摘要：高速公路施工中，沉降观测是必不可少的技术措施。本文对沉降观测方法和预测计算方法进行了介绍和分析。通过对比分析总结了各种沉降预测方法的适用性，为高速公路沉降预测提供了参考。
关键词：路基；沉降观测；预测
引言
高速公路建设过程中，由于地质构造复杂，路堤填筑较高，填筑材料的多样性，在路基填筑过程中必然会发生沉降。为了研究路基施工过程中的沉降规律和变形动态，在路基施工期间必须进行沉降和稳定的动态跟踪监测。本文简要对高速公路沉降方法和数据处理方法进行了介绍。
1沉降观测的目的和意义
高速公路对地基的要求极高，工后沉降、不均匀沉降及路面平整度在各方面均有极严格的要求，否则极易出现构造物与路堤衔接处产生差异沉降，引起跳车和路面的破损，达不到应有的舒适性。因此对于高速公路工程，通过实测的沉降数据来控制填筑速率，确定修建路面时间、验证处理效果、及时调整与修正处理参数、确定沉降土方等问题，对节省工程造价、避免不必要的损失、保证工程质量、控制工期以及客观的评价地基处理的效果等均具有重要的意义。
2沉降观测断面的布设原则
在对高速公路路基沉降进行观测时，一般应根据其沿线地质特点，采取全线观测、重点突破的指导思想。针对具体情况，选择具有代表性的典型断面进行分层观测，以研究了解不同地基条件、不同填料及半填半挖高填方路堤在施工期随填土高度增加而引起沉降变化的基本规律，进而明确这些条件下地基和路堤各分层沉降变化的内在机理。在此前提下，对不良地基进行全面的施工期沉降动态观测，以便随时了解施工过程中的地基沉降变化，发现异常及时采取相应的措施。在此同时，当路堤填至96区后，对全线路堤进行总沉降观测，以便控制和预测底基层和面层施工前后的沉降变化速率，从而达到避免高路堤、不良地基、填挖交界、桥头台背填土的过大沉降或沉降差而导致路面开裂或者桥头跳车现象的发生。
沉降观测的布设原则重点在以下几个方面：
（1）一般软土路段为每200m左右设置一组沉降观测断面，另结合构造物进行布置，其中所有大、中、小桥位置两侧均需设置至少一组沉降观测点，观测点要位于桥头搭板外。桥头两侧搭板外约50m处桥头过渡段各设置一组观测点。构造物及其一侧过渡段设置观测断面，以观测构造物与过渡段之间的差异沉降，便于施工过程中进行差异沉降控制的信息化，动态化施工。
（2）不同工程地质段（如江河、池塘、湖荡）、不同地基处理段内均需设置观测断面。
（3）所有预压段落内必须设置沉降观测断面，以科学指导预压段落的卸载施工，且相邻预压段落，当预压高度不同时，需分别设置沉降观测断面。
（4）拼宽路段一般应设置沉降观测断面，且应在老路中心设置对比观测沉降标，对新老路基差异沉降进行观测。
3观测方法
3.1竖向沉降观测
对竖向沉降观测采用沉降板，采用该方法不仅能达到不影响施工、保证观测精度的要求，而且沉降观测结果更可靠、更稳定。
沉降标由一根直杆（直径Φ20的钢管或者自来水管）和600×600×10mm的沉降钢板组成，直杆用三块钢板焊接在沉降板中心，并随沉降管接长而接长。
沉降标的埋设时间和层位应根据不同地段特点进行埋设。一般路段沉降标在原地面以上压实两层土事埋设。有砂垫层的地段在砂垫层上压实一层土时埋设。湿喷桩、粉喷桩等地段在桩顶上压实两层土时埋设。埋设在土上的底板，应先在钢板下铺5cm左右厚的细砂，安放沉降板时，注意底板水平，并适当在砂垫层上揉搓，使底板与砂垫层完全解除，避免局部虚空，再回填土夯实。该过程亦可用水准仪进行抄平。
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为了使沉降杆不受破坏，杆长应随填土升高而逐段接高，并遵循先填土后压实再开挖接管的原则。每段接管长度应在20cm左右，两端螺纹接头应与沉降杆拧紧连接。每段接管的顶应有两次的观测标高。第一段接管埋好后，应立即测量管顶标高，作为第一次的观测值也即是初始值，待填筑一层土后，先在原管顶上测量标高，作为第二次观测值，随即接上一节管，再观测管顶标高。这样，按顺序随着路基的填筑接高沉降管，计算出每次观测的沉降量。需要注意的是，负责接管的人员在接长沉降管时应将接头拧紧，防止松动造成破坏或者虚假沉降量。开挖沉降管时应注意避免触动沉降标，如发生破坏或者丢失应及时恢复和补埋，并立即重新进行观测，以保证数据的连续性和有效性。
沉降观测采用精密电子水准仪或带测微器的精密光学水准仪，配用3m长的铟瓦尺，其精度可达到二等水准测量要求，观测精度小于0.1mm。
4沉降计算方法的选择与应用
高速公路沉降观测，一项重要的内容就是进行沉降量的预测和计算。前期工作中可靠的观测数据能够使沉降计算的精度大大提高，在可靠性分析过程中，采用的数学模型预报值作为异常值的评判准则时，同样需要进行精度尽可能高的沉降计算，目前关于沉降计算的方法很多，由于固结理论的假定条件和确定计算参数试验方面技术上的问题。使计算理论值和实测值有较大的出入。较多采用的是基于实测沉降数据的各种曲线和基于数学模型的预测计算方法。这里简要介绍主要的几种计算方法的原理。
（1）经验公式法
经验公式法也就是曲线拟合法，即采用与沉降曲线相似的曲线进行拟合，然后外延求出后期沉降量。它包括双曲线法、指数曲线法、抛物线法、泊松曲线法等。其中前三种沉降预测方法都是纯经验的曲线配合方法。
（2）Asaoka法
Asaoka法也称浅岗法，是日本学者Asaoka于1978年提出的。它是以垂直单向固结理论为主，根据实测的沉降量推算工后沉降的一种方法。该法可以作为路基最终沉降的一种简便预测方法，优点在于利用较短期的观测资料就可得到较为可靠的沉降推算值，还能进入次固结阶段进行判断和推算。它的缺点之一就是对最终沉降的观测值过分的依赖于时间间隔的划分。所以在实际的推算过程中，同时宜多计算几个不同的时间段得出相应的最终沉降值，而后在其中选择相关系数较好的沉降值作为最终沉降值，既可避免对初始时间的选择，也可降低因所选时间段长短而产生偏差。
（2）神经网络法
人工神经网络是一门新兴的交叉科学，因其强大的处理非线性问题的能力，已经在众多的领域（包括工程界）得到了广泛应用，并取得了不少突破性进展。神经网络具有自组织、自学习、非线性动态处理及容错性强等特征，具有联想推理和自适应识别能力，特别适合于处理各种非线性问题。在路基沉降中受多种因素的影响和制约，其变化规律很难用一个固定的数学显式进行表示，神经网络法恰恰补充了这一缺陷。在路基沉降预测时，它具有对复杂非线性的土工结构直接建模的能力以及对所提供数据良好的拟合能力。正由于神经网络技术的诸多优点，其已广泛应用于地基沉降的预测中，显式了良好的效果。
在实际应用中，不是所有的方法都是适用的，能满足建模的需要的。对某一点来说可能是有效的，但对另一测点就不一定合适。所以要根据每种预测方法的特点和观测数据的实际情况选择适用有效的方法甚至采用组合预测的方法。综合各种方法的原理和特点并结合以往国内外经验我们可以进行沉降预测方法的适用性归纳总结。
5结束语
高速公路路基的沉降观测对于高速公路工程具有重大意义，它是路基信息化施工的重要内容。采取正确合理的观测方法以及科学有效的沉降预测计算方法，就能对实现信息化施工提供技术支持，并科学的预判路基后期的变形和工后沉降量。
参考文献
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[2]付宏渊.高速公路路基沉降预测及施工控制[M].人民交通出版社, 2007.
[3]赵俊明等.沉降量预测方法及应用[C].中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集,2003.
论文作者:涂纪权
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/26
标签：路基论文; 方法论文; 路堤论文; 断面论文; 地基论文; 高速公路论文; 预压论文; 《基层建设》2019年第2期论文;