浅谈路桥过渡段现场监测方法与技术.doc

浅谈路桥过渡段现场监测方法与技术
宋钰琼，陈智

摘要：在高速公路施工过程中，路桥过渡段由于存在结构形式的差异、施工工期要求紧张等因素导致桥头台背存在差异沉降现象。为了使路桥过渡段的变形处于可控的范围内，对其进行现场监测十分重要。本文介绍了对武汉市某高速公路桥台高填土现场施工监控系统的目标、构建原则并且阐述了该系统监测的布置方法以及监测技术，不仅在该项目上成功实施，也为相关的路桥过渡段现场监测提供了宝贵经验。
关键词：路桥过渡段；沉降；现场监测
1 引言
随着我国高速公路的迅猛发展，车速的提高，行车平稳，安全与舒适的要求日趋提高，路基的不均匀沉陷导致路面平整度的降低给行车安全与舒适带来很大影响特别是台后土基压实不好局部沉降、搭板断裂，导致桥头跳车已是高速公路的多发常见病害桥头跳车不仅严重影响了行车的安全、车速、舒适度和人们对高速公路的总体评价，同时也影响了运行车辆的使用寿命。目前大多项目监测为针对规范规程的某条某点要求而进行的单方面的监测，对单一因素进行监测容易忽略其他条件变化对整个项目的影响。因此，本文结合武汉某高速公路桥台高填土现场施工监控，对路桥过渡段差异沉降监测方法与技术开展一些探索与研究。
2 工程概况及现场监测的意义和目标
该项目地处位于江汉平原东部边缘，属低垄岗倾斜平原，地貌单元多属第四系冲湖积平原，相间垄岗、剥蚀残丘地貌，多为相当于长江中游一级或三级阶地地貌。路线沿途地形起伏不大，较为平缓，地势较开阔，多为农田、湖汊、鱼塘等。路桥过渡段多且密集，桥台多为高填方桥台，台背回填高度达10m。桥台高填土填筑质量直接影响到桥头路基的沉降变形，导致桥头跳车，影响行车速度，也影响了行车的舒适与安全，甚至造成行车事故，同时由于车辆的高速行驶在桥头产生跳动和冲击，对路面和桥梁产生附加的冲击荷载加速桥台、桥头路面及桥梁伸缩装置的破坏，也加快了车辆本身的损坏，直接影响了道路的使用寿命和社会效益，并难以保证道路的通畅。对桥台台背采用一整套完善有效的监测系统充分获取填筑过程信息，提高监测质量和效率，可以更好地确保结构安全以及将过渡段差异沉降控制在允许范围之内。
由于填筑高度较高，荷载较大，地基承载力不足、地基处治措施不当，施工方法不当等，在高填土施工过程中容易发生路基变形过大或失稳，通过对现场监测主要解决高填土路基的稳定与沉降变形问题，对施工阶段进行现场试验监测，以信息反馈确定施工控制参数，据此合理调整施工步骤、完善施工工艺，以确保设计达到最佳效果，验证所采用技术措施的客观有效性和安全程度。现场监测工作应达到以下目标：
（1）对施工过程进行监控，确定填土加载速率，指导工程施工。通过观测及时掌握沉降变化情况、及时发现沉降偏大的填筑层，以便在施工过程中有针对性的采取工程措施，及时加以处理，或控制填土速率，避免桥台路基出现过大的不均匀沉降而引起的桥头跳车问题。
（2）根据实际观测结果，及时分析观测数据，分析工后沉降发展趋势，推荐路面施工的合理时间，确保路面施工时不会导致路基失稳。
（3）明确监测控制标准：填筑过程中，当接近或达到极限填筑高度时，严格控制填土速率，以免由于加载过快而造成地基破坏或路堤的失稳。
（4）通过沉降观测可及时发现路基施工过程中路堤填土的沉降变化规律，分析各类填筑土料及填筑工艺对路基沉降变形的影响，及时总结沉降规律为类似工程提供借鉴。
3 台背回填监测构建原则
桥台台背回填施工阶段监测系统的构建原则如下：
（1）监测系统要具备结构完整、层次分明、长期有效、机动灵活、便于操作的特点；
（2）监测系统要根据对桥台台背所处的地质条件、周边环境以及依据对桥台的力学性能和结构参数的分析进行合理构建；
（3）试验监测系统要紧密跟踪施工进程，尽量利用施工单位本身已有的施工条件来开展监测工作(如利用施工单位施工时埋设的水准点、搭建的工作平台等。同时各监测元件的埋设和开展现场监测工作尽量避免与桥台施工产生相互干扰，监测管线的埋设要便于保护，以防止被偷盗以及被人为及机械破坏；
（4）保证各分项监测工作之间不相互干扰又能协同工作，互相利用；
（5）在保证完成监测目标的前提下尽可能减少埋设监测元件和简化监测工作以节约成本；
4 台背回填监控方案
4.1 试验监测元件的布置
由于施工周期较长，并且桥台施工范围狭小，各种施工机械较多，在保证监测工作能够长期有效的开展，根据现场施工条件情况，合理布置监测元件。监测元件布置见图1、图2。

图1 台背监测元件布置平面图 图2 台背监测元件布置纵剖面图
4.2 监测系统的内容
（1）沉降监测
地表变形：在桥台墙背填土4个边角位置和正中分别布设1个沉降板，共计5个沉降板；沉降观测标由底板、金属测杆和保护套管组成，测杆和保护套管可随填土高度加高而相应接长。用于观测沉降的仪器是DSZ2型自动安平水准仪、FS1型光学平板测微器及2 m长的变形观测专用铟钢尺。
计算一次监测周期内沉降量的时候，有两种情况。
第一种情况，观测的时候，测管没有接长，
沉降值=上次的管顶标高—本次的管顶标高；
第二种情况，观测的时候，测管进行接长，
沉降值=上次接管后管顶标高—本次接管前的管顶标高；
将测试结果进行整理时，计算两期的沉降量和累计沉降量。为了清楚地表示时间、填土高度和沉降量之间的关系，同时绘制沉降点的时间～填土高度～沉降量关系曲线。
分层沉降：在桥台墙背填土4个边角与中央布设分层沉降管进行观测，分层测点布设磁环间距为1.0m。采用CJY-7080型钢尺沉降仪对分层沉降管上定位磁环的沉降变化进行测量。
计算方法同地表变形计算类似，计算各分层填筑高度土体在两期测量之间的沉降量和累计沉降量，绘制沉降点的时间～填土高度～沉降量关系曲线。将不同监测点在同一填筑高度的磁环沉降变化进行归类分析。
（2）应力监测
孔隙水压力测试采用江苏海岩公司生产的振弦式孔隙水压力仪，采用频率计直接测读。在桥台墙背填土4个边角与中央布设孔隙水压力计，孔隙水压力测点沿深度布设间距为2.0m。当桥头路基下卧软土在上覆路堤荷载作用下发生固结时，孔隙水压力的变化有效地反映了软土层的固结稳定情况。
土压力测试采用江苏海岩公司生产的振弦式土压力盒，采用土压力计读数仪直接测读。在桥台墙背填土4个边角与中央布设土压力盒，土压力盒测点沿深度布设间距为2.0m。结合孔隙水压力计算土体有效应力来分析填土的固结度。
4.3监测系统的监测频率
桥台台背回填的观测频度及数据采集要求：
（1）在正式填筑前，必须对所有埋设元件设备进行复测，作为初始读数。
（2）在填筑施工期间每填筑一层，对各测试项目观测一次，填筑间歇期，每一周观测一次。
（3）在填筑施工完成后，前15天内每3天观测一次，第15～30天每7天观测一次，第30～90天每15天观测一次，以后每月观测一次。
4.4试验监测系统的构成
为了保证该监测项目高质量完成，对该桥台台背施工阶段进行监测是利用现代化的计算机技术、通讯传感技术、信息处理技术等，组成专题监测小组，并采取一人牵头分项负责的办法，组织现场测试及资料整理与分析。。在综合考虑了桥台所处的环境条件、结构性能、荷载影响以后形成的一套动态有效的监测系统，图3为监测工作流程图。

图3 试验监测工作流程
5 结语
该监测实施方案已经在台背回填施工中成功实施，并已获得大量测试数据，各测试数据表明监测系统工作正常，不同测试数据能相互应证，能动态地反映桥台台背填土的受力和变形状态，为施工提供了实际有效的信息，对指导施工已发挥了重要的作用，为以后的理论研究和计算分析可提供宝贵的第一手资料。今后针对桥台台背填筑的监测，要综合考虑各种因素选择最佳测点布置方案，使监测工作尽量少受外界因素干扰，最终形成完整有效的监测系统。
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作者信息：
宋钰琼.武汉市市政建设集团有限公司，湖北武汉,430023
陈智.华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉,430074, chenzhi1988420@