齊曉楠，毛建影

(東營市公路勘察設(shè)計院(山東中咨公路咨詢設(shè)計有限公司)，山東 東營　257091)

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公路路基沉降的先進監(jiān)測技術(shù)及工程應(yīng)用

齊曉楠，毛建影

(東營市公路勘察設(shè)計院(山東中咨公路咨詢設(shè)計有限公司)，山東 東營257091)

摘要：分析了傳統(tǒng)的路基沉降監(jiān)測技術(shù)的不足，并結(jié)合工程實例，闡述了開發(fā)先進沉降監(jiān)測技術(shù)和沉降理論模型，對監(jiān)測和預(yù)測公路路基沉降的重要意義。

關(guān)鍵詞：公路；路基；沉降；監(jiān)測

1自動化、全天候的路基沉降監(jiān)測

(1)基于霍爾多磁感應(yīng)的激光測距方法

將多磁霍爾傳感器、激光測距等技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了一種路基沉降自動測量系統(tǒng)。在路基垂直沉降方向上的特點位點上設(shè)置多個磁環(huán)，磁環(huán)位置和間距固定。在測量時，采用單片機控制步進電機下降，一旦電機下方的多磁霍爾傳感器遇到磁環(huán)，會引發(fā)霍爾效應(yīng)，并產(chǎn)生觸發(fā)信號反饋給單片機，單片機產(chǎn)生2路信號，分別用于停止步進電機和啟動激光測距儀，測量磁環(huán)到激光器的距離，并自動將數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給計算機，通過磁環(huán)位置的變化計算出路基沉降量。

工程實例：濟南西客站車站設(shè)置有2條正線、15條到發(fā)線、1個側(cè)式站臺和7個島式站臺，其站場路基位于深厚松軟土地基區(qū)域，施工時為了減少工后沉降，依次進行了CFG樁路基加固處理和堆載預(yù)壓排水固結(jié)處理。2009年11月，在濟南西客站進行了沉降測量系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝和調(diào)試，分別在3個路基沉降觀測斷面，即DIK420+494、DIK420+500和DIK419+506上埋設(shè)了一套垂直分層沉降與橫向位移測量子系統(tǒng)和表面沉降測量子系統(tǒng)的目標星點，并在隨后3個月內(nèi)對路基斷面的沉降進行了全方位的監(jiān)測，并通過Internet網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。在3個月的監(jiān)測期內(nèi)，路基各分層較穩(wěn)定，磁環(huán)高程基本保持不變，最大沉降量僅為3mm，說明該處路基在堆載預(yù)壓中后期并未發(fā)生明顯變形。

(2)基于光纖傳感監(jiān)測技術(shù)的路基監(jiān)測系統(tǒng)

近年來，光纖傳感監(jiān)測技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于隧道、邊坡、大壩、橋梁、路基等領(lǐng)域的監(jiān)測，該技術(shù)利用光纖光柵解調(diào)裝置監(jiān)測光柵布拉格波長的漂移量，進而計算出外界的應(yīng)變變化量，具有靈敏度高、抗靜電干擾、可實時傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等優(yōu)點。如圖1(a)所示，在路基中設(shè)置直徑大于200 mm的圓盤，下端依次連接有光纖光柵位移計和測桿，當(dāng)路基沉降時，帶動圓盤沉降，此時光纖光柵位移計可以感應(yīng)到土層的位移變化。

工程實例：在德興至南昌高速公路的D10標段，公路路基為軟質(zhì)路基，其中0～3.5 m內(nèi)為粉質(zhì)粘土、3.5～5 m內(nèi)為淤泥質(zhì)土、5～8 m內(nèi)為粉質(zhì)粘土、8 m以下為細砂和圓礫，該標段軟基采用了CFG樁進行加固處理。本次軟基沉降監(jiān)測現(xiàn)場，在路基斷面的監(jiān)測孔內(nèi)埋設(shè)了光纖光柵位移傳感器，并選擇了解調(diào)進度為1 pm的光柵解調(diào)儀器。如圖1(b)所示，在路基填筑期間，整個軟基沉降控制較好，但是在1月和3月中旬，沉降速率超過了10 mm/d，不過通過加快填方速率，使沉降得到很好的控制。因此，利用光纖光柵監(jiān)測技術(shù)可以對路基沉降數(shù)據(jù)進行實時、連續(xù)監(jiān)測，避免出現(xiàn)大面積公路病害，同時與傳統(tǒng)的沉降板監(jiān)測相比，其監(jiān)測精度大幅度提高，可以避免常規(guī)監(jiān)測的數(shù)據(jù)大幅度偏移誤差。

圖1　光纖光柵傳感監(jiān)測與常規(guī)沉降板監(jiān)測的數(shù)據(jù)對比

2建立沉降模型，預(yù)測路基沉降趨勢

目前，常用的預(yù)測沉降的理論方法有基于土的本構(gòu)模型的Biot固結(jié)理論模型和基于沉降實測數(shù)據(jù)的推算模型，如雙曲線法、S型成長模型等。其中，前者與工程實際存在較大差距，而后者則根據(jù)大量的沉降實測數(shù)據(jù)，建立合理的預(yù)測模型，對預(yù)測路基未來沉降量具有重要意義。

工程實例：深圳濱海大道全長9.66 km，其中7.25 km位于潮間帶和水下淺灘，存在大量的淤泥層，為軟基沉降監(jiān)測的重點路段。在該路段的K1 +800 試驗段，鋪設(shè)沉降板進行地表沉降監(jiān)測。在施工期間，每填筑一層土觀測一次；在路堤填筑后的堆載預(yù)壓期，每半月或一個月觀測一次。如圖2(a)所示(曲線4)，沉降板監(jiān)測的沉降量呈“S”形趨勢變化。

圖2　沉降板監(jiān)測和幾種S型成長模型預(yù)測路基沉降量

同時，還采用幾種“S”型成長模型對路基沉降趨勢進行了預(yù)測。在220 d前，Gompertz模型、Pearl模型、Weibull模型均可以很好的預(yù)測的沉降趨勢，與工程實測沉降量基本一致，但是在220 d后，3種模型預(yù)測值與實測數(shù)據(jù)均存在較大誤差。不過，將上述3種模型組合，并給每個模型設(shè)定一定的變權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建了一種變權(quán)重組合S型模型，從而更加精確的預(yù)測了路基的沉降量變化(圖2b)，與工程實測數(shù)據(jù)基本一致。

其中，1為Gompertz模型，2為Pearl模型，3為Weibull模型，4為實測數(shù)據(jù)

3結(jié)論

隨著國家公路網(wǎng)的建設(shè)，公路建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)和人文情況的復(fù)雜性增加，給公路的路基建設(shè)增加了很大難度，很多公路將使用特殊路基，甚至不良路基，如軟土地基等，更易引起路基的沉降。因此，在施工和工后使用過程中，非常有必要實時監(jiān)測路基沉降的變化情況，根據(jù)實測沉降數(shù)據(jù)分析路基沉降的規(guī)律，并在出現(xiàn)異常情況時及時采取有效的控制措施，以避免大面積路基沉降對公路的破壞。

參考文獻：

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收稿日期：2016-03-11

作者簡介：齊曉楠(1978-)，女，吉林長春人，工程師，研究方向：路基。

中圖分類號：U412

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0093-02