高填软土路基深层的水平位移监测及处理

摘要：针对高填方软土路基的填方高度大、地基承载能力低以及侧向变形与普通填方路基侧向变形的差异，基于四川成自泸高速公路c6高填软土路基段深层水平位移监测的实践，发现常规的监测方法在高填软土路基的深层水平位移监测中存在一些问题。在对这些问题及原因进行深入分析后，提出了相应的改善方法与处理措施。

关键词：高填软土路基；监测；误差控制

路基填方体易发生不稳定变形，侧向挤出造成的沉降量占总沉降量的1/4以上；且在路基填筑施工期，水平位移的大小及变化速率是控制和评价路堤稳定性的重要参数，因此，路基填筑过程中水平位移的监测显得尤为重要。目前在路基的深层水平位移监测中，大多仍参照沿海地区工程经验。本文依据四川成自泸高速公路c6高填软土路基监测工程实践，发现常规路基监测方法在高填软土路基的深层水平位移监测中存在不足，因此对测斜管埋设、测量技术及数据处理进行了分析，并提出相应的改进方法与处理措施，包括测斜管埋设位置的选择、孔壁回填、偏转及扭转的处理、误差控制、协调变形分析等，为高速公路高填软土路基的深层水平位移监测提供一定的参考。

1测斜管埋设

1.1埋设位置的选择

工程中一般选在路堤边坡坡趾处埋设测斜仪导管监测路基深部的水平位移。但在一些工程实例中发现，当软基上填方高度较高时，填方体不仅会在软土层处滑动失稳，填方体内部也可能产生不稳定滑动面，导致路基变形破坏。本工程中K181+400断面处右侧临塘，地基为淤泥质粘土，填方高度为17 m。测斜管设置于路基一级平台处。根据监测数据所绘制的位移-深度曲线如图1所示。图中有两处水平位移较大，一处位于填方体下部软基表层；另一处位于一级平台下2m左右。因此在填方体较高时将测斜管设置于一级平台处是非常有必要的。

1.2偏转及扭转问题分析及处理

测斜管内有4个互成90°的导向槽，在埋设过程中易发生偏转和扭转，会使测得的数据不能真实地反应土体的位移情况。

埋设过程中应采用经纬仪校正导槽方

图1K181+400位移-深度曲线

向，使一对导向槽与可能发生水平位移的方向一致，尽量减小偏转所带来的误差问题。当某段测管扭转α度时，实测的位移值为Si=，而土体实际侧向位移与量测位移之间的差异为=，根据测量误差的累计性，整个测段产生的误差为逐点误差之和，这样在高填方中因测斜管扭转会产生较大的误差。实际工程中测斜管的扭转现象还较为普遍，塑料管的实测扭转值大多在40°以上，个别达到140°，为了尽量减小扭转问题对监测结果的影响，应用测扭仪对测斜塑料管做扭转情况检测。轻微扭转的测斜管对其监测结果进行修正，而扭转较为严重的测斜管应重新埋设。

1.3孔壁回填

工程中测斜孔的回填料大多选用细砂或水泥砂浆。本工程中的监测数据显示，采用水泥砂浆回填的部分断面，前期很长一段时间内水平位移监测数据无规律性，所绘制的曲线左右摆动，不易稳定。分析认为，水泥砂浆回填增强了测斜管的刚度，导致其刚度远远大于软土地基，所需的协调变形时间较长，只有在软土挤出的速率较大时测斜管 才变形，且变形量较小，因此监测数据与实际变形情况偏差较大。而采用细砂回填的部分断面能较好且较快速地反映路基的实际变形情况。

路基与滑坡体不同，其水平位移速率与量值均较小，若采用刚度较大的回填料就不能及时且较好地反映土体的真实变形情况，应尽量选择与土体变形协调的回填料进行孔壁回填，使测斜管与土体能更好地协调变形。

2测量技术

2.1测斜仪器的选择

近年来工程中多选用伺服加速度计式测斜仪，其探头的灵敏度较高，测量范围较大，且系统精度较高。如本工程采用的DIS-500数字式测斜仪，系统精度为每25 m累计误差不超过±2mm，而且从探头到PDA的数字化传输，克服了电缆电阻和噪声的问题；不需要进行现场联接，避免了进水和联接失效的问题。

2.2误差控制

在观测的过程中，误差的来源主要有以下几个方面，需对其加以控制与分析，才能使监测数据更好地反应土体的变形情况。

(1)环境误差

环境中的温度、湿度会对仪器观测值产生一定的影响，因此观测时测头在孔内要放置一段时间待稳定后再进行观测；测斜管中有泥沙、杂物等时，会对导轮的滑动产生影响而引起误差。在下管后一段时间应对测斜管进行冲洗。孔口也应制作一干净平整的工作台，放置电缆及仪器，尽量不使泥沙带入测孔内。

(2)观测误差

从测斜仪的观测原理可知，其观测误差主要是从其测值2K0(测头加速度计偏值)的波动上反映出来的。为减少人为观测误差，在采集数据时不要去接触电缆线以免产生晃动。观测过程中可通过记录仪显示的2K0判断是否存在粗差情况。本工程中所采用的DIS-500式测斜仪会在2K0超过一定限度时进行提示，在提示时应返回重新测量。

(3)仪器误差

为了消除K0的影响，一般将测头调转180°进行第二次测量，将某一深度点i上两次的测值Ui1和Ui2按式(1)进行处理，可得该点的相对位移Δi。

Δi = (Ui1-Ui2)L/2K1g（1）

式中：L为导轮轮距(500mm)；K1为加速度计电压刻度因数；g为重力加速度。

i点上的总位移则为∑Δi。

测头导轮发生轴磨损、偏移时，将产生一定的误差；导轮转动受限或导轮弹性不足的情况下，测头中线偏离测斜管中线，也将产生较大的误差；电缆在长期负重的情况下，其长度会发生变化，从而使测值失真。因此在监测过程中，应定期对仪器进行检查与校核，尽量减少误差的影响。

3协调变形分析

深层水平位移监测可以得到大量的数据，根据这些数据可以绘制出各种曲线，包括位移-深度曲线、位移-时间曲线等，从而分析路基发生侧向变形的特点及发展趋势。

本工程中K181+860断面前期监测数据所绘制出的位移-深度曲线就呈“钟摆状”左右波动(如图2所示)。当在处理数据过程中出现这类情况时，就需要做测斜管与土体协调变形的稳定分析。将测斜管某深度处每次所测得的位移数据与上次的位移数据求差，并对正负差值分别赋予一个方向，当位移方向均朝向一侧时，再将所有数据进行平均作为基准值，然后开始绘制位移-深度曲线。

图2K181+860位移-深度关系曲线

4结论

本文依托实际工程，对在四川修筑某高速公路时深层水平位移监测中的测斜管埋设、测量、数据处理等问题加以分析并得出以下结论：

(1)在埋设测斜管时，可将其设置于路基一级平台处，对软基和高填方体变形同时进行监测。在下管过程中，严格控制埋设技术，在数据处理时对测斜管的偏转及扭转进行分析处理。孔壁回填尽量选择与土体性质相近的材料。

(2)选择系统精度较高的仪器，以减少仪器误差对测量结果的影响。

(3)对于测斜管埋设不良或用水泥砂浆做孔壁回填的断面，在处理数据过程中需要做测斜管与土体协调变形分析，当位移具有一定方向时，方可绘制位移-深度曲线。

参考文献

[1]刘增贤，汤连生.路堤荷载下软土侧向挤出沉降分析[J].工程勘察，2003.2

[2]沈兴富，王吉利等.软弱地基在路堤荷载作用下侧向位移变化规律[J].公路交通科技(应用技术版)

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。