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高速公路软土地基沉降监测分析

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-03-13 10:24 热度:

   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。

高速公路软土地基沉降监测分析

  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 26 mm,路线全长 75. 98 km,设计车速 100 km/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 56 cm,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. 7 m ~ 8. 7 m,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 150 m ~ 200 m,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/3 d,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/14 d。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,在路基填筑施工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。

  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,绘制各断面沉降速率变化曲线详见图 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 3 mm/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 300 mm,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 3 mm/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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  《高速公路软土地基沉降监测分析》来源:《山西建筑》,作者:李 培 乐

文章标题:高速公路软土地基沉降监测分析

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