邵怀高速公路路基沉降与稳定沉降观测总报告

湖南省邵阳至怀化高速公路路基沉降与稳定观测总报告邵怀高速公路路基沉降与稳定观测组2007年05月18日湖南省邵阳至怀化高速公路路基沉降与稳定观测总报告邵怀高速公路路基沉降与稳定观测总报告目录1概述..........................................................................................................................11.1路基沉降与稳定观测的目的及意义...........................................................11.2邵怀高速公路路基沉降与稳定观测工作基本情况..................................32路基沉降与稳定观测方案......................................................................................52.1路基沉降与稳定观测的依据.........................................................................52.2沉降观测点的布设.........................................................................................62.3路基沉降与稳定观测...................................................................................113路基沉降与稳定观测结果及分析........................................................................153.1典型断面观测结果.......................................................................................153.2一般断面观测结果.......................................................................................243.3典型断面观测成果分析与评价...................................................................863.4一般断面观测成果分析与评价...................................................................874结论及进一步工作................................................................................................984.1结论...............................................................................................................984.2进一步工作...................................................................................................995致谢......................................................................................................................100附图1.......................................................................................................................101附图2.......................................................................................................................102附图3.......................................................................................................................103邵怀高速公路路基沉降与稳定观测总报告第1页共103页1概述1.1路基沉降与稳定观测的目的及意义为了满足国民经济持续发展的需要以及国家西部大开发重大政策的实施，国家宏观产业政策的重要内容之一就是要加大基础设施的投入力度，修建更多的机场、高速铁路和高速公路。这些大型的土木工程项目要占用大量的土地资源，出于技术和经济的要求，工程建设所面临的地形、地质条件也日趋复杂，必然会出现许多高填方和软弱地基。例如，沪宁高速公路沿线软土层厚薄不均，一般为6～15m，最厚处达30m；贵州龙洞堡机场填方达43m；攀枝花机场一般填方高度为20～40m，最大填方高度达77m以上。又如，九十年代后期以来，我省的高速公路建设方兴未艾，如耒宜高速公路、潭邵高速公路、衡枣高速公路、常张高速公路、怀新高速公路等，由于沿线多为丘陵山区，地形与地质条件复杂，高填深挖及半填半挖及其普遍，软土地基也不乏其有。填切交界高差6~10m较多，填方高度在10m以上者较常见，最大填方高度在20m甚至30m以上也有。而由于受自然条件的限制，使得路基的填筑采用不同的土质，局部还采用了红砂岩、紫砂岩、高液限粘性土等不良土质的填料；软土地基的处理也大多采用换填砂砾或片石的低成本的传统方法。由于以上不利因素的存在，使得路基在填筑期或工程完工后沉降量或沉降速率偏大，给路面结构层的铺筑留下了质量隐患，容易引起路基变形过大、路面的早期破坏、桥头跳车等一系列病害。国内外的大型土木工程的实践表明，工程建筑物的沉降与稳定问题无论在工程修建期间还是在建成运营期间对工程技术和管理人员来说都是不容忽视的。要解决好沉降与稳定的问题应从两方面着手，即：一方面，解决在设计阶段如何准确的计算、预测沉降量和稳定安全度；另一方面，由于计算理论存在诸多假设，且计算参数的精度问题，理论计算结果往往与工程实际情况并不符合，所以必须做好现场的观测工作，通过观测数据来分析判断工程的沉降是否正常与稳定性是否满足要求，从而为现场施工和工后的运营的安全性提供决策依据，同时也反过来验证计算理论的科学性和准确性，不断改进理论计算模型和提高其计算精度。从工程的角度出发，现场观测工作的实际意义似乎更大。譬如在软土地基上修筑高速公路，对地基的工后沉降有严格的要求，根据《公路软土地基设计与施工技术规范》（JTJ017-96）的规定，高等级公路路面设计使用年限（15年）内残余沉降要求如表1所示。为了减小工后沉降，通常在建造前一般会进行较长时间的堆载预压，以消除大部分的固结沉降和次固结沉降，尽管如此，公路路堤在使用期间本身自重荷载和车辆交通荷载作用下也会由于地基软邵怀高速公路路基沉降与稳定观测总报告第2页共103页土的变形而在很长时间内继续沉降。因此，在实际工程中，一般会采取适当的方案对软土地基进行加固处理，以减小变形。在确定加固方案时，应根据路堤建造、地基处理、路面铺装和使用期的养护维修等综合考虑工后沉降的处理措施，采用“优化技术经济”对策，以工程总投资最省为原则选用路堤软基处理方案，允许部分工后沉降由日后养护维修中解决。由此，就需要估算工后沉降量，也就是要较为准确的预测工程的工后沉降，使得预测结果与实际控制的沉降结果更为接近，这是选择软土地基加固处理方案的基础。工后沉降量的估算预测方法有很多，早在20世纪初，K.Terzghi等人（1925）年就曾建立了经典的地基沉降计算分析方法，此后又有许多人为该方法的改进和完善做出了重要贡献。70年代以来，随着计算机技术的进步，大型的数值计算变得越来越容易，采用有限元分析计算地基沉降以成为可能。再后来随着统计、系统理论学科的发展出现了时间序列分析方法、灰色系统理论预测方法、模糊综合评判法、神经网络预测法以及现在较常用的曲线拟合法等一系列的工后沉降量预测方法。在这些工后沉降量的估算预测方法中，除经典的地基沉降计算分析方法和有限元分析方法不需要对工程现场进行沉降观测外，其它方法大多都需要现场沉降观测的数据作为其分析的基础，而且现场观测数据的准确性很大程度地影响了预测的结果。此外，需要特别强调的是，事实上目前采用的这些沉降预测方法还不能满足工程应用的需要，预测的最终沉降量和历程与实测的数据相差较大，所以凡是较大的软基工程都必须设置试验工程进行试验和监测，以修改和完善设计。如香港新机场拟建前在非常软的海相软粘土上进行了一段近海试验填方，用大量的仪器监测填方和地基土在工程期间和完工后的工程性能，监测内容包括了沉降量和沉降速率的大小。容许工后沉降表1道路等级桥台与路堤相邻处涵洞或箱型通道处一般路堤高速公路、一级公路≤0.10m≤0.20m≤0.30m二级公路（采用高级路面）≤0.20m≤0.30m≤0.50m邵阳－怀化高速公路是国家重点建设的“五纵七横”国道主干线上海至瑞丽高速公路中的一段，主线全长约155.84km，怀化联络线13km，沿线地形切割强烈，起伏巨大，河谷深切，山体陡峻，是典型的山岭重丘区高速公路。山区公路具有多种多样的路堤断面形式，主要有半填半挖、陡坡路堤、高路堤、构造物的台背回填高路堤，而且填切交界频繁。此外邵怀高速公路沿线部分地区分布有岩溶、采空区和软土地基等，根据资料分析显示，其中高路堤（H20m）40多段、软基（H3m）10多段、陡坡路堤160多段、深切边坡（H30m）邵怀高速公路路基沉降与稳定观测总报告第3页共103页110多处、岩溶和采空区路堤有4段左右、桥梁台背和隧道口路堤300多处。路基质量好坏直接影响公路的整体质量，然而，高填路堤、软基、陡坡路堤、深切边坡、岩溶、采空区、填切交界频繁和不良土质的不利因素将给路基的修筑带来很大的困难。为优质、高效建好邵怀高速公路，必须在施工期对全线路基实施沉降与变形观测，及时为指导设计与施工提供可靠的数据。(1)通过路基沉降和变形观测，检验高速公路工程建设质量，确保路基施工中的安全和稳定；(2)通过原位观测，预测沉降量，验证设计的合理性，并把信息反馈给路面设计，及时指导和优化设计，使工后沉降控制在设计的允许范围内；(3)及时发现地基的不良地质现象，为工程决策提供依据，并通过观测，检验路基工程处理效果；(4)指导施工，正确控制路堤施工填筑速率，合理确定路面施工时间，提供施工期间的沉降土方计量依据；(5)掌握山区高速公路路基沉降与变形规律，分析路基路面的稳定性，为今后山区高速公路建设提供指导。因此，路基沉降与稳定观测对保证路基填筑的质量具有重大的意义，无论从计算预测路基工后沉降量，到应证软基处理方案的效果，还是指导路基填筑的现场施工，路基沉降与稳定观测都具有重要的实际意义。而路基沉降观测成败的关键则在沉降观测方法与技术的科学性和正确性，因此采用先进合理的路基沉降观测的方法与技术也就成为十分关键的问题。1.2邵怀高速公路路基沉降与稳定观测工作基本情况受湖南省邵怀高速公路建设开发有限公司委托，湖南省交通科学研究院承担了邵怀高速公路路基沉降与稳定观测任务。在业主和监理单位的指导和配合下，特别是业主工程部的直接领导下，顺利完成邵怀高速公路路基沉降与稳定观测任务，工作基本情况如下：（1）项目组织购置了一批新的设备，包括全站仪、水准仪、测斜仪、滑动沉降仪、计