高速公路路基沉降监测技术研究

王晋峰

(山西交通建设监理咨询集团有限公司，山西 太原 030012)

0 前 言

我国幅员辽阔，地质情况非常复杂，这对高速公路的建设和维护工作提出了很高的要求。在高速公路的建设过程中，软基、不良土路基、高填路堤、陡坡路堤等多种因素都可能导致路基沉降出现，复杂、恶劣的地质情况和为了加快高速公路建设而缩短施工周期也是路基沉降出现的主要原因。路基沉降破坏了公路路基结构的稳定性，可能导致路面开裂或坑洼不平，加速了高速公路的损坏，影响了高速公路的运行寿命和行车质量，造成了很大的交通安全隐患问题。加强路基沉降监测技术的研究，对提高高速公路的建设和维护质量十分重要。

1 路基沉降的原理和原因

土壤主要由土颗粒、水、空气三种物质构成，在建设路基时，需要将土地压实，这时，首先会将土壤中的空气排挤出来，然后是水分被逐渐顺着缝隙压挤出来，最后是土颗粒被不断压实，让土壤密度大大增加。在此过程中，土壤中的水和空气不会一次性全部排净，这是一个长期的过程，水和空气的不均匀扩散和土壤应力结构的改变会导致路基的形状发生改变，导致部分路基下沉，造成路面的下沉或者开裂。路基填土压实不足和路基填料不均匀是导致路基沉降出现的主要原因。

1.1 路基填土压实不足

在路基填土的施工中，部分路段的土料颗粒较大，没有被充分地粉碎破坏，在压实过程中路基中的水和空气存留较多，土壤密度不均匀，导致路基在后期使用中不能保证路基的整体结构完整，产生严重的不均匀下沉，导致了路面开裂或坑洼的现象出现，影响了高速公路的使用质量。

1.2 路基填料不均匀

路基的填料通常是施工过程中产生的废料，填料中物质的性质各不相同，压缩系数和膨胀系数差异较大，施工时很难对填料进行有效地压实，难以保证路基的均匀度。在长期的高负荷作用下，路基的结构很容易被破坏，导致部分路面变形、下沉，产生裂缝或者路面断裂，使高速公路损坏严重。

2 路基沉降监测技术

在路基沉降监测工作中，按照沉降部位的不同，可以将其分为表层沉降监测、分层沉降监测和剖面沉降监测三种类型，可分别使用不同类型的监测技术进行检测，以保证监测结果的准确性和精确度，提高路基施工的质量和效率。

2.1 监测桩法

将监测用的钢筋打进锚固砂浆之中，之后将锚固砂浆打进土壤里，使用水准仪测量检测桩和基准点之间的数据差，即为监测点的沉降量。该技术通常适用于简单地表层沉降监测，其操作简单快捷，且施工成本较低，但只能用于测量一个单独的沉降点，应用范围较窄。

2.2 沉降板法

沉降板由底板、PVC管、金属测杆构成。底板水平于基准线，埋入路基，其会跟随路基的沉降而沉降，以此进行监测。金属测杆垂直于底板，用于沉降值的测量，可根据测量的深度进行加长或缩短，在埋入沉降板后记录金属测杆的高度，以后定期对其高度进行测量，测量数据之间的差值即为测量点的沉降值。PVC管用于保护金属测杆，防止金属测杆被腐蚀破坏，影响监测的准确性。该监测技术施工成本较低、施工工艺简单，监测精度较高且便于进行监测操作，适用于路基的表层沉降监测。但金属测杆的顶端长期暴露于路面，容易受到破坏影响监测的准确度。在施工过程中，由于沉降板需要预先埋设进地基，所以可能导致地基压实不足，影响地基质量；其次，为了避免破坏沉降板，施工时需要避开沉降板埋设区域，影响了施工的进度；最后，沉降板被破坏后难以进行补救措施。

2.3 沉降水杯法

沉降水杯由排水管、排气管、注水管(测量管)、测尺和保护盒等构件组成，将排水管、排气管、注水管与保护盒安装起来，将排水管、排气管的出口和保护盒一起埋进监测位置的土壤中，将注水管的注水口通到地表，形成测量管，注入适量的水，并用测尺测量水面高度，记录为基准点。当监测位置发生沉降时，由于连通器原理，其测量管水面高度会产生变化，再次测量，其数值与基准点的差值即为沉降值。该监测技术适用于分层沉降监测和剖面沉降监测，其构架简单，施工成本较低，且不影响公路的施工建设，可用于监测地基、地表的总沉降，且能够预测不均匀沉降的发生。但其对安装的要求较高，且不适用于寒冷地区的监测工作。

2.4 电磁式分层沉降仪法

电磁式分层沉降仪由磁性探测头、标尺、磁环、记录仪等构件组成。使用时，将磁环埋入每个土层之中，然后将磁性探测头连接上记录仪，通过非磁性导管深入到地下磁环中，磁性探测头会感应到磁环的位置，定期进行测量并记录磁环位置，其测量值之间的差值即为沉降值。该监测技术适用于分层沉降监测，可以监测同一断面的总沉降，操作便捷，成本较低。但其监测精度容易受到外界影响，且只能监测一个位置的沉降情况。

2.5 水压式剖面沉降仪法

水压式剖面沉降仪由记录仪、注水架、注水管、测量探头和PVC管等构件组成。测量探头的主要元件为静水压力传感器，在土壤深度不同时，静水压力会发生变化。以此为工作原理，将水压式剖面沉降仪埋入沉降监测位置，当路基沉降发生时，测量探头的位置会发生改变，导致静水压力传感器测量的压力发生改变，记录数值之间的差值即为沉降值。该检测技术适用于剖面沉降监测，可以测量任意监测位置的沉降值，且可以测量监测位置的长期沉降情况，有助于全面把握沉降状态，便于路基沉降的研究和问题的解决，同时，其监测成本较低，对公路的施工建设没有影响。但该技术的监测结果精度较低，且不适用于温度较低的地域，环境温差较大的地区其监测精度也会受到影响。

2.6 水平测斜仪法

水平测斜仪主要由测量探头、PVC管等构件组成。其中，PVC管的内管有特制的导槽，作为测量探头的运行轨道。测量探头的主要元件为加速度计，搭载在导轮上。将PVC管预先埋设到监测位置的土壤中，注意水平放置。沉降发生后，导管会和路基沉降产生相同的形变。使用导线将测量探头从导管的一端缓缓牵拉到另一端，在此过程中，测量加速度计的重力矢量在水平方向上的分量，即为测量探头在水平方向上的倾斜角度，记录每个节点上的角度，该角度和测量探头的长度乘积即为沉降值。该监测技术适用于剖面沉降监测，其监测精度较高，可以监测剖面的整体沉降规律，且操作简单，携带方便，成本也不高。同时，对路基施工没有影响，外界环境对该监测技术也没有影响，实用性较强。

3 结束语

路基沉降监测技术方法较多，需要根据具体情况选择合适的监测技术，以此提高路基沉降的检测精度，为路基的施工效率和整体结构的稳定性做出科学有效的监测基础。同时，加强对路基沉降监测技术的研究和应用，可以总结出更加科学性的路基沉降规律，有利于研究路基沉降的解决方法，加强对高速公路施工质量和施工效率的控制，有效地提高高速公路的使用寿命，提升车辆的行车质量和交通安全。

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