高速公路工后地质缺陷路段勘察技术研究
摘要：本文分析国内外有关公路工后缺陷区道路勘察及勘测技术，并结合实验路段的勘察工作过程，发现工程地质调查和测绘方法是全部勘察工作的起点和基础，起着举足轻重的作用，也是反推理论中采集自变量信息的主要途径。只要充分重视并发挥该方法的效能，就能收到省时、省费用、高精度的勘察效果。
关键词：高速公路；路段；勘探
1概述
长期以来，国内外在道路施工前比较重视对不良地基和软弱地基的前期勘察，己经形成了比较系统的理论体系和成熟的技术方法，但对公路工后出现的缺陷路基的勘察技术尚未进行理论和技术方法的总结和研究。工后缺陷发现时，路面已出现了不同程度的病害，此时要通过勘察掌握缺陷路基的地质情况，路堤填上体的强度和结构情况，就显得十分困难。因为勘察过程中不能较长时间的封闭交通，勘察工作不允许破坏路面及其道路上的附属设施，工作场地狭窄，勘察工作面条件十分有限。因此，需要有一种精度高、系统性强、费用低、工期短的公路工后缺陷路基勘察分析方法和技术。经分析可知，工后的勘察工作与工前的勘察工作相比也有一定的优越条件，表现如下:
(1)工后地质缺陷区路段地基和路堤的岩土地质特性好比是一个“黑箱”，但路基表面(边坡和坡脚以外的地面)稳定情况和变形情况，以及路面病害(沉陷、裂缝、路线偏位等现象)情况可通过观察和测绘等手段具体准确地掌握，更重要的是可以准确掌握路基稳定和变形及路面病害情况随道路工后时间延长而变化的具体数据，而这些物理力学参数与时间的关系曲线(比如沉降量与时间的s-t关系曲线)，正好就是“黑箱”在自重和车辆荷载及气候条件作用下的反映。即工后地质缺陷区路段可以看做结果(路基路面病害的具体情况)已知，但原因(路基的地质结构和地基土层的物理力学参数)未知。
(2)道路修建以后，一般情况下会对所在区域的水文地质情况有一定的影响，而改变后的水文地质状态正好就是路基工后运行期的水文地质环境和条件，建设前期的勘察与设计对工后水文地质情况只能做经验性预测，而工后的勘察可知其具体真实情况，比如工后在雨季路基区域地下水和地表水的变化情况、水位高低，路基浸水、雨水冲刷的时间和危害程度都可一目了然。
(3)路基是承托车辆荷载的主体，在工前的道路设计中车辆荷载大小是按规范取值，对工后路基所承受的车辆荷载及其变化情况只能预计。但工后车辆的流量以及轴载特别是超速超载情况可以通过实测统计获得，因而可以具体而准确的知道路基工后所承受的车辆荷载值。
(4)工后可以完整地收集到路基路面的施工质量检验资料，完全清楚路基填土的土类、含水量、压实度、每层压实厚度、路槽弯沉值等物理力学参数，以及路面结构层的施工资料。因此关于路堤及路面的强度及模量是已知的，可能也存在一些假资料，就要求技术人员通过调查、分析去伪存真，保证信息的真实性。
综合以上分析，我们完全可以在现有研究和实践基础上，通过整合和理论创新，得出一种符合当前实际需要的公路工后缺陷区路段勘察方法。即“以工程地质和水文地质调查测绘为基础，通过理论反算出路基物理力学参数，并辅以钻探验证并精细化，继而建立多因素因果互动的动态反时演化模型分析、预测缺陷区路基地质当时和未来情况”的综合勘察理论和方法。其中的理论和方法包括:工程地质与水文地质调查和测绘技术;软弱地基物理力学参数反推理论;公路工后缺陷区路段下伏空洞顶板临界厚度计算与地基评价;公路工后缺陷地基的钻探技术;公路工后缺陷地基的钻探技术;勘察工作技术途径和工作模式。
2工后缺陷区路段测绘技术方法
工后缺陷区路段测绘的内容与调查内容基本相同，区别在于测绘着重于内容的量化，因此方法也有所不同，测绘项目主要包括:工后路基路面沉降及水平位移监测;坡脚以外地面位移与稳定观测;路基路面其它病害情况监测这三个方面。
2.1工后路基路面沉降及水平位移监测
①监测目的:通过一段时间内的变形观测，掌握沉降发展情况，为反算地基的物理力学参数提供依据，为路面维修及地基和路堤加固设计施工提供依据，为评价加固效果提供现场实测数据。
②监测项目:路面变形监测、边坡坡面变形观测及结构物及结构物台后路基变形监测。
③观测点布置
根据路面沉降特点和施工期间观测情况，以及路面维修对沉降数据的要求，路堤和路面沉降观测点按两种情况布置:
a。一般路面段按20m设置一个观测断面，每个断面布置8个沉降观测点，即左右幅各布置4个沉降观测点(距路缘石0.4m处);
b.中、小桥桥头包括部分结构物附近设置两个断面(两断面间隔5m左右)，每个断面布置8个沉降观测点，即左右幅各布置4个观测点。
观测点数1年后随沉降情况逐步减少，但观测期间至少保证有1/3以上的观测点。缺陷区段路面及坡面沉降观测断面及观测点总体情况见图1。
图1路面观测断面及观测点布置示意
④路面沉降观测方法
a.利用原有施工高程控制点，使用不低于DS2型水准仪，按四等水准仪测量的技术要求，将全部沉降观测点连成一条附合水准路线，进行单程测量。
b.利用原有施工高程控制点，使用不低于DJ2型经纬仪或全站仪，进行短距离三角测量，每点要用正倒镜观测两测回，距离控制在200m以内，每次的测站点要相对固定。
⑤观测人员和观测仪器要求
由一名测量专业工程师专门负责观测、整理资料，并有专人复核。
2.2坡脚以外地表面位移与稳定观测
①观测目的:通过一段时间内坡脚以外地面的位移和隆起量的观测，掌握地面变形和稳定情况，分析预测可能滑裂面与地面的切面位置，为反推地基强度和模量提供依据。
②观测桩的布设和测量方法
a.位移观测边桩根据需要应埋设在路堤两侧趾部，以及边沟外缘与外缘以远l0m的地方，并结合稳定分析在预测可能的滑裂面与地面的切面位置布设测点，一般在趾部以外设置3-4个位移边桩。同一观测断面的边桩应埋在同一横轴线上，且与路面路基观测点布置在同一个横断面上。
b.边桩一般采用钢筋混凝土预制，混凝土强度等级不小于C25，长度应不小于1.5m;断面可采用正方形或圆形，其边长或直径以l0cm-20cm为宜;并在桩顶预埋不易磨损的测头。
c.边桩的埋置深度以地表以下不小于1.2m为宜，桩顶露出地面的高度不应大于l0cm。埋置方法可采用打入或开挖埋设，要求桩周围回填密实，桩周上部50cm用混凝土浇筑固定，确保边桩埋置稳固。
d.在地势平坦、通视条件好的平原地区，水平位移观测可采用视准线法。要求布设三级点位，包括位移标点、控制标点的工作基点、控制工作基点的校核基点。工作基点桩要求设置在路堤两端或两侧工作边桩的纵排或横排延长轴线上，且在地基变形影响区外。位移边桩与工作基点桩的最小距离以不小于2倍路基底宽为宜。地形起伏较大或水网地区以采用单三角前方交会法观测为宜单三角前方交会法要求位移边桩与工作基点桩构成三角网，并且通视。校核基点要求设置在远离施工现场和工作基点而且地基稳定的位置处。高程观测参照路面沉降观测方法。地表隆起采用高程观测法。
e.工作基点桩可采用废弃的钻探用无缝钢管或预制混凝土桩，埋置时要求打入硬土层中不小于2.0m，在软土地基中要求打入深度大于l0m。桩周顶部50cm采用现浇混凝土加以固定，并在地面上浇筑1.0m×1.0m×0.2m的观测台，桩顶露出平台15cm，在顶部固定好基点测头。
f.校核基点可用无缝钢管或预制混凝土桩打入至岩层或具有一定深度的硬土层中。若附近有山地，应尽可能地利用山地外露基岩作控制点。控制基点四周必须采用永久性保护措施，并定期与工作基点桩校核。
③坡脚以外地面位移观测仪器与精度
a.当采用视准线法观测时，观测仪器宜采用光电测距仪;当采用单三角前方交会法观测时，观测仪器宜采用J2经纬仪。
观测精度:测距仪误差士5mm。
b.沿河、临河等凌空面大而稳定性很差的路段，必要时需进行地基土体内部水平位移的观测。
2.3路基路面其它病害情况监测
①监测的目的:
路基路面其它病害监测是指路面及路堤坡面裂缝的长度、宽度、错台位置的监测;路面车辙，中线偏位等病害的量化监测。目的是了解和掌握路基路面工后病害的类型、分布情况、程度，特别是工后一段时间，这些病害的变化情况和变化规律。为反算缺陷地基物理力学参数替供依据，为路基路面加固设计提供现场实测数据，为评价和预测道路使用状况提供性能指标。
②监测内容和方法:
路一基病害监测内容有:路基沉陷范围，最大沉陷量及沉陷的原因;边坡塌陷的范围，类型(溜方、滑坡)和原因;路基整体失稳和大规模毁坏可能性及原因;路基裂缝的位置、长度、缝宽、错台等病害的量化和描述。
沥青路面病害监测的内容有:泛油、波浪、奎包、滑溜、裂缝(纵向、横向龟裂与网裂)、坑槽、松散等病害的量化和描述。
水泥混凝土路面的病害监测内容有:挤碎、拱起、错台、卿泥、板体本身的断裂和裂缝等。
路基路面病害监测的方法，主要是采用钢卷尺、三米直尺、高精度经纬仪和水准仪等测量仪器进行定期测量，并做好笔录描述。必要时也可采用杠杆式回弹弯沉仪测量路面的回弹弯沉值，评价道路的整体强度和变形特征。
参考文献
[1]赵印良，黄河三角洲地区地基土物理力学指标与静力触探的关系[C].《第四届全国工程地质大会论文选集》.海洋出版社，1992.
[2]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社，1996.
[3]刘松玉.公路地基处理[M].南高:东南大学出版社，2001.
[4]沈珠江.软土工程特性和软土地基设计[J].岩土工程学报，1998.1.