谈高速公路软土地基沉降监测

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摘要:结合高速公路软基处治案例开展沉降监测，全面阐述了地基沉降机理，对不同方法软基处治效果进行分析。制定监测方案对软基施工中和完工后的沉降量进行监测，分析监测数据表明处治后的软基沉降均满足设计要求，达到了预期效果。

关键词:高速公路，软土地基，沉降监测

引言

高速公路软土地基处治不当，会造成路基路面结构出现较大的沉降变形，进而导致道路整体结构破坏。为了解决软土地基沉降变形问题，通常采用强夯法、水泥搅拌桩法对软土地基进行处治。为了准确确定软基处治效果，布置测点在路基、路面施工过程中进行沉降监测，收集数据进行分析，作为分析软基处治效果的主要依据。

1软基的沉降机理

软土地基承载能力差、强度低，在外界荷载作用下容易出现较大的压缩变形。高速公路沿线分布广，地基地质情况变化较大，准确掌握地基土的基本特性难度比较大。在路基填筑施工过程中，在路基填料重量的作用下，会使地基产生进一步的固结变形，使路基产生沉降变形。地基土的变形包括体积变形和形状变形两部分，体积变形时在正应力的作用下压密地基土，使土体体积缩小;形状变形是在剪应力作用下土体结构产生剪切破坏，使地基土形状发生变化，进而使土体产生剪切破坏，地基沉降主要是由于土体体积变形引起的。地基土在外界荷载作用下，会产生压缩变形，发生固结。外界荷载一部分由地基土中的水承担，从而产生孔隙水压力;另一部分荷载由土体骨架结构所产生的有效应力承担。根据太沙基理论，孔隙水压力和有效应力之和构成了地基土的总应力。土体在外界荷载作用下，产生沉降变形会经历以下两个过程:第一个过程是土体颗粒在外界荷载作用下产生压缩和侧向膨胀变形，此时压应力没有超过地基土所能承受的极限压应力，因此土体颗粒的变形量较小;第二个过程是在压应力超过极限压应力，土体结构产生流体排出，这个过程中土体体积大幅缩小，水分和空气被排出，进而造成地基产生沉降变形。

2闻合高速软基沉降监测方案

2．1工程概况

闻合高速公路设计采用双向四车道，路基设计宽度26mm，路线全长75．98km，设计车速100km/h。该高速公路处于黄土高原干湿过渡区，夏季湿润多雨，冬季干旱少雨，降雨主要集中在夏季。该地区一年中平均气温最高月份出现在7月，平均气温为23．8℃，平均气温最低月份出现在1月，平均气温为－20．6℃。冬季冰冻厚度为56cm，冬季干燥少雨，冬歇期间应做好防护。该地区降雨主要集中在6月～9月，其中7月～8月降雨量最大，路基施工过程中应做好防排水设计，防止雨水浸泡。路线个别路段穿越软土地区，主要为粉土、粉质粘土，软土厚度为3．7m～8．7m，软土区域地基土含水量高，承载能力差。为提高地基承载力，采用强夯法和水泥搅拌桩处治软基路段，并制定监测方案对路基沉降变形情况进行监测，确保路基稳定性满足设计要求。

2．2软基沉降监测方案

该项目软基处治后，进行路基填筑施工，由于施工工期紧张，填筑施工速度快，为了控制路基沉降变形，在路基填筑完成后对软基沉降情况进行控制。结合路基填筑高度布置监测断面，在每个断面布设沉降板、测杆开展监测工作。为了准确确定各路段软基沉降情况，分别在强夯法和水泥搅拌桩处治路段布置监测断面和观测点。监测断面间距为150m～200m，在路基与桥梁、涵洞等构造物连接处适当加密。沉降监测采用电子水准仪、铟钢尺进行观测，测量精度必须满足二等水准测量要求。根据路基实际情况确定观测频率，对一般路段，观测初期1次/(1～2)d或1次/3d，如出现沉降突变增加观测频率至1次/d，完工后或冬歇期1次/14d。路面施工后6个月1次/(10～15)d，通车运行0～3个月1次/月，4个月～12个月2次/月。

3软土地基沉降监测结果分析

3．1施工中路基中心沉降变形分析

为了准确确定路基中心在施工过程中的沉降变形情况，选取有代表性的断面进行沉降变形分析。在路基填筑过程中，分别在每次填筑完成后进行路基沉降观测，记录变形数据如表1所示，绘制沉降量—填高—时间曲线如图1所示。分析监测断面监测数据和变化曲线初期该监测断面路基中心沉降变化速度较快，后期变化速度趋缓。这主要是由于施工期间随着路基填筑厚度不断增加，软基上部荷载不断增加，在荷载作用下软基不断被压密和固结。施工初期沉降变形大，瞬时沉降速率高;在填筑施工后期，软基固结变形逐渐下降，沉降速率下降，变形曲线逐步趋于平缓。

3．2软基沉降结果分析

为了准确确定软基沉降变化情况，在路基填筑施工过程中，完工后分别进行监测，收集数据分析软基变形情况。项目施工过程中先后布置60多个观测断面，分别在路基填筑施工阶段、完工后和路面施工阶段开展沉降监测。软土地基采用强夯法、水泥搅拌桩进行处治，分别在各处治路段选择监测断面，其中断面一、断面二位于强夯处治路段，断面三、断面四和断面五位于水泥搅拌桩处治路段。该施工区域软土地质主要为粉土和粉质黏土，监测断面布置如图2所示。监测时间自2018年8月开始，一直持续到2019年2月，监测结果如表2所示。分析表2数据，软土路基沉降监测时间为7个月，5个监测断面监测时间分布范围201d～210d。各监测断面最大沉降量达到了95．4mm，为断面四，远小于规范要求的300mm，位于水泥搅拌桩处治路段。断面二沉降量最小，为83．1mm，位于强夯处治路段。最终月沉降量为0．1mm～0．3mm，说明软基沉降已基本趋于稳定。通过对比分析，强夯法处治路段沉降变形量低于水泥搅拌桩处治路段，说明强夯法软基处治效果更好。

3．3软基沉降速率分析

分析五个断面监测结果，各断面沉降监测结果见表3，分析图3曲线变化情况，在监测初期，路基沉降变化速度快，且随着路基荷载的增加，沉降速率迅速增大。这是由于路基施工阶段，路基填筑厚度不断增加，荷载不断增大，软土地基在荷载作用下逐渐产生固结和压密，加快了沉降速率变化速度。路基填筑完成后，路基沉降速率明显下降，且随着时间的增长，沉降速率不断变小，到路面施工阶段路基沉降变形速率接近于0，远小于规范要求的3mm/月，说明路基沉降变形已基本趋于稳定。

4结论

通过对处治后高速公路软土地基开展沉降监测工作，对路基、路面施工过程中和完工后软基沉降情况进行分析，得出以下结论:1)分析监测断面路基中心沉降监测结果，得出路基填筑施工初期沉降变化速率较快，后期变化速率趋缓，这是由于施工初期软基压密和固结变形大，后期变形小造成的;2)分析软土路基沉降监测结果，得出各监测断面最终沉降变形量均小于规范要求的300mm，满足设计要求，且强夯法处治的软基沉降变形较水泥搅拌桩处治路段小;3)分析路基沉降变形速率曲线，得出施工前期软基沉降变形速度快，后期逐步趋于稳定，且沉降速率小于3mm/月，说明沉降变形趋于稳定，达到了预期的处治效果。

参考文献:

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［2］何雄刚．高速公路软土地基处治方法与沉降监测研究［J］．西部交通科技，2019(1):33-36．

［3］贾鹏云．高速公路软土地基沉降分析及处理对策［J］．山西交通科技，2012(1):49-51．

［4］宋奕修．高速公路工程软土路基沉降监测与分析［J］．公路交通科技(应用技术版)，2013，9(2):72-75．

作者：李培乐 单位：山西机械化建设集团有限公司