沉降计算不能满足设计要求时，必须对软土地基进行加固。加固的方法很多，常用的方法有：
　　1、塑料排水板：塑料排水板是带有孔道的板状物体，插入土中形成竖向排水通道。因其施工简单、快捷，应用较为广泛。最大有效处理深度5m。
　　2、砂井：砂井是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱。由于这种砂井在饱和软粘土中起排水通道的作用，又称排水砂井。砂井顶面应铺设垫层，以构成完整的地基排水系统。砂井适用于软土层厚度大于5m时。最大有效处理深度18m。
　　3、袋装砂井：井径对固结时间的影响没有井距那样敏感。但一般砂井如果井径太小，既无法施工，也无法防止因地基变形而断开失效。因此，现在广泛采用网状织物袋装砂井，其直径仅8cm左右，比一般砂井要省料得多，造价比一般砂井低廉，且不会因施工操作上的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性。最大有效处理深度18m。
　　4、排水砂垫层：排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层砂层，作用是在软土顶面增加一个排水面，在填土的过程中，荷载逐渐增加，促使软土地基排水固结渗出的水就可以从砂垫层中排走。为确保砂垫层能通畅排水，要采用渗水性良好的材料。砂垫层一般的厚度为0.6—1.0m。为了保证砂垫层的渗水作用，在砂垫层上应该填一层粘性土封住水不让水返上路基。在路基两侧要修好排水沟，通过砂垫层渗出的水通过排水沟排出路基外，以保持路基的稳定。
　　5、土工织物铺垫：在软土地基表层铺设一层或多层土工织物，可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降，又可以提高地基的承载能力，同时也不影响排水。对于淤泥之类高含水量的超软弱地基，在采用砂井及其他深层加固法之前，土工织物铺垫可作为前期处理，以提高施工的可能性。
　　6、预压：在软土地基上修筑路堤，如果工期不紧，可以先填筑一部分或全部，使地基经过一段时间固结沉降，然后再填足和铺筑路面。最大有效处理深度30m。
　　7、挤实砂(碎石)桩：挤实砂桩是以中击或震动的方法强力将砂、石等材料挤入软土地基中，形成较大的密实柱体，提高软土地基的整体抗剪强度，减少沉降。最大有效处理深度20m。
　　8、旋喷桩：利用工程钻机，将旋喷注浆管置入预定的地基加固深度，通过钻杆旋转，徐徐上升，将预先配制好的浆液，以一定的压力从喷嘴喷出，冲击土体，使土和浆液搅拌成混合体，形成具有一定强度的人工地基。最大有效处理深度20m。
　　9、生石灰桩：用生石灰碎块置于桩孔中形成桩体，称为生石灰桩。最大有效处理深度20m。
　　10、换土：采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料。最大有效处理深度3m。
　　11、反压护道：反压护道是在路堤两侧填筑一定宽度和一定高度的护道。它利用力学平衡以保持路基的稳定。
　　四、结语
　　软土路基处理效果不仅与设计计算的方法有关，而且与施工质量的控制密切相关：软土路基的监控，严格按照规范组织施工对沉降观测数据的整理分析，确定和优化施工参数，进行信息化施工，指导软土路基施工，其工程质量是能够达到预期目标的。从采用单一地基处理技术走向因地而易，各种方法综合使用。地基处理不可能完全消除工后沉降，路堤高度是影响工后沉降的重要因素，地基条件是影响地基处理效果的主要因素，在软土层厚度能打穿的情况下，应坚决打穿以充分发挥砂井或粉喷桩的作用，在软土层较厚的情况下，应采用超载预压加砂井联合处理方法，在路堤高度不大的地段可采用超载预压不处理地基办法。