高速公路路基沉降预测研究

赵星宇

作为确保高速公路施工质量以及后期运营安全的重要环节，路基沉降的预测应进行科学合理的分析。高速公路路基沉降的准确预测分析对于路基沉降速率的掌控至关重要，进而影响着后续施工工艺，决定着高速公路的施工质量。

路基沉降是影响高速公路施工质量以及后期运营安全的关键因素。为了严格把控路基施工质量，应对路基的沉降过程进行全面掌控，并针对不同的沉降速率和大小进行相应处理。路基沉降预测不仅是指导施工的重要指标，还是路面结构施工的重要参考。随着高速公路建设项目越来越多，路基沉降影响对于施工质量至关重要。利用工程项目实际观测的沉降数据进行路基沉降的准确预测，进而掌握路基沉降的变化规律，对于提高高速公路运营的安全性有重要意义。

一、高速公路路基沉降的影响因素

路基的沉降变形处治需要花费大量人力、物力以及财力，并且会对路面造成破坏。引起路基出现沉降现象的原因有很多，如路基填筑高度，填土压实度，地下水位，土应力，路基填筑材料等。导致路基出现沉降现象的原因不尽相同，是不同因素相互作用的结果。在路基施工的过程中，人为因素或者相应施工工艺也会使得路基出现沉降，如：

（1）路基填筑速度，在接近设计高度时不宜过快，应加强此时的沉降监测。（2）对于数据的分析处理应严谨合理，剔除异常数据，进而避免路基沉降分析不准确，导致无法精准计算沉降速率和施工后的沉降量。（3）在施工前应对沿线工程地质情况进行充分了解，不同的地质情况在受到相同荷载作用时，会出现不同的沉降。（4）在路基施工中，应重视排水设施，避免水对路基的影响，进而导致承载力降低，致使路基出现不均匀沉降。

二、高速公路路基沉降预测方法

1.双曲线法

在路基沉降预测方法中，双曲线法是依据实测沉降值推测发展趋势的预测方法。双曲线法中时间与路基沉降量的关系如式（1）所示：

对于式（1）进行转换，转换后如式（2）所示：

式中：S0表示路基填筑到设计标高的累计沉降值；St表示不同时刻的路基沉降。

2.指数曲线法

在指数曲线理论中，土体的固结度随时间的变化趋势呈指数形式。减少指数曲线法预测误差是利用最小二乘法的原理，使得时间与沉降量的关系拟合曲线更为良好。土体沉降的指数曲线法计算公式如式（4）所示：

式中：t0表示任意观测时刻；St表示预测沉降值；S0表示t0时刻的沉降值；S∞表示最终沉降量。

三、案例分析

1.项目概况

某高速公路全长56km，设计速度为100km/h，双向四车道。项目所经区域地貌为平原微丘区和冲积平原区。沿线分布大量软土。该项目软土断续分布且厚度不均。本项目软土路段主要采用袋装砂井或塑料排水板+超载预压，时间大于6个月。

为了充分了解高速公路运营阶段路基沉降的变化趋势，判断路基的沉降变形是否可以满足路面的铺筑要求，以及为后期路面的维护提供指导，对该高速公路的软土路段进行沉降观测。

表1 K10+500沉降观测表

图2 沉降量与时间关系图

2.沉降观测结果

选取软土路段K10+500断面中分带沉降数据进行分析。2018年3月25日开始进行路基沉降数据监测，共监测10组数据。前半年每隔30天监测一次，半年后每隔60天监测一次。监测结果如表1所示，累计沉降随时间变化趋势如图1所示。

图1 累计沉降随时间变化趋势

3.沉降预测分析

本文选用双曲线法和指数曲线法对观测结果进行拟合分析，并进行对比研究。

（1）双曲线法

对自2018年3月25日开始监测的前9组数据进行拟合，最后1组数据进行预测验证。根据式（1）即t0=0，S0=0。令x=t-1，y=St-1，则y与x的线性拟合关系如图2所示。

因此双曲线法的关系曲线为：y=55.58x-0.126，即A为-0.126，B为55.58，相关系数R2为0.97，因此，沉降关系式如（5）所示：

（2）指数曲线法

对从2018年3月25日开始监测的前9组数据进行拟合。令t0=0，x=t-1，则St=aeb/-t，y与x的线性拟合关系如图1示。

拟合参数a为9.0558，b为102.2，相关系数R2为0.8691，因此，沉降关系式如（6）所示：

4.两种预测方法对比

对于前9组数据进行误差分析，双曲线法预测误差在0.01mm～2.04mm，指数曲线法预测误差在0.25mm～3.58mm。利用第10组数据验证两种模型的准确性，实测数据为10.25mm，双曲线法预测值为10.29mm，指数曲线法预测为10.08mm。指数曲线法预测值比实测值小，对于工程不利。在该公路项目中，双曲线法要比指数曲线法适应性更好，准确度更高。

四、结语

当高速公路工程项目建设完成后，为确保工程项目在运营阶段不出现较大的路基沉降进而威胁行车安全，对于路基沉降观测以及预测分析是不可忽略的重要环节。路基沉降预测分析，应综合考虑实际项目特点和设计需求，有针对性选择不同的方法，确保对于路基沉降的准确预测。