1、基于某公路建工程软基路堤施工监控分析摘要：某公路段改建工程地处川中丘陵地区，其丘间谷地地势低洼，多为水田，地表水长期排泄不通，其间沉积的低（高）液限黏土多呈软塑状，极易形成塑性区，发生剪切破坏。软土层厚约 3 13m，据计算，在上述软土地区填筑路堤，当填方高度超过 8m 时（个别地方为 4 5m） ，其路堤地基力学性质较差，针对不同地层条件及地形特征，本工程综合采用了桩网复合地基桩、堆载预压、排水固结处理，目的是通过软基处理，减少并控制工后沉降与位移，避免由于路堤沉降与位移造成道路结构破坏。 关键词：公路工程；路堤软基；监控技术分析；路堤稳定；沉降预测 中图分类号：X734 文献标识码： A
2、1、公路工程软基监控实施方案 从软基处理形式看，本公路软土地基处理仅有“袋装砂井+ 砂垫层+ 等（超）载预压”和“CFG 桩+ 砂垫层”两种处理形式，由于 CFG 桩主要用于处理涵洞和人行通道的处理，故在软基监控设计时仅对“袋装砂井+ 砂垫层+ 等（超）载预压”的处理形式进行监测。同时从类似工程处理的经验证实，宜在项目全线选取工程地质情况较为复杂、填土高度较大的路段进行重点监控，以观测危险断面在路堤填筑过程中的稳定情况。 1.1 监控方案要点 根据公路软土地基路堤设计与施工技术规范 （JTJ017-96）对沉降与稳定观测的观测点选择相关要求和解释，结合本公路工程的地质情况、软土地基处理类型及观
3、测施工等各类因素影响，选取袋装砂井+ 等载预压+ 砂垫层+ 砂砾垫层和袋装砂井+ 超载预压+砂垫层+砂垫层两种处理方式为研究对象，在试验段设观测断面，分别布设位移边桩、沉降板、测斜管、孔隙水压力计、地下水位井、分层沉降标 6 种观测仪标志、埋设仪标志。 1.2 监测频率 软基监控时间从软基处理施工完成时开始到预压期结束路基卸载为止。监控频率需要根据各断面工程地质特点、填筑情况、降雨情况等予以调整。关键时段加密观测，相对安全情况适当减少不必要的观测次数。如因工程需要，监控期限可适当延长。 1.3 监控路段方案分析 1.3.1 断面设置 按照施工图纸和招标文件对观测断面布设的要求，在各个断面监测点
4、布置监测仪器。按要求，在、类观测断面布设：路肩沉降板（两侧）+ 路中沉降板+ 位移边桩（两侧） ，在类观测断面布设：路肩沉降板（两侧）+ 路中沉降板+ 测斜管（一侧）+ 孔隙水压力计+ 位移边桩（两侧） 。并根据工程地质图和相关文件对桥台、高填土路段、软土层厚度变化较大的路段，若必需对上述观测断面进行加密观测，并增设土体分层沉降标。 1.3.2 监测方案 根据两阶段施工图设计和招标文件要求，将一般监控路段分为三种监测类型，并将、类监测断面并为同一种监测项目组合（类监测项目组合） ，类监测断面设置在部分特殊断面。 1.3.3 路堤稳定与沉降预测 （1）填筑过程的稳定控制 各类监控测试仪器的观测数
5、值只能间接地反映土体的应力应变状况，由于地基土的复杂特性，理论上还无法确定一个准确数值作为控制标准，规范也只是根据各地的工程经验总结出的经验数值，并以此作为稳定和变形的控制标准。由于各地质条件的不同，在应用规范标准时也应灵活运用，避免造成危险或浪费。此外，当前软土地基实际工程中，常采用三种方法进行填土速率控制，即表观判断法、监控指标判断法及拐点控制法，三种方法各有其特点，根据实际情况可将三者有机结合，综合使用。 （2）表观判断法 根据以往各条公路施工经验判定，在堆载情况下，地基破坏前通常会出现微小裂缝，裂缝出现的位置不仅不同，其形式也多样化，因此它的形成原因也较复杂，比如说：地质情况的差异、软
6、基处理形式不同、差异沉降、加载土的性质等。软土地基加载必须在多种仪器严密监控下进行，监测信息对合理地安排施工工序、采取施工措施、反复分析设计以及提高设计水平起着重要的作用。加载过程中及时收集加荷信息、地基应力（孔隙水压力、土压力） 、应变（沉降、位移）等资料，并对监测数据进行综合分析，将得出的监控数据与定量监控指标相对比是常规的稳定控制方法。停载期间，根据现场实际情况，一般而言各项指标都必须满足要求，方可进行下一级加载；如果受工期影响，必须加快加载速率，则必须随机动态增加监控断面，并且加密监测频率，随时注意路基坡角变化，出现问题及时解决处理，做到防患于未然。 （3）拐点判断法 通过加载过程中各
7、种表观现象及经验的监控指标，基本可以对地基的稳定进行判断。但是，在实际施工中发现，表观现象的存在并不一定代表路基会失稳，加载期间沉降速率、侧向位移速率及孔压系数中其一大于定量指标时，地基并未失稳。因此有必要利用各项监控数据综合控制地基稳定并作进一步分析。 理论和实践均表明，路基的沉降（沉降速率） 、侧向位移、超静孔压等变形特性指标与路基高度、填土速率有关。当填土速率适当时，变形特性指标与填土高度成线性关系，当填土速率过快时，变形特性指标与填土高度关系直线斜率增大，出现拐点。因此，可以利用拐点法进行路基稳定性判断。 通常可以利用累计孔压增量- 累计填土荷载（u-p）关系线、累计沉降速率- 累计填
8、土荷载（Vs-p）关系线、累计侧向位移- 累计填土荷载（-p）关系线等进行稳定性判断。 1.3.4 应急情况处理 在软土地基上填筑路堤过程中，尤其对采用排水固结法处理的地基，必须充分认识路堤填筑至极限填土高度前后因地基承载力不足而引发明显变形和破坏的可能性和危险性。严格控制填筑速率，使地基始终保持在稳定状态下。若地基一旦发生明显变形，变形范围就会向侧向逐渐扩大，地基强度也随之降低，因此稳定观测主要应从填筑速率是否过快，垂直沉降和水平位移随时间变化趋势是否反常，必要时采用静力触探查明软土地质资料，分析是否判断错误等方面进行调查。 1.4 预压期控制 由于软土的不均匀性、试验数据的误差、计算理论的
9、不完善及设计中人为因素的干扰，设计规定的预压期与实际施工存在一定差别。实际施工中不能用预压期规定作预压结束的天数，而要通过沉降观测来确定路堤沉降是否已达到标准，然后确定合理的卸载时机。 1.4.1 根据沉降速率判断 根据沉降资料可以计算沉降速率 Vs。当超载厚度与路基设计高度之比较大时，可以根据下式修正沉降速率 Vsr Vsr 小于Vs 时，可以卸载。 根据双曲线拟合曲线或指数拟合曲线等可以推算后期的沉降速率。根据沉降监测资料、推算的沉降速率可以确定卸载时机。 1.4.2 根据有效力面积比（有效应力系数）判断 设预压时填土厚度为 T，根据预压期监测资料可以计算出预压荷载对应的 H，利用下式可以
10、计算得到使用荷载对应的填土厚度 Te 根据 T、Te 可以计算路中线处的竖向应力 t 和 f。 t=TKz f=TeKz 式中 为填土容重，Kz 为竖向附加应力系数。计算表明，当软土厚度小于 0.5 倍的路堤底宽时，可以取 KZ=1 结合预压监测资料，可以计算得到有效应力比或有效应力系数。当有效应力比小于R、有效应力系数大于Ue 时，可以卸载。 2、软基强度的增长原理 在软基路堤设计和施工中，有一个重要依据，即软基的强度随荷载的增加以及时间的推移而逐渐增加。一般黏土的抗剪强度可用库仑公式表示 式中，C 为原始粘聚力，为有效应力，为摩擦角。 原始粘聚力由土颗粒之间的分子引力形成，随土的压实和土颗
11、粒间的距离减小而增大，即 C 为变化值；同样也为变化值。因此为一变化值，如图 1 所示。地基土的 P-S 曲线，如图 2 所示。 图一、粘土抗剪强度 图二、粘土 P-S 曲线 图 2 中 oa 段为压实阶段，当 P 在 Pa（比例界限）内时，地基土产生的变形主要是在荷载作用下，土的孔隙减小，地基被压缩而产生的变形。此时土中各点的剪应力均小于土的抗剪张度，土体处于弹性平衡状态。ab 和 bc 段为剪切破坏阶段，当 P 超过 Pa 和 Pu（极限荷载）时，P-S 曲线不再保持直线，地基土开始向四周挤出，直到地基土中开始形成连续滑动面。 从以上可以得出结论当 P 在 Pa 范围内，P 越大，时间越长，土体不断压缩变形越大，原始粘聚力 C 越大，则土体强度越大，如图 3 所示。当 P 超过 Pa 或 Pu 时，地基土会有破坏趋势或失稳而破坏。 图三、粘土强度增长曲线 3、结语 通过上述方法，在本公路段改建工程软基路堤施工过程中，地表的沉降和侧位移得到了有效监控，较好地控制了路堤的填筑速率，软基路堤合格率为 100%；且工后残余沉降在规范标准之内。最终加快了施工进度，工程质量优良，取得了较好的经济效益和社会效益。
