王天武 曹青霞

（1甘肅省蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730030；2甘肅省公路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730030）

1 引 言

紅層是我國(guó)工程建設(shè)中不可避免的區(qū)域性巖體，在近十多年來一直是巖土工程界研究的焦點(diǎn)之一。甘肅紅層面積約87.799km2（如圖1），是我國(guó)西部紅層重要的組成部分。

圖1 甘肅省紅層分布圖（據(jù)1:300萬地質(zhì)圖清繪）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，甘肅省已建和在建二級(jí)以上公路達(dá)4109km，幾乎每條公路都涉及紅層。甘肅紅層地區(qū)公路建設(shè)實(shí)踐表明，甘肅紅層地區(qū)自然災(zāi)害具有普遍性，紅層變形破壞在一定時(shí)期內(nèi)具有漸進(jìn)性，工程地質(zhì)問題具隱蔽性；紅層地區(qū)公路工程病害日益突出，公路防災(zāi)減災(zāi)任務(wù)具有緊迫性。但是，目前對(duì)于甘肅省公路紅層路基的沉降觀測(cè)并沒有引起重視。本文基于路基無損檢測(cè)技術(shù)和智能豎向位移變形觀測(cè)系統(tǒng)，提出紅層泥巖地區(qū)公路路基沉降觀測(cè)方案。

2 試驗(yàn)儀器與方案

2.1 試驗(yàn)儀器

1）地質(zhì)雷達(dá)

研究中主要采用了美國(guó)勞雷公司生產(chǎn)的GSSI SIR-30地質(zhì)雷達(dá)，采用主頻為100MHz和200MHz的屏蔽天線來采集數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)采集如下圖2所示。

圖2 物探現(xiàn)場(chǎng)采集示意圖

2）智能豎向位移變形觀測(cè)系統(tǒng)

智能豎向位移變形觀測(cè)系統(tǒng)由JMDL-4740智能數(shù)碼沉降計(jì)及JMZX-256型自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)組成，長(zhǎng)沙金碼測(cè)控科技股份有限公司生產(chǎn)。JMDL-4740智能數(shù)碼沉降計(jì)是一種埋入式電感調(diào)頻類位移計(jì)，由位移計(jì)、測(cè)桿、錨頭、沉降板等組成，其構(gòu)成如圖3所示。JMZX-256型自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大的分布式全自動(dòng)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由上位機(jī)、采集模塊（MCU）、系統(tǒng)軟件及相關(guān)配件組成，其構(gòu)成如圖4所示。

圖3 JMDL-4740智能數(shù)碼沉降計(jì)

圖4 JMZX-256型自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)

圖5 紅層泥巖路基沉降觀測(cè)方案

2.2 試驗(yàn)方法及方案

由于紅層泥巖地質(zhì)的復(fù)雜性，病害的隱蔽性和突發(fā)性，對(duì)于已建道路路基病害預(yù)警系統(tǒng)的建立存在一定的難度，本研究主要借助地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法等無損檢測(cè)方法，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，對(duì)比不同時(shí)間掃射圖譜變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路基病害。在強(qiáng)降雨及春融季節(jié)，易引起濕陷性黃土病害發(fā)生，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)高填方、橋頭等易出現(xiàn)病害的部位的檢測(cè)頻率。盡快發(fā)現(xiàn)路基病害隱患，將可能發(fā)生的損失降到最低。

地質(zhì)雷達(dá)具有工作效率高、檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是檢測(cè)深度有限，對(duì)于深度超過5m的路基病害無法檢測(cè)。對(duì)于超過5m范圍的病害（高填方），需要采用高密度電法布線進(jìn)行檢測(cè)，逐點(diǎn)排查。預(yù)警方案見圖5所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同地質(zhì)無損檢測(cè)方法對(duì)比

研究組通過對(duì)比雷達(dá)法，高密度電法，瑞雷面波法等多種路基檢測(cè)方法，最終選定雷達(dá)法作為本研究路基沉陷觀測(cè)預(yù)警的主要方法。但是，由于地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)范圍有限，當(dāng)檢測(cè)深度超過5m后檢測(cè)效果不佳，對(duì)于超過5m范圍的病害（高填方），采用高密度電法布線進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 智能豎向位移變形觀測(cè)系統(tǒng)

2016 年G6京藏高速蘭海段養(yǎng)護(hù)維修工程中，在路基沉陷處治技術(shù)干拌碎石樁施工過程中，埋設(shè)智能路基豎向變形觀測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)路基的豎向變形。

同時(shí)對(duì)其沉陷處治效果進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，監(jiān)測(cè)路段內(nèi)共設(shè)置10個(gè)單點(diǎn)沉降計(jì)用以觀測(cè)工程施工后的路基豎向變形狀況；監(jiān)測(cè)路段位于K1615+898～K1616+988段，傳感器沿路線走向和垂直路線兩個(gè)方向布設(shè)，布設(shè)長(zhǎng)度為90m。代表路段傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝如下圖6～圖7所示。

圖6 傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝

圖7 傳感器布置圖

由圖8可見，根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出施工后6～7天內(nèi)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均出現(xiàn)1～3mm的集中沉降，之后趨于穩(wěn)定；通車近30天，干拌碎石樁施工路段出現(xiàn)1.5～4.9mm不等的沉降；沉降值最大的10#點(diǎn)即為中央分隔帶兩側(cè)，最大沉降為4.9mm，沉降值最小的8#點(diǎn)即為緊急停車帶，最大沉降量為1.5mm；道路縱向方向共6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通車近30天的沉降平均值為3.1mm；橫向4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，平均值為3.325mm。

表1 不同檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

圖8 各傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果折線圖

4 結(jié) 語

通過采用地質(zhì)雷達(dá)結(jié)合高密度電法的方法排查紅層泥巖地質(zhì)沉降隱患點(diǎn)，安裝JMDL-4740智能數(shù)碼沉降計(jì)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到JMZX-256型自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)異常點(diǎn)時(shí)，發(fā)出預(yù)警。該方案極大程度的節(jié)省了人力物力成本和時(shí)間成本，將工程中的“事后管理”變?yōu)椤斑^程中控制”及“提前預(yù)警”，極大提高了路面的施工質(zhì)量及管理水平。