基于某公路建工程軟基路堤施工監(jiān)控分析

1、<p>　　基于某公路建工程軟基路堤施工監(jiān)控分析</p><p>　　摘要：某公路段改建工程地處川中丘陵地區(qū)，其丘間谷地地勢(shì)低洼，多為水田，地表水長(zhǎng)期排泄不通，其間沉積的低（高）液限黏土多呈軟～塑狀，極易形成塑性區(qū)，發(fā)生剪切破壞。軟土層厚約3 ～ 13m，據(jù)計(jì)算，在上述軟土地區(qū)填筑路堤，當(dāng)填方高度超過(guò)8m時(shí)（個(gè)別地方為4 ～ 5m），其路堤地基力學(xué)性質(zhì)較差，針對(duì)不同地層條件及地形特征，本工程綜合采用了樁

2、網(wǎng)復(fù)合地基樁、堆載預(yù)壓、排水固結(jié)處理，目的是通過(guò)軟基處理，減少并控制工后沉降與位移，避免由于路堤沉降與位移造成道路結(jié)構(gòu)破壞。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：公路工程；路堤軟基；監(jiān)控技術(shù)分析；路堤穩(wěn)定；沉降預(yù)測(cè) </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：X734文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　1、公路工程軟基監(jiān)控實(shí)施方案 </p><p>　　

3、從軟基處理形式看，本公路軟土地基處理僅有“袋裝砂井+ 砂墊層+ 等（超）載預(yù)壓”和“CFG 樁+ 砂墊層”兩種處理形式，由于CFG樁主要用于處理涵洞和人行通道的處理，故在軟基監(jiān)控設(shè)計(jì)時(shí)僅對(duì)“袋裝砂井+ 砂墊層+ 等（超）載預(yù)壓”的處理形式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)從類(lèi)似工程處理的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，宜在項(xiàng)目全線選取工程地質(zhì)情況較為復(fù)雜、填土高度較大的路段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，以觀測(cè)危險(xiǎn)斷面在路堤填筑過(guò)程中的穩(wěn)定情況。 </p><p>　　1

4、.1 監(jiān)控方案要點(diǎn) </p><p>　　根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017-96）對(duì)沉降與穩(wěn)定觀測(cè)的觀測(cè)點(diǎn)選擇相關(guān)要求和解釋?zhuān)Y(jié)合本公路工程的地質(zhì)情況、軟土地基處理類(lèi)型及觀測(cè)施工等各類(lèi)因素影響，選取袋裝砂井+ 等載預(yù)壓+ 砂墊層+ 砂礫墊層和袋裝砂井+ 超載預(yù)壓+砂墊層+砂墊層兩種處理方式為研究對(duì)象，在試驗(yàn)段設(shè)觀測(cè)斷面，分別布設(shè)位移邊樁、沉降板、測(cè)斜管、孔隙水壓力計(jì)、地下水位井、分層沉降標(biāo)

5、6 種觀測(cè)儀標(biāo)志、埋設(shè)儀標(biāo)志。 </p><p><b>　　1.2 監(jiān)測(cè)頻率 </b></p><p>　　軟基監(jiān)控時(shí)間從軟基處理施工完成時(shí)開(kāi)始到預(yù)壓期結(jié)束路基卸載為止。監(jiān)控頻率需要根據(jù)各斷面工程地質(zhì)特點(diǎn)、填筑情況、降雨情況等予以調(diào)整。關(guān)鍵時(shí)段加密觀測(cè)，相對(duì)安全情況適當(dāng)減少不必要的觀測(cè)次數(shù)。如因工程需要，監(jiān)控期限可適當(dāng)延長(zhǎng)。 </p><p>

6、;　　1.3 監(jiān)控路段方案分析 </p><p>　　1.3.1 斷面設(shè)置 </p><p>　　按照施工圖紙和招標(biāo)文件對(duì)觀測(cè)斷面布設(shè)的要求，在各個(gè)斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置監(jiān)測(cè)儀器。按要求，在Ⅰ、Ⅱ類(lèi)觀測(cè)斷面布設(shè)：路肩沉降板（兩側(cè)）+ 路中沉降板+ 位移邊樁（兩側(cè)），在Ⅲ類(lèi)觀測(cè)斷面布設(shè)：路肩沉降板（兩側(cè)）+ 路中沉降板+ 測(cè)斜管（一側(cè)）+ 孔隙水壓力計(jì)+ 位移邊樁（兩側(cè)）。并根據(jù)工程地質(zhì)圖和相關(guān)文件

7、對(duì)橋臺(tái)、高填土路段、軟土層厚度變化較大的路段，若必需對(duì)上述觀測(cè)斷面進(jìn)行加密觀測(cè)，并增設(shè)土體分層沉降標(biāo)。 </p><p>　　1.3.2 監(jiān)測(cè)方案 </p><p>　　根據(jù)《兩階段施工圖設(shè)計(jì)》和招標(biāo)文件要求，將一般監(jiān)控路段分為三種監(jiān)測(cè)類(lèi)型，并將Ⅰ、Ⅱ類(lèi)監(jiān)測(cè)斷面并為同一種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目組合（Ⅰ類(lèi)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目組合），Ⅲ類(lèi)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置在部分特殊斷面。 </p><p>　　1.3

8、.3 路堤穩(wěn)定與沉降預(yù)測(cè) </p><p>　?。?）填筑過(guò)程的穩(wěn)定控制 </p><p>　　各類(lèi)監(jiān)控測(cè)試儀器的觀測(cè)數(shù)值只能間接地反映土體的應(yīng)力應(yīng)變狀況，由于地基土的復(fù)雜特性，理論上還無(wú)法確定一個(gè)準(zhǔn)確數(shù)值作為控制標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范也只是根據(jù)各地的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，并以此作為穩(wěn)定和變形的控制標(biāo)準(zhǔn)。由于各地質(zhì)條件的不同，在應(yīng)用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)時(shí)也應(yīng)靈活運(yùn)用，避免造成危險(xiǎn)或浪費(fèi)。此外，當(dāng)前軟土地基實(shí)際

9、工程中，常采用三種方法進(jìn)行填土速率控制，即表觀判斷法、監(jiān)控指標(biāo)判斷法及拐點(diǎn)控制法，三種方法各有其特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況可將三者有機(jī)結(jié)合，綜合使用。 </p><p><b>　?。?）表觀判斷法 </b></p><p>　　根據(jù)以往各條公路施工經(jīng)驗(yàn)判定，在堆載情況下，地基破壞前通常會(huì)出現(xiàn)微小裂縫，裂縫出現(xiàn)的位置不僅不同，其形式也多樣化，因此它的形成原因也較復(fù)雜，比如說(shuō)：

10、地質(zhì)情況的差異、軟基處理形式不同、差異沉降、加載土的性質(zhì)等。軟土地基加載必須在多種儀器嚴(yán)密監(jiān)控下進(jìn)行，監(jiān)測(cè)信息對(duì)合理地安排施工工序、采取施工措施、反復(fù)分析設(shè)計(jì)以及提高設(shè)計(jì)水平起著重要的作用。加載過(guò)程中及時(shí)收集加荷信息、地基應(yīng)力（孔隙水壓力、土壓力）、應(yīng)變（沉降、位移）等資料，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，將得出的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與定量監(jiān)控指標(biāo)相對(duì)比是常規(guī)的穩(wěn)定控制方法。停載期間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，一般而言各項(xiàng)指標(biāo)都必須滿(mǎn)足要求，方可進(jìn)行下一級(jí)加載；

11、如果受工期影響，必須加快加載速率，則必須隨機(jī)動(dòng)態(tài)增加監(jiān)控?cái)嗝?，并且加密監(jiān)測(cè)頻率，隨時(shí)注意路基坡角變化，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決處理，做到防患于未然。 </p><p><b>　　（3）拐點(diǎn)判斷法 </b></p><p>　　通過(guò)加載過(guò)程中各種表觀現(xiàn)象及經(jīng)驗(yàn)的監(jiān)控指標(biāo)，基本可以對(duì)地基的穩(wěn)定進(jìn)行判斷。但是，在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，表觀現(xiàn)象的存在并不一定代表路基會(huì)失穩(wěn)，加載期間沉降速

12、率、側(cè)向位移速率及孔壓系數(shù)中其一大于定量指標(biāo)時(shí)，地基并未失穩(wěn)。因此有必要利用各項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)綜合控制地基穩(wěn)定并作進(jìn)一步分析。 </p><p>　　理論和實(shí)踐均表明，路基的沉降（沉降速率）、側(cè)向位移、超靜孔壓等變形特性指標(biāo)與路基高度、填土速率有關(guān)。當(dāng)填土速率適當(dāng)時(shí)，變形特性指標(biāo)與填土高度成線性關(guān)系，當(dāng)填土速率過(guò)快時(shí)，變形特性指標(biāo)與填土高度關(guān)系直線斜率增大，出現(xiàn)拐點(diǎn)。因此，可以利用拐點(diǎn)法進(jìn)行路基穩(wěn)定性判斷。 </

13、p><p>　　通?？梢岳美塾?jì)孔壓增量- 累計(jì)填土荷載（ΣΔu-ΣΔp）關(guān)系線、累計(jì)沉降速率- 累計(jì)填土荷載（ΣΔVs-ΣΔp）關(guān)系線、累計(jì)側(cè)向位移- 累計(jì)填土荷載（δ-ΣΔp）關(guān)系線等進(jìn)行穩(wěn)定性判斷。 </p><p>　　1.3.4 應(yīng)急情況處理 </p><p>　　在軟土地基上填筑路堤過(guò)程中，尤其對(duì)采用排水固結(jié)法處理的地基，必須充分認(rèn)識(shí)路堤填筑至極限填土高度前

14、后因地基承載力不足而引發(fā)明顯變形和破壞的可能性和危險(xiǎn)性。嚴(yán)格控制填筑速率，使地基始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)下。若地基一旦發(fā)生明顯變形，變形范圍就會(huì)向側(cè)向逐漸擴(kuò)大，地基強(qiáng)度也隨之降低，因此穩(wěn)定觀測(cè)主要應(yīng)從填筑速率是否過(guò)快，垂直沉降和水平位移隨時(shí)間變化趨勢(shì)是否反常，必要時(shí)采用靜力觸探查明軟土地質(zhì)資料，分析是否判斷錯(cuò)誤等方面進(jìn)行調(diào)查。 </p><p>　　1.4 預(yù)壓期控制 </p><p>　　由于

15、軟土的不均勻性、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差、計(jì)算理論的不完善及設(shè)計(jì)中人為因素的干擾，設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)壓期與實(shí)際施工存在一定差別。實(shí)際施工中不能用預(yù)壓期規(guī)定作預(yù)壓結(jié)束的天數(shù)，而要通過(guò)沉降觀測(cè)來(lái)確定路堤沉降是否已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，然后確定合理的卸載時(shí)機(jī)。 </p><p>　　1.4.1 根據(jù)沉降速率判斷 </p><p>　　根據(jù)沉降資料可以計(jì)算沉降速率Vs。當(dāng)超載厚度與路基設(shè)計(jì)高度之比較大時(shí)，可以根據(jù)下式修正沉降

16、速率Vsr </p><p>　　Vsr小于[Vs] 時(shí)，可以卸載。 </p><p>　　根據(jù)雙曲線擬合曲線或指數(shù)擬合曲線等可以推算后期的沉降速率。根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)資料、推算的沉降速率可以確定卸載時(shí)機(jī)。 </p><p>　　1.4.2 根據(jù)有效力面積比（有效應(yīng)力系數(shù)）判斷 </p><p>　　設(shè)預(yù)壓時(shí)填土厚度為T(mén)，根據(jù)預(yù)壓期監(jiān)測(cè)資料可以計(jì)算

17、出預(yù)壓荷載對(duì)應(yīng)的H∞，利用下式可以計(jì)算得到使用荷載對(duì)應(yīng)的填土厚度Te </p><p>　　根據(jù)T、Te 可以計(jì)算路中線處的豎向應(yīng)力бt和бf。 </p><p><b>　　бt=γTKz </b></p><p><b>　　бf=γTeKz </b></p><p>　　式中γ 為填土容重，K

18、z為豎向附加應(yīng)力系數(shù)。計(jì)算表明，當(dāng)軟土厚度小于0.5 倍的路堤底寬時(shí)，可以取KZ=1 </p><p>　　結(jié)合預(yù)壓監(jiān)測(cè)資料，可以計(jì)算得到有效應(yīng)力比或有效應(yīng)力系數(shù)。當(dāng)有效應(yīng)力比小于[R]、有效應(yīng)力系數(shù)大于[Ue] 時(shí)，可以卸載。 </p><p>　　2、軟基強(qiáng)度的增長(zhǎng)原理 </p><p>　　在軟基路堤設(shè)計(jì)和施工中，有一個(gè)重要依據(jù)，即軟基的強(qiáng)度隨荷載的增加以及時(shí)

19、間的推移而逐漸增加。一般黏土的抗剪強(qiáng)度可用庫(kù)侖公式表示 </p><p>　　式中，C 為原始粘聚力，為有效應(yīng)力，為摩擦角。 </p><p>　　原始粘聚力由土顆粒之間的分子引力形成，隨土的壓實(shí)和土顆粒間的距離減小而增大，即C 為變化值；同樣也為變化值。因此為一變化值，如圖1 所示。地基土的P-S 曲線，如圖2 所示。 </p><p>　　圖一、粘土抗剪強(qiáng)度 圖

20、二、粘土P-S 曲線 </p><p>　　圖2 中oa 段為壓實(shí)階段，當(dāng)P 在Pa（比例界限）內(nèi)時(shí)，地基土產(chǎn)生的變形主要是在荷載作用下，土的孔隙減小，地基被壓縮而產(chǎn)生的變形。此時(shí)土中各點(diǎn)的剪應(yīng)力均小于土的抗剪張度，土體處于彈性平衡狀態(tài)。ab 和bc 段為剪切破壞階段，當(dāng)P 超過(guò)Pa和Pu（極限荷載）時(shí)，P-S 曲線不再保持直線，地基土開(kāi)始向四周擠出，直到地基土中開(kāi)始形成連續(xù)滑動(dòng)面。 </p>&l

21、t;p>　　從以上可以得出結(jié)論當(dāng)P 在Pa范圍內(nèi)，P 越大，時(shí)間越長(zhǎng)，土體不斷壓縮變形越大，原始粘聚力C 越大，則土體強(qiáng)度越大，如圖3 所示。當(dāng)P 超過(guò)Pa或Pu時(shí)，地基土?xí)衅茐内厔?shì)或失穩(wěn)而破壞。 </p><p>　　圖三、粘土強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線 </p><p><b>　　3、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　通過(guò)上述方法，在本公路段