高强度塑钢板桩路基生态防护应用现场试验研究★

许建华 余以强 詹 伟

(1.海盐县交通运输局，浙江 嘉兴 314000； 2.浙江省交通运输科学研究院，浙江 杭州 310023)

1 概述

农村公路是中国公路网的重要组成部分，也是服务农民群众生产生活和农村经济发展的重要基础设施。相对于高等级公路而言，农村公路施工完成后的路肩边坡存在明显的沉陷、滑塌及水土流失等直接病害，间接影响路基路面整体结构稳定性，引发路基路面沉降不均、开裂、积水、降低行车舒适度，亦或是排水边沟的堵塞，导致排水不畅。因此，针对当下农村公路建设与养护过程中存在的路肩边坡防护薄弱情况，开展路基生态防护技术应用研究致力于已建和新建农村公路路肩边坡生态防护，符合当下“四好农村路”建设要求，具有实际运用价值与现实意义。

高强度塑钢板桩是经特殊配方成型的高分子强化复合材料，强度高、运输轻便、工程造价低、施工方便快捷、施工占地少、耐久性好、绿色节能低碳环保、对周边环境影响小，有利于生态环境的保护[1]，已被水利部列入《2016年水利先进实用技术重点推广指导目录》。高强度塑钢板桩作为新型节能材料相较木板桩、钢筋混凝土板桩及钢板桩[2]等传统板桩优势明显，有利于解决农村公路路肩边坡病害问题，在路基生态防护工程中应用前景广泛。

目前，高强度塑钢板桩应用于路基防护工程中的研究相对较少，现场试验研究未充分进行。为此，本研究旨在通过高强度塑钢板桩的路基生态防护应用现场试验，研究塑钢板桩在路基防护工程中应用的合理性，为高强度塑钢板桩的深入研究及推广应用提供技术支持。

2 试验方案

结合工程运用背景，本试验路段选址于某市县道，道路采用双向两车道设计标准，沥青路面结构，道路设计时速50 km/h，道路两侧均存在土路肩，土路肩两侧为农田，道路两侧土路肩均采用放坡+植被护坡形式，路基边坡存在水土流失现象，冲刷痕迹明显，局部路段路基边沟存在堵塞情况。

本次试验路段总长度为50 m，采用的路基防护形式是塑钢板桩+镀锌圆管+镀锌方管+拖板板桩的高强度塑钢组合板桩防护型式：分别在道路两侧土路肩施工安装一排高2.0 m FA型高强度塑钢板桩，组合打入长4.0 m镀锌圆管，每隔四张FA型塑钢板桩设置一张拖板，以镀锌方管连接，拖板略短于前端塑钢板桩，起到加固作用，施工现场如图1所示。

2.1 监测内容与方法

塑钢板桩现场工程试验主要针对路基防护工程试验段变形进行监测，监测项目主要包括桩顶竖向位移、桩顶水平位移、土体深层水平位移和桩体表面土压力等观测项目[3]。通过对桩顶位移、桩体变形及桩土压力的长期监测可以判别支护结构的稳定性，进而判断其工程运用可行性。

2.1.1桩顶竖向位移及桩顶水平位移

桩顶位移监测包括桩顶竖向位移及桩顶水平位移，支护结构桩顶位移直接体现了结构本身的稳定性。现场塑钢板桩支护结构桩顶竖向及水平位移通过采用徕卡高精度全站仪TM50结合棱镜进行监测，徕卡Nova TM50集成了市场上最高精度的测角和测距系统。桩顶位移监测采用定点后方交会法，在开始监测前，用全站仪对各测点反复测量多次，待数值连续3次稳定后取平均值作为初始坐标值，以后每次测量前均通过三个基准点进行复核，确定无误后再以固定顺序依次测出各个观测点的即时坐标，记录在专用观测表内，与初始坐标相比，即可计算出桩顶累计竖向位移量和水平位移量及相应的变化速率，分析并判断塑钢板桩稳定性。

2.1.2土体深层水平位移

土体深层水平位移监测是监测路肩深层土体侧向位移，监测结果是判断土体是否有失稳预兆的有力依据。现场试验土体深层水平位移监测采用加拿大Roctest公司生产的Profil数字式测斜仪结合CXG6070型测斜管进行，测斜装置由测斜管、测斜仪、数字测读仪三部分组成，测斜仪的探头滑轮基距为500 mm，分辨率为0.005 mm。测斜管采用2 m一根标准测斜管组成，测斜管内部对称分布四条十字型凹槽，作为测斜仪上下滑行的轨道。测斜仪通过监测仪器轴线与铅垂线之间倾角的变化量，进而计算测斜管各深度测点的水平变形与位移，判断桩土稳定性。

2.1.3桩体表面土压力

桩体表面土压力大小的监控量测可以识别桩土接触状态，通过桩体表面土压力大小的变化过程可判断支护结构的位移变化方向，并且在土压力变化趋势和速率分析的基础上可以间接判断支护结构塑钢板桩的稳定性。现场塑钢板桩桩土压力监测通过在塑钢板桩桩土接触位置埋设振弦式土压力计，并利用振弦式数据采集仪采集原始频率数据，基于每个土压力计对应计算参数即可获取相应土压力，进而分析桩土接触土压力变化量和桩土稳定性。

2.2 测点布置

现场监测项目主要布置3个监测断面，断面之间间隔20 m左右，塑钢板桩现场监测项目布置示意图如图2所示：桩顶竖向位移及桩顶水平位移分别布置于道路两侧，共计6个监测点；土体深层水平位移布置在道路左侧，测斜管布置在离板桩0.5 m处的土体中，测斜管长3 m，外露30 cm左右；桩土表面土压力仅布置在道路左侧桩土接触面处，沿路基顶面向下每隔1 m埋设一个土压力计，每个断面埋设2个，共埋设6个。

3 试验成果与分析

本研究现场试验开始于2019年4月17日，期间每周采集一次数据，截止于2019年10月16日，共采集有效数据27组。

3.1 桩顶竖向位移及桩顶水平位移监测成果与分析

通过与初始采集数据的比较，计算获得累计桩顶竖向位移及累计桩顶水平位移，累计桩顶竖向位移及水平位移时程曲线如图3，图4所示。

通过图3，图4可知，桩顶竖向位移及桩顶水平位移整体偏小，桩顶累计竖向位移最大值不超过0.8 mm，桩顶累计水平位移最大值不超过2 mm，且在小范围内波动，数据基本稳定。基于GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范，本项目塑钢板桩路基支护结构深度为2.0 m，视为三级基坑，顶部竖向位移的预警值为0.5%h～0.6%h(h为基坑开挖深度)，顶部水平位移的预警值为0.6%h～0.8%h，计算得出本项目的桩顶竖向和水平位移预警值分别为10.0 mm～12 mm和12 mm～16 mm。结合实测数据及时程曲线可以得出，桩顶最大竖向及水平位移均远远小于对应预警值，路基处于稳定状态，塑钢板桩支护结构对路肩边坡的支护作用得到了充分发挥，塑钢板桩支护结构处于稳定状态。

3.2 土体深层水平位移监测成果与分析

通过与初始数据的比较计算得出沿桩身各数据采集深度位置的位移，各监测断面位移与深度的关系曲线如图5～图7所示。

通过图5～图7可知，路肩土体深层即1.5 m～3.0 m之间基本没有发生位移，完全处于稳定状态。路肩土体浅层即0.5 m～1.5 m之间施工完成后监测初期存在少量变形，监测后期逐渐减少并趋于稳定，位移最大位置位于最顶端即测深0.5 m处，断面1、断面2、断面3的最大位移分别为6.69 mm，5.06 mm和7.68 mm。基于GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范，本研究塑钢板桩路基支护结构深度为2.0 m，视为三级基坑，深层水平位移的预警值为0.9h～1.0%h(h为基坑开挖深度)，则本研究的深层水平位移预警值为18 mm～20 mm。结合实测数据及位移—深度关系曲线可以得出，实测深层水平位移均小于预警值，路肩边坡处于稳定状态，塑钢板桩支护结构处于稳定状态。

3.3 桩体表面土压力监测成果与分析

通过与初始数据的比较，分析计算得出各个监测断面测点土压力变化值，各断面土压力变化量时程曲线图如图8所示。

由图8可知，3个监测断面的桩体表面土压力变化量都很小，最大变化量均不超过1.5 MPa，且一直在小范围内波动，以此反映出桩土接触情况良好，塑钢板桩支护结构处于稳定状态。

4 结语

基于塑钢板桩路基生态防护应用现场试验研究，综合分析桩顶竖向位移及桩顶水平位移、土体深层水平位移与桩体表面土压力监测成果表明：塑钢板桩支护结构现场试验各监测项目之间监测结论吻合，均表明现场试验路段桩土接触良好，路肩边坡中不存在滑动面，高强度塑钢组合板桩处于非常稳定的状态，安全可靠性高；高强度塑钢组合板桩支护结构在设计合理情况下发挥的支护作用是显著的，实用性强。