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摘要：在软土路基施工过程中，为掌握地基土的有效压缩层厚度及压缩层范围内各层土的变形特性，一般通过测试不同深度地基土的分层沉降量，根据实测结果分析土体压缩特性并指导软土路基施工及验证设计参数的合理性。本文介绍了电磁式分层沉降监测系统的组成及工作原理，结合工程实例分析了分层沉降监测在软土路基施工中的应用。
关键词：分层沉降；软土路基施工监测；有效压缩层
1 引言
根据规范规定：在软土地区路基施工中，二级及二级以上公路路堤施工必须进行沉降及稳定的动态观测[1]。对于路堤不同施工阶段的地基整体沉降，通常采用沉降板进行观测，但其监测结果无法反映不同深度地基土的压缩程度。分层沉降是为了掌握地基土有效压缩层范围内各层土的变形特征而在施工现场所进行的观测。通过在地基不同深度处设置沉降标观测各土层的压缩量，可以掌握土体的变形特性及有效压缩层厚度，并可根据测试结果验证软基处治方法的合理性及指导路基填筑施工，因此在软土路基施工监测中得到了广泛应用。
2 分层沉降监测系统的组成及工作原理
2.1 分层沉降系统的组成
分层沉降监测系统主要有沉降仪、沉降管、沉降磁环及其它配套设备组成。国内外现有的沉降仪大体上可分为机械式、舌簧式、水管式、气压式及电磁式等几种类型，目前工程上普遍采用电磁式沉降仪[2]。电磁式沉降仪的主要元件是测头，它是内部带有磁感应器的探测器，遇到埋入土中的磁性物质(沉降磁环)，电流将会发生变化，引起蜂鸣器发出声响。测头连接于内部设置了电缆线的塑料卷尺上，常用的沉降仪卷尺长度一般为50~100m，其温度变形值较复合材料要小得多，测量数据更为精确、可靠。测量时测头与电缆卷尺一同放入测量管(沉降管)内，用以提供深度信息。沉降管是沉降观测的导管，一般采用硬质聚氯乙烯塑料制成，包括主管和连接管。主管内径为φ50mm, 外径为φ70 mm，长度2m，相配的连接管内径为 φ70mm，外径为φ82 mm，长度为30～40 mm。沉降管顶部和底部分别安装一个与主管外径相配套的管盖和管座，分别用来防止沉降管顶部的杂物及底部的泥砂进入管内。沉降磁环是一种带有磁性的塑胶圆环，圆环边缘带有三个可伸入土体内的叉簧片，沉降磁环套在沉降管的外壁上，当叉簧片伸入土体后磁环随地基土同步沉降。
2.2分层沉降工作原理
电磁式分层沉降仪是根据电磁感应原理设计的。路基土填筑前将磁感应沉降环预先通过钻孔方式埋置于地下待测的各点位处，埋置深度根据监测断面处的地质条件选定，一般埋设原则为：每层土至少埋设一个磁环；单层土厚度较大时一般2~4m埋设一个磁环。当测头通过磁环时会产生电磁感应信号，此时读取沉降管管口标记点上对应钢尺的刻度数值，即为沉降环的深度。具体监测情况如图1所示。
由于沉降磁环有一定的厚度，进尺和回尺都会有一定的误差，因此应取两个读数的平均值作为磁环埋置深度，可记为L。通过基准点测得沉降管管口的高程可记为R，则磁环在路基土中的高程：D=L-R。两次磁环高程监测得到的沉降差：B=D1-D2，即为该磁环所在位置以下地基土在两次监测期间的沉降量，连续监测可得到不同深度磁环的累计沉降。某一深度的磁环沉降减去与下面与其相邻处磁环的沉降即为两磁环之间土体的沉降。
3 工程实例分析
3.1 工程概况
中山市某新建道路为一级公路，线路沿途经过地区沉积了深厚的海陆交互相软土，软土主要包括淤泥、淤泥质土、淤泥质砂等，均属高压缩性土；软土以下地层岩性主要为亚粘土、亚砂土、基岩等，压缩性较小。为测试不同深度地基土的沉降特性，分析地基压缩层厚度，路基填筑施工中在K9+600位置设置了分层沉降监测断面，该断面处软土厚度13.3m，填土高度2.36m，地表以下地层岩性如下：0~3.9m为耕植土，3.9~17.2m为淤泥，17.2~20.2为粘土，20.2~22.9m为亚粘土。软土地基采用袋装砂井+等载预压法进行处治，砂井长度18m，间距1.6m。沉降磁环分别设置于地表下2.5m、4.5m、8.5m、12.5m、16.5m、18.5m、20.5m处。
3.2 监测数据分析
K9+600断面所在路段路堤采用薄层轮加法分级填筑，填土施工时间4个月，预压期6个月。到路基卸载时各深度处磁环的累计沉降及其沉降随填土荷载、时间的变化曲线如表1和图2所示。
表1K9+600断面各磁环的总沉降量
由表1及图2可知，磁环沉降量随深度减少，并且磁环的沉降规律与地表沉降板（0.0m处沉降）的沉降曲线基本一致，表明分层沉降的埋设及监测方法正确[3]。为便于此断面处地基土的分层沉降，通过计算，可得到如表2所示的各磁环间土体的沉降量及所占总沉降量的比例。
由表2可知，地表以下2.5~16.5m范围内软土的压缩量最大，占地基总沉降的79.25%。表明这一范围为土体的主要压缩层，也是地基处理时袋装砂井需要打穿的深度，因此设计的18m的砂井长度是合理的。16.5m以下地基土的沉降仅占总沉降的9.03%，这与此深度以下土体的压缩特性及附加应力作用范围有关。勘测资料表明，地表17m以下地层主要为压缩性较小的粘土及亚粘土，并且填土荷载产生的附加应力在此深度处已小于土体自重应力的10%，因此16.5m深度以下土体压密作用已经很有限，因而在进行地基沉降计算时其有效压缩层可以考虑到此深度为止。
4 結语
通过介绍电磁式分层沉降监测系统的组成及工作原理，结合工程实例详细分析了分层沉降在软土路堤施工监测中的应用，得到了以下几点认识。
（1）在软土路基填筑施工中，通过分层沉降监测可清晰地反映各层土体的沉降特性，从而得到地基土的有效压缩范围，并在沉降计算选择更合理的计算深度。
（2）各层土体的实测沉降结果，可较好地验证地基处理设计参数及施工工艺的合理性，并可指导路堤填筑施工。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
关键词：分层沉降；软土路基施工监测；有效压缩层
1 引言
根据规范规定：在软土地区路基施工中，二级及二级以上公路路堤施工必须进行沉降及稳定的动态观测[1]。对于路堤不同施工阶段的地基整体沉降，通常采用沉降板进行观测，但其监测结果无法反映不同深度地基土的压缩程度。分层沉降是为了掌握地基土有效压缩层范围内各层土的变形特征而在施工现场所进行的观测。通过在地基不同深度处设置沉降标观测各土层的压缩量，可以掌握土体的变形特性及有效压缩层厚度，并可根据测试结果验证软基处治方法的合理性及指导路基填筑施工，因此在软土路基施工监测中得到了广泛应用。
2 分层沉降监测系统的组成及工作原理
2.1 分层沉降系统的组成
分层沉降监测系统主要有沉降仪、沉降管、沉降磁环及其它配套设备组成。国内外现有的沉降仪大体上可分为机械式、舌簧式、水管式、气压式及电磁式等几种类型，目前工程上普遍采用电磁式沉降仪[2]。电磁式沉降仪的主要元件是测头，它是内部带有磁感应器的探测器，遇到埋入土中的磁性物质(沉降磁环)，电流将会发生变化，引起蜂鸣器发出声响。测头连接于内部设置了电缆线的塑料卷尺上，常用的沉降仪卷尺长度一般为50~100m，其温度变形值较复合材料要小得多，测量数据更为精确、可靠。测量时测头与电缆卷尺一同放入测量管(沉降管)内，用以提供深度信息。沉降管是沉降观测的导管，一般采用硬质聚氯乙烯塑料制成，包括主管和连接管。主管内径为φ50mm, 外径为φ70 mm，长度2m，相配的连接管内径为 φ70mm，外径为φ82 mm，长度为30～40 mm。沉降管顶部和底部分别安装一个与主管外径相配套的管盖和管座，分别用来防止沉降管顶部的杂物及底部的泥砂进入管内。沉降磁环是一种带有磁性的塑胶圆环，圆环边缘带有三个可伸入土体内的叉簧片，沉降磁环套在沉降管的外壁上，当叉簧片伸入土体后磁环随地基土同步沉降。
2.2分层沉降工作原理
电磁式分层沉降仪是根据电磁感应原理设计的。路基土填筑前将磁感应沉降环预先通过钻孔方式埋置于地下待测的各点位处，埋置深度根据监测断面处的地质条件选定，一般埋设原则为：每层土至少埋设一个磁环；单层土厚度较大时一般2~4m埋设一个磁环。当测头通过磁环时会产生电磁感应信号，此时读取沉降管管口标记点上对应钢尺的刻度数值，即为沉降环的深度。具体监测情况如图1所示。
由于沉降磁环有一定的厚度，进尺和回尺都会有一定的误差，因此应取两个读数的平均值作为磁环埋置深度，可记为L。通过基准点测得沉降管管口的高程可记为R，则磁环在路基土中的高程：D=L-R。两次磁环高程监测得到的沉降差：B=D1-D2，即为该磁环所在位置以下地基土在两次监测期间的沉降量，连续监测可得到不同深度磁环的累计沉降。某一深度的磁环沉降减去与下面与其相邻处磁环的沉降即为两磁环之间土体的沉降。
3 工程实例分析
3.1 工程概况
中山市某新建道路为一级公路，线路沿途经过地区沉积了深厚的海陆交互相软土，软土主要包括淤泥、淤泥质土、淤泥质砂等，均属高压缩性土；软土以下地层岩性主要为亚粘土、亚砂土、基岩等，压缩性较小。为测试不同深度地基土的沉降特性，分析地基压缩层厚度，路基填筑施工中在K9+600位置设置了分层沉降监测断面，该断面处软土厚度13.3m，填土高度2.36m，地表以下地层岩性如下：0~3.9m为耕植土，3.9~17.2m为淤泥，17.2~20.2为粘土，20.2~22.9m为亚粘土。软土地基采用袋装砂井+等载预压法进行处治，砂井长度18m，间距1.6m。沉降磁环分别设置于地表下2.5m、4.5m、8.5m、12.5m、16.5m、18.5m、20.5m处。
3.2 监测数据分析
K9+600断面所在路段路堤采用薄层轮加法分级填筑，填土施工时间4个月，预压期6个月。到路基卸载时各深度处磁环的累计沉降及其沉降随填土荷载、时间的变化曲线如表1和图2所示。
表1K9+600断面各磁环的总沉降量
由表1及图2可知，磁环沉降量随深度减少，并且磁环的沉降规律与地表沉降板（0.0m处沉降）的沉降曲线基本一致，表明分层沉降的埋设及监测方法正确[3]。为便于此断面处地基土的分层沉降，通过计算，可得到如表2所示的各磁环间土体的沉降量及所占总沉降量的比例。
由表2可知，地表以下2.5~16.5m范围内软土的压缩量最大，占地基总沉降的79.25%。表明这一范围为土体的主要压缩层，也是地基处理时袋装砂井需要打穿的深度，因此设计的18m的砂井长度是合理的。16.5m以下地基土的沉降仅占总沉降的9.03%，这与此深度以下土体的压缩特性及附加应力作用范围有关。勘测资料表明，地表17m以下地层主要为压缩性较小的粘土及亚粘土，并且填土荷载产生的附加应力在此深度处已小于土体自重应力的10%，因此16.5m深度以下土体压密作用已经很有限，因而在进行地基沉降计算时其有效压缩层可以考虑到此深度为止。
4 結语
通过介绍电磁式分层沉降监测系统的组成及工作原理，结合工程实例详细分析了分层沉降在软土路堤施工监测中的应用，得到了以下几点认识。
（1）在软土路基填筑施工中，通过分层沉降监测可清晰地反映各层土体的沉降特性，从而得到地基土的有效压缩范围，并在沉降计算选择更合理的计算深度。
（2）各层土体的实测沉降结果，可较好地验证地基处理设计参数及施工工艺的合理性，并可指导路堤填筑施工。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开