問武華，樊 剛

（中交二公局東萌工程有限公司景文標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部，陜西 西安 710000）

1 引言

山區(qū)公路高填路堤沉降規(guī)律的探討已成為我國高等級公路修筑面臨的關(guān)鍵問題[1]。目前國內(nèi)學(xué)者主要采用數(shù)值計算或通過有限元法建立相應(yīng)的模型來預(yù)測和分析不同因素對高填路堤的沉降特性的影響[2-6]，而根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測沉降資料進(jìn)行預(yù)測分析的研究較少。劉志強(qiáng)等[7]采用自動化設(shè)備監(jiān)測了云湛高速的路基總位移并得到了其與監(jiān)測時段的關(guān)系；葛苗苗等[8]采用FEM計算并反演預(yù)測了黃土高填路堤的沉降起因，得到了較為理想的反演參數(shù)；李占鋒[9]通過實(shí)測山區(qū)高速公路的沉降數(shù)據(jù)并建立模型，分析了施工工藝和地質(zhì)條件等因素對路基沉降的影響；杜雁鵬[10]通過對比降雨前后高速高填路堤段的沉降變化討論了沉降規(guī)律和機(jī)理。盡管數(shù)值計算法和有限元法能夠模擬路堤沉降，但由于路堤填土材料的復(fù)雜性，試驗(yàn)得到的材料參數(shù)并不具有很好的規(guī)律性，因此數(shù)值模擬等理論方法很難找到能夠同時符合多因素影響效果的合適模型。而實(shí)測沉降資料是在實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過預(yù)測法獲得，能夠較好的反映路堤沉降的規(guī)律，從而可以達(dá)到理想的預(yù)測效果。

目前，實(shí)測沉降多采用水準(zhǔn)尺、觀測樁、沉降板及水平測斜儀等傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，但這些觀測辦法過于麻煩，且精度不夠高，因此本研究采用精度高、無線通信傳輸、低功耗、密封性好、可靠性高且穩(wěn)定性好的單點(diǎn)沉降計，對路基進(jìn)行全自動檢測，對比研究了其與常規(guī)路堤沉降測試方法的差異，在此基礎(chǔ)上分析高填路堤沉降自動化檢測技術(shù)的優(yōu)勢，并得出沉降規(guī)律。

2 工程概況

2.1 工程簡介

浙江景寧至文成第五合同段為試驗(yàn)的沉降監(jiān)測對象，線路起點(diǎn)位于西坑鎮(zhèn)南坑垟村，終點(diǎn)位于大峃鎮(zhèn)樟坑村，主線路基為雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速80km/h，整體式路基寬25.1m，分離式路基寬12.75m。路線全長9.415km，其中高填方路基位于景文第五合同段（道路樁號YBXK0+000-YBXK0+459），最大填方高度32.4m。平面布置圖如圖1所示。

2.2 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，受地形變化的影響，氣候垂直差異和層次分布明顯，年平均降雨量為1589mm。場地勘探深度可劃分為填土、含礫粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化安山巖、強(qiáng)風(fēng)化安山巖、中風(fēng)化安山巖。

圖1 平面布置圖

2.3 高填路堤施工處理措施

為提高路堤強(qiáng)度并降低工后沉降，需對高填路堤做如下特殊處理。

①采用隧道廢棄石料填筑路堤。

②填石路堤和下路床之間設(shè)置40cm 過渡層，采用粒徑不大于15cm 的宕渣填筑，單層鋪筑厚度不大于20cm；過渡層底面設(shè)置一層無紡?fù)凉げ?，下路床采用宕渣填筑，粒徑不大?0cm，單層鋪筑厚度不大于20cm，上路床采用級配碎石填筑，單層鋪筑厚度不大于15cm。

③壓實(shí)過程中每隔5m 采用強(qiáng)夯措施進(jìn)一步提高路基壓實(shí)度。

④填實(shí)路基坡面采用塊石碼砌，同時邊坡平臺設(shè)置爬藤客土槽，上部路床和過渡層路基坡面采用植草灌綠化防護(hù)。

⑤采用擋墻或護(hù)腳增強(qiáng)路堤的穩(wěn)定性與耐久性，護(hù)腳采用C20片石混凝土現(xiàn)澆并設(shè)置排水平孔，具體高填方路堤特殊處理斷面圖如圖2、圖3所示。

3 路基沉降監(jiān)測分析

3.1 沉降監(jiān)測儀器

圖2 高填方路堤特殊處理斷面圖

圖3 YBXK0+210高填方路堤特殊處理斷面圖

本次研究分別采用水準(zhǔn)尺常規(guī)監(jiān)測和單點(diǎn)沉降計全自動監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行平行試驗(yàn)，基于兩部分路堤沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析自動化監(jiān)測與常規(guī)監(jiān)測差異。工程監(jiān)測儀器分別采用測量精度為1mm 的3m 雙面水準(zhǔn)尺和單點(diǎn)沉降計。單點(diǎn)沉降計工作時主要依托設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)高程處的沉降板，可與路堤達(dá)到同步沉降，使得活動導(dǎo)磁體與感應(yīng)線圈發(fā)生相對位移并將此信號傳輸?shù)阶x數(shù)儀，最后通過與單點(diǎn)沉降計相連的導(dǎo)線遠(yuǎn)程輸出到終端設(shè)備，從而達(dá)到沉降數(shù)據(jù)進(jìn)而達(dá)到實(shí)時監(jiān)測的目的[11]。本次選用的單點(diǎn)沉降計靈敏度0.05mm，自編號傳感器量程為200mm，精度為0.01mm，內(nèi)置存儲功能要求存儲數(shù)據(jù)可達(dá)1600 條，通用讀數(shù)儀測量范圍為6000Hz。如圖4所示。

圖4 單點(diǎn)沉降計安裝示意圖

3.2 沉降監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)方案

本次沉降監(jiān)測選定YBXK65段300m試驗(yàn)段作為監(jiān)測對象，根據(jù)設(shè)計文件及規(guī)范要求將斷面監(jiān)測間距設(shè)為100m，試驗(yàn)段橫斷面示意圖如圖5 所示。在各橫斷面路堤頂根據(jù)高程的不同分別設(shè)置3個監(jiān)測點(diǎn)，單點(diǎn)沉降計分別埋放在距兩側(cè)土路肩邊緣30cm處的地基頂面以及橫斷面位置在路基中央的地基頂面，并按照觀測點(diǎn)距地面線深度從高到低依次記為1#、2#、3#，沉降計布設(shè)編號如表1所示。

3.3 沉降觀測結(jié)果分析

圖5 高填方段沉降監(jiān)測斷面及監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)圖

選取試驗(yàn)路段的施工期（2019年11月15日至2020年10月15日）為本次研究的監(jiān)測期，每相隔30d到各編號位置處采用水準(zhǔn)尺手動多次測量沉降值，并與采用單點(diǎn)沉降計連接的無線設(shè)備實(shí)時采集的路基高度數(shù)據(jù)對比，監(jiān)測期內(nèi)12 次常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)和自動采集設(shè)備所收集的各斷面監(jiān)測點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)見表2和表3。

根據(jù)表2和表3的高填路堤段沉降監(jiān)測結(jié)果，繪制常規(guī)監(jiān)測和自動化監(jiān)測的不同斷面監(jiān)測點(diǎn)處的沉降曲線如圖6和圖7所示。

根據(jù)圖6 和圖7 的試驗(yàn)路段各監(jiān)測點(diǎn)處的累計沉降曲線可知，同一路段上三個橫斷面上的最大沉降值均發(fā)生在1#處，且整體沉降量隨著觀測點(diǎn)距地面線高程的降低而逐漸減小。而對于所有的監(jiān)測點(diǎn)，沉降量隨觀測時間的增加均表現(xiàn)出相似的趨勢，即在第一個觀測月，累計沉降量呈直線式上升，隨后沉降增加速率顯著減緩，當(dāng)觀測天數(shù)達(dá)到十個月后，沉降量基本趨于穩(wěn)定[12-14]。由此可以判定，路堤填土完成十個月后沉降已基本穩(wěn)定，可以進(jìn)行下一步的面層施工等工序。

表1 高填方段單點(diǎn)沉降計布設(shè)位置編號及高程

表2 水準(zhǔn)尺常規(guī)觀測沉降監(jiān)測結(jié)果 mm

表3 單點(diǎn)沉降計自動化觀測沉降監(jiān)測結(jié)果 mm

圖6 常規(guī)監(jiān)測高填路堤沉降量與觀測時間關(guān)系曲線

圖7 自動化監(jiān)測高填路堤沉降量與觀測時間關(guān)系曲線

此外，由于本次監(jiān)測所取斷面位于同一路段且間距較小，因此不同斷面同一高程處監(jiān)測點(diǎn)的沉降值應(yīng)相差不大，而對比圖6 和圖7 發(fā)現(xiàn)，盡管采用常規(guī)監(jiān)測手段和自動化觀測得到的沉降量相差不大，但采取常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)的起伏波動明顯大于采用自動化觀測得到的累計沉降量，從側(cè)面反映出采用單點(diǎn)沉降計的自動化觀測具有可靠度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。因此，采用自動化觀測得到的沉降量均值對實(shí)際工程中預(yù)測路基沉降提供了參考。

4 結(jié)語

本文通過采用常規(guī)監(jiān)測和基于單點(diǎn)沉降計的自動化監(jiān)測方法，分別對浙江景寧至文成第五合同段高填路堤進(jìn)行了沉降監(jiān)測，基于沉降數(shù)據(jù)分析得出如下結(jié)論：

①同一斷面不同高程監(jiān)測點(diǎn)處的沉降量不同，具體表現(xiàn)為整體沉降量隨著觀測點(diǎn)距地面線高程的降低而逐漸減小。

②高填路堤沉降量隨觀測時間的增加表現(xiàn)出先直線增大，然后增長速率逐漸變慢直到基本穩(wěn)定的趨勢。

③相較于常規(guī)監(jiān)測手段，采用單點(diǎn)沉降計的自動化觀測可靠度高、穩(wěn)定性好，其得到的沉降量均值可為實(shí)際工程中預(yù)測路基沉降提供參考。