高速公路斜坡软弱路基变形监测与分析

彭祥生

摘要：文章为掌握路堤荷载作用下斜坡软弱地基的变形特性，选择典型山区高速公路高路堤斜坡软弱地基工点，进行了路基中心及下坡一侧坡脚地基的长期沉降和水平变形测试，并对测试数据进行了分析。结果表明：（1）路堤填筑期内沉降变形发展相对较快，路堤填筑完成后沉降变形增速趋缓，采用双曲线法预测得到的工后沉降为34.2mm，满足高速公路路基工后沉降要求;（2）软土层表面倾斜且下卧硬层表面基本水平时，路堤荷载作用下的地基水平变形最大值在地表，且变形值沿深度增加而减小，地基水平变形的监控可以地表观测桩为主。

关键词：山区高速公路;路堤;斜坡软弱地基;沉降;水平变形

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 130I：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.008

文章编号：1673-4874（2019）08-0028-03

0引言

在山区修建高速公路，线路常需经过山间沟谷地带，斜坡软土广泛分布其间。此类软土通常是由于地表水流搬运岩石风化后的产物和地表有机质至低洼處沉积而形成的，成因类型多属丘陵谷地相沉积，具有流滑性、膨胀性、分布不均匀、有机质含量高、孔隙比大、压缩性高、强度低等特点。斜坡软土地基与高填方是山区高速公路的一种常见路基结构形式，分析路堤荷载作用下斜坡软弱地基的力学特性对山区高速公路的建设有指导意义。

文献分析指出，在路堤荷载作用下，斜坡软弱土地基内的应力在下坡一侧坡脚附近集中，而水平地基则在中部集中;在路堤总荷载相同的条件下，斜坡地基应力最大值高于水平地基，斜坡地基发生失稳的可能性更大。文献采用室内模型试验分析了路堤荷载作用下倾斜软土层的变形特性，结果表明，倾斜软土层使得路堤荷载偏心，加速路堤本身的失稳。目前，路堤荷载作用下斜坡软弱地基变形特性的现场试验验证相对偏少，长期观测数据尤为缺乏。

本文结合某山区高速公路的建设，现场选取了典型的斜坡软弱路基工点，埋设了地基变形观测元件，进行了路堤填筑期内及工后长期的变形数据采集，并对数据进行了分析。

1现场测试方案

1.1测试工点概况

测试工点位于某新建高速公路K83+826处。该处丘间洼地，路基以填方通过。地层情况从上到下依次为：厚6～9m的软塑状粉质黏土，强风化砂岩夹泥岩，如图1所示。路堤中心高度为13m，路基面宽24.5m，边坡路肩以下8m处设置2m宽台阶，台阶之上边坡坡度1：1.5、之下1：1.75，路堤基底设置厚50cm的碎石垫层。

1.2测试内容及方法

1.2.1地基沉降

在左右路肩及路基中心的地基中钻孔埋设单点沉降计，如图1（a）所示，测试地表相对于下卧硬持力层的沉降量。

单点沉降计的埋设流程为：钻孔至强风化层100c什，安装单点沉降计一固定测杆底端一回填中粗砂于孔中空隙一在沉降计顶端安装、调整法兰盘位置并固定一保护导线一记录初始读数值。

1.2.2坡脚地基水平变形

在下坡一侧坡脚处地基中钻孔埋设测斜管，如图1（b）所示，采用测斜仪测试坡脚处地表以下不同深度处的地基水平变形。

测斜管的埋设流程为：钻孔至强风化层400cm→安装测斜管→在测斜管与孔壁间充填水泥浆→在地表管口处修筑保护坑并加保护盖→水泥浆初凝后记录初始读数值。

1.3观测要求

路基填筑期及工后的变形观测频率应满足表1要求。

1.4测试元件安装概况

路堤填至1m时开始埋设测试元件，共埋设单点沉降计3个，测斜管12.5m。埋设完成后继续填筑路堤。

2测试数据及分析

按观测要求，在路堤填筑期内及填筑完成工后进行地表沉降及地基不同深度水平变形的数据采集。路堤填高、地表沉降及坡脚地表水平位移如表2所示。地表沉降随路堤填高增加的变化曲线如图2所示。坡脚处地基不同深度处水平变形如图3所示。坡脚地表水平位移随路堤填高增加的变化曲线如后页图4所示。

表2及图2～4中所指地基沉降变形值均为所埋设的三个单点沉降计测试数据的平均值。

表2和图2表明，路堤填筑快速填筑期内（2010-11-26至2011-05-19），路堤高度由O增加到12m时，沉降速率为0.50mm/d，沉降发展相对较快;路堤填筑放置期内（2011-05-19至2011-09-01），沉降变形增速趋缓，沉降速率为0.15mm/d;路堤填筑完成后（2011-10-08至2012-03-20），沉降变形增速进一步趋缓，沉降变形速率为0.12mm/d。这表明，路堤沉降趋于稳定。根据填高稳定于13m后的观测数据，采用双曲线法预测20年后的沉降为139.2mm，最终沉降为139.8mm。由此可知，本断面以填高至13m的时刻起算，工后沉降为34.2mm，满足高速公路路基工后沉降要求。

由图3和表2可知，地基水平变形基本发生在粉质黏土层内，最大变形发生在地表，沿深度增加逐渐衰减。地基水平变形的监测可以坡脚地表为主。测试期内得到的地表水平变形最大值为202mm。由图4和表2可知，路堤快速填筑期内（2010-11-26～2011-05-19），路堤高度由0增加到1 2 m时，坡脚地表水平位移速率为0.80mm/d，变形发展相对较快;路堤填筑完成后（2011-10-08～2012-03-20），水平变形增速趋缓，变形速率为0.31mm/d。这表明，坡脚地基水平变形趋于稳定。

3结语

本文进行了典型的高速公路斜坡软弱地基高路堤工点的地基竖向沉降与水平变形测试，并对数据进行了全面分析。有如下基本结论：

（1）路堤快速填筑期内，沉降变形发展相对较快，沉降速率为0.50mm/d;路堤放置期内，沉降变形增速趋缓，沉降速率为0.15mm/d;路堤填筑完成后，沉降增速进一步趋缓，速率为0.12mm/d。采用双曲线法预测得到的工后沉降为34.2mm，满足高速公路路基工后沉降要求。

（2）软土层表面倾斜，下卧硬层表面基本水平时，路堤荷载作用下的地基水平变形最大值发生在地表，且变形值沿深度增加而减小。地基水平变形的监控可以地表观测桩为主进行。