高速公路路基的沉降监测方法

高速公路路基的沉降监测法

摘 要：至高速公路是高速公路网中

第十二横线杭瑞高速的组成部分。修建中由于地质条件复杂，因此我们对本工程重点路段进行了施工期和工后变形监测。在整个工程监测中我们采用了横剖测试法、沉降板测量法和分层沉降法等几种监测法进行了路基沉降监测。这几种监测法也都体现出了不同的特点，下面对几种监测法在工程应用中的区别、特点进行分析总结，希望对类似工程的法选择和设计优化

关键词：路基监测；横剖测试法；沉降板测量法；分层沉降法 1引言

近年来随着高速公路的建设，高速公路的路线通过的地区的地质各不相同，在黄河流域和沿海地区建设高等级公路比较多，这些地区的软土地基多属于饱和的正常压密粘土，土的类别多为粉砂性土、淤泥、淤泥质亚

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粘土或淤泥质粘土。由于具有高含水量、大隙、低强度、低透水性等特点，且具有一定的结构性，造成其工程特性不良，容易出现路基沉降而影响通行安全。因此，最近几年我国很多公路科研部门将路基沉降预测及沉降稳定控制指标的确定作为路基信息化施工的重要容之一，也就是路基沉降预测及沉降稳定控制指标的确定。随着公路建设的不断发展以及测量技术的不断提高，更多更先进的测量技术应用于公路建设当中。目前，应用于路基沉降监测法主要有沉降板法、横剖

测试法和分层沉降法，在某高速公路工程中这几种法都得到了全面的应用。根据在工程中儿种监测法的应用，本文总结出了每种监测法的特点，将从每种监测法的原理、特点，并结合工程应用中的实测数据进行对比分析，找出适合不同工程特点的最佳监测法。

2工程背景

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岳常高速公路起于市君山区建新农场十大队，途经华容县、南县、安乡县、至于市肖伍铺与二广高速相接；向东穿越洞庭湖与随岳高速公路、京珠高速公路连接。全线长140.5Km，大中小桥梁88座，永久占地868公顷（13020亩），该高速公路已于2013年12月28日正式运行。鉴于该高速公路位于地质条件复杂的洞庭湖区，我们对本工程的重点路段进行了综合监测，其中沉降监测是路基监测中的重点，本工程应用于沉降监测的法有沉降板法、横剖测试法、分层沉降法。

全线共安设沉降板67块，分别布设在

23个监测断面上；安设分层沉降管8

个；布设横剖监测断面10个。

3基本原理

3.1沉降板测量法的介绍

沉降板测量法是一种较为传统的

监测法，在公路监测中很常见。沉降

板的设计型式如图1所示:沉降板测量

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法即每次监测时用水准仪将管管头与基点联测，从而得到管管头的相对标高。其沉降管随着施工的进展逐渐接高，直至最终路面结构施工完成后露出路面，做保护筒成为永久性监测点。

3.2横剖测试法的介绍

目前，横剖测试法在路基沉降监

测中也有所应用，尤其在小断面测量

中应用较多。岳常高速公路工程中应

用的是水压式横剖测试仪，即运用水

压原理测量监测点高程变化，与静力水准测量类似。主要由探头、充液管道、信号电缆、储液箱及测读仪组成。如图2（a）、（b）所示，测头外形光滑

呈鱼雷形状，有高精度传感器，传感

器的高差发生变化时，引起液压的变

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化，探头将此变化转为电子讯号传给测读仪，得到测量数据。横剖测试法最大的优势是易于保护，不影响路面施工，埋设完成后做好端头保护台，除了消坡时可能需要移动保护台以外，基本就不受施工影响。其次，横剖测试法可连续测读路基沉降量，最小间隔为0.5m。但横剖测试法的测试质量较难控制，这也是该法尚未得到普遍应用的主要原因。

3.3分层沉降法的介绍

除了沉降板法和横剖测试法，路基沉降监测中还有一种较为常见的监测法——分层沉降法，该法可以了解

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不同地基深度的变形值，对影响深度和研究地基变形机理有很大帮助。分层沉降法设备山分层沉降管、分层沉降标、测试仪等组成，如图3所示。

其安设是通过钻机成后将分层沉降管带着分层沉降标下入，每次测量时将测试仪的探头放入分层沉降管，根据探头在分层沉降标处的感应信号读取标尺上的读数，即可计算出分层沉降

标的高程，从而得出其沉降量。

分层沉降法测试相对较简单，每次测量时用测尺测出分层沉降标至管口的距离，再根据管口与水准基点的联测标高计算出分层沉降标的标高即

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可。测量中注意管口联点标高即为反算分层沉降标的标高，所以该点也应该是测尺测量分层沉降标至管口距离的起点。

4法特点及工程应用中的注意事项

4.1沉降板测量法 4.1.1沉降板测量法的特点

沉降板测量法便于操作，容易实施，其观测精度容易控制。本工程沉降板监测精度满足垂直位移监测精度的二级监测精度，其监测闭合差控制在0.25mm是一种高监测精度的监测法，其监测数据也是最为可靠的。但由于施工条件复杂，其沉降管的保护很难保证，根据我们统计，在本工程中沉降管在整个施工期破坏率很高，导致数据间断的破坏发生率为62.4%。 4.1.2沉降板测量法工程应用中的注意事项

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在工程应用中沉降板的埋设和保护十分关键，每一个埋设环节都要格控制，从埋设时机的选择初始数据的采集、从土坑的开挖到沉降板的放置、从土坑的尺寸大小到回填土的夯实都要格把关，这些都将直接影响到监测数据的可靠性。埋设时应注意以下几

点:

（1）沉降板一般在填5Ocm～80cm（压实2～3层土）时进行埋设； （2）根据设计案桩号位置精确放样，其观测点位置主要选择在有代表性的关键路段，一般安设于道路中桩位置(以后为路面的隔离带，便于运营阶段的测量和保护)，本工程应用中每个监测断面分别在中桩及两侧路肩位置各安设一个沉降板；

（3）条件允时最好人工开挖与沉降板底板大小相当的土坑，机械开挖时，坑不宜过大，否则将影响回填质量和观测数据；

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（4）坑底清平以后，铺上5cm左右厚的砂垫层，将沉降板放在砂垫层上，保证底板平正、稳定，沉降管高于回填土5Ocm～80cm，并加盖保护盖；

（5）回填土时要分层回填，人工夯实；

（6）外露沉降管做明显标示，最好将沉降板用沙袋等做围护，以免沉降管受到破环，施工单位每次对沉降管边都人工夯实；

（7）夯实以后待沉降板稳定后采集数据。

沉降板埋设完成以后除按案进行数据采集以外，还应常进行保护巡视。

各单位施工进度不同，视不同施工进度进行沉降监测。但路基填工作路面作业复杂，大型车辆很多，沉降管的保护相当困难，这就要求监测单位与业主单位、施工单位等部门做好沟通并建立良好的协作关系和保护机

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制。总结起来，沉降管的保护与修复监测单位应解决好以下几个面的问题: （1）沉降管外露部分不宜过短或过长，格控制在50cm～80cm； （2）沉降管设计外保护套管，这

样对于轻微的碰撞不会影响到沉降监测数据的可靠性；

（3）沉降管做明显测量点标示:贴反光模片、插施工彩旗、用沙袋做围护等；

（4）与各相关单位做技术交底，

签订测量点保护协议；

（5）一旦发生破环，施工单位及

时通知监测单位，以便第一时间进行修复;

（6）当发生轻微碰撞只造成外管破环的，除进行外管修复外，还应进行沉降管的检测，即进行该断面的基点联测，以确保沉降数据的绝对可靠； （7）沉降管采用接头螺旋连接，

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当发生重破坏时，很有可能造成沉降管弯曲或者接头处折断。进行修复前首先尽量恢复沉降管原有状态进行整个监测断面的基点联测，以确定沉降数据是否可用； 4.2横剖测试法 4.2.1横剖测试法的特点

横剖测试法多应用于小断面测量，一般断面长度不大于30m。本工程的监测断面都较长，所以其监测精度不容易控制，但最终监测成果对变形趋势的反应较好。该监测法便于保护，不影响路面正常施工，可以反应出断面的整体变形趋势。但是横剖测试法工程造价较高，其测试过程受环境因素影响也较大，其监测精度较低，不适用于高精度监测工程。

4.2.2横剖测试法工程应用中的注意事项

横剖测试过程中必须格按照要求进行，且外界环境因素对测试质量影

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响明显，风力、温度、测试时断面上部施工情况等都会对测试质量产生影响。下面从几个面具体介绍下横剖测试要点:

（1）人为因素影响，操作人员必须格按照要求进行数据采集，根据不同客观条件采取相应测试对策。每次除了对工作平台进行基点联测外，还应该检视工作平台完好情况和横剖管通畅情况;测量时不可操之过急，每点测试时都应等待数据稳定后记录，再进行下一测点的测试;拉线人员应慢匀速拉动，不可快速脉冲拉动。

（2）风力影响，当风力较大时不宜进行横剖测试，因为大风会导致储液箱液面不稳，这将直接影响测试成果的可靠性。我们发现，一般小于3级风的的天气比较适宜横剖测试。

（3）温度影响，通过工程应用中的多次实验我们发现:温度是影响横剖测试质量的重要因素之一，一面是外

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部温度的影响，另外一面是横剖管外的温差影响。外部温度过高时不宜进行横剖测试，否则应先将探头放入凉水中浸泡几分钟后再进行测量，另外，最好将探头及充液管拉入管稳定20分钟后再进行测量，尽量抑制横剖管外温差的影响。

（4）仪器自身影响，使用一段时间后应对仪器进行标准高检查，即测试探头在不同固定高度的读数是否准确;使用的液体流动性要好，且不易蒸发，输液管不能有气泡存在。

横剖测试法虽不影响路面正常施工，也不易被破环，但测试过程对环境要求相对苛刻，测试质量不易控制，故在科研项目中应用较多，工程实践未普遍应用。 4.3分层沉降法 4.3.1分层沉降法的特点

分层沉降法可以测试不同地基深度的沉降变形值，对分析理论计算和

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实际测值之间的差值有很大作用，对相似工程的变形计算和预测有一定的参考价值。根据对比在不同压实层沉降标的沉降量也可以检验填本身材料的压实度。在工程应用中分层沉降法同样也存在着保护的问题，山于分层沉降管是采用专用的韧性较好的特殊材料，所以相对沉降管而言比较容易保护。但分层沉降法成本较高，实施起来相对较为复杂，尤其是安设过程较难控制。

4.3.2分层沉降法工程应用中的注意事项

分层沉降管的安设是影响测试质量的关键因素，其安设过程中应注意以下几点:

（1）结合不同的分层沉降管规格，采用不同的钻机钻杆进行成，径不宜过大，一般为2倍分层沉降管管径大小即可。采用跟管式钻，一直跟至钻底部。

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（2）钻即将完成时组织人员及时进行分层沉降管及沉降标的组装，沉降标须根据地质情况进行定位，一般安设在地质大层分层位置。底盖必须盖牢，且在必要时应加以保护，以免下管过程中受到破坏。

（3）钻至预定埋设深度后检查地质情况:如底较为干燥时即可将已组装好的分层沉降管及沉降标迅速下至底，下至底后应在分层沉降管顶做垂直承压，以防分层沉降管松动或反弹，一般压1小时左右可提拉套管；如底地下水活跃，涌砂等情况时，钻深度应大于预埋深度30cm～50cm，且在下管前须将地下水抽空，抽空地下水后立即将分层沉降管及沉降标下至预埋深度，此种情况一般应在管顶承压6小时左右才可以提拉套管。

（4）套管提出后，以粗、中砂进行隙回填，须将回填料捣实。

（5）安设完成后应在之后的儿天

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进行稳定性测试，一般稳定期在3～5天，故3～5天以后可进行监测数据的采集。工程应用中分层沉降管的保护也很重要，路面施工复杂，难免会发生刮蹭。一旦发生破坏，首先要将断口封好，以免杂物掉入分层沉降管，致使探头无法下放。处理时只需将上下断口锯平，用专用的接头对接即可。 5.1路基沉降监测法的总结

通过工程的实际应用和理论分析，这几种监测法都存在着不同程度的问题这也是值得进一步思考和研究的向。

沉降板法的点位保护就是一个应用中的难题，如果能解决好这一问题将大大提高监测质量和工作效率，解决这一问题可以从两个面考虑。一面是材料的选择，是否可以选择一种不易破环的材料进行监测，另外一面就是人为的监测实施，除了外露沉降管还可以采用暗埋沉降管进行监测，还

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须建立良好的工作机制以保证监测点的完好。

分层沉降法的沉降标稳定性是该法一个值得思考的问题，首先埋设过程能否改进是一种解决途径，其次，沉降标自身能否改良也是一种解决途径。从实施单位的角度考虑，第一种途径将是应用中的一个突破点。 横剖测试法则主要于仪器自身的精度问题，其应用过程中最好能解决好测试与环境因素

参考文献：

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的问题。

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