高速公路路基沉降及施工控制技术探析

文／张爱然 山东省路桥集团有限公司 山东济南 250000

引言：

从总体上说，高速公路工程主要分为路基、基层和路面三大部分，其中公路路基对于高速公路工程质量的影响是非常重大的。虽然说目前我国的高速公路工程施工技术越来越成熟，然而实际开展高速公路工程建设时，仍然难免有一些质量问题的存在。相对而言，高速公路路基沉降问题较为常见，科学合理的分析并掌握形成高速公路路基沉降问题的各种原因，同时针对高速公路路基沉降施工控制技术，及其在高速公路工程建设中的具体应用进行深层次、多角度的研究和探索，有助于促进高速公路工程建设的高效开展。

1、高速公路路基产生沉降产生因素类型

1.1 自然原因导致的沉降

在众多导致高速公路路基出现沉降问题的原因中，自然原因所带来的影响是其中的重要因素之一，因为高速公路暴露在自然环境中所以会受到周边环境乃至地区性气候的影响而导致公路路基出现沉降问题。其中气候原因的主要影响来自季节性的温差变化使得高速公路的路基呈现不稳定状态所导致的沉降问题，除此之外高速公路沿线的地质情况以及环境等因素都会对高速公路路基产生影响，特别是高速公路如果建立在软土地基中，就更加容易在公路投入使用后出现路基沉降问题。如果高速公路路基本身存在含水量较高就会导致地基土质出现不稳定状态，使得路基出现沉降并产生裂缝病害。在进行高速公路修建的过程中如果修建周期处于冬季，那么高速公路修建过程中的土壤处于冻结状态，当天气转暖土壤中的冰出现融化，地基总会出现不稳定状态而产生沉降以及相应的其他病害。除此之外高速公路周边所存在的植物形态和数量也会导致高速公路出现路基沉降问题，比如在植被稀少的荒漠地区其高速公路路基的稳定性相比较植被茂盛的温暖地区其路基发生沉降的几率更高，这是因为植物丰富的根系会帮助土壤呈现更加稳定的状态，所以相关高速公路建筑企业以及相关部门应当依据不同的地质地貌以及自然环境等多种因素来提升高速公路路基的稳定性降低出现沉降的几率。

1.2 人为因素导致的沉降

除自然环境以及气候等因素所引发的高速公路路基沉降现象，施工过程中的施工人员技术水平以及施工工艺也是导致高速公路路基出现沉降的另一种原因。为了避免因施工问题而导致的沉降现象需要建筑工程施工单位在开展高速公路施工前做好相应的地质勘探准备工作，除了要对高速公路待建区域沿线的地质情况以及施工现场的状况进行清晰的掌握之外还要在施工的过程中严格执行施工标准和规范，提升施工质量，避免路基出现沉降问题。某些施工企业为了追求施工进度，在某些施工流程中没有严格依照施工标准和规范开展施工，例如在没有经过充分碾压的高速公路，会在公路投入使用后出现路基变形问题，加之高速公路承担着较为繁重的交通运输流量，这种高负荷状态下也是导致高速公路出现沉降的重要原因。

2、高速公路路基沉降控制策略

2.1 重视对施工前期的准备工作

要保证高速公路建筑施工的整体质量，就需要进行完备的前期地质勘探和准备工作，这能够有效的降低高速公路路基出现沉降问题。在具体的地质勘探和准备过程中能够对高速公路的土质进行勘察，同时还能够依据高速公路施工区域沿线的气候状态来对高速公路的路基修筑设计相应的施工方案，针对不同的土质和地质情况通过科学的方法来进行土质改良，使得路基的承载能力以及稳定性得到有效的提升，保证高速公路在投入使用后不会出现各类病害如沉降问题。在进行地质勘探和准备的过程中应当结合参与公路桥梁修建的建筑单位以及各部门管理人员进行积极有效的配合，来确保准备工作的整体质量，为后续的高速公路施工阶段提供指导和保障作用。公路施工企业的管理人员所涉及的准备工作还包括公路修建过程中所涉及到的各类原材料质量给予相应的保证，通过对采购流程所涉及的各类原材料进行质量抽检来加强原材料质量管理。同时还要对后续施工过程中所涉及到的各类机械设备进行检查，以避免问题机械设备影响工程施工进度。通过对以上各个类型的准备工作进行完善才能保证后续的高速公路路基施工质量，才能有效的降低高速公路路基出现沉降的机遇。除此之外相关管理人员还需要对建筑工程中所涉及的人员组织以及监理活动进行有效的管理和分配，要严格执行持证上岗制度，保证参与管理工作的各类人员都能够积极有效的完成其所对应的工作职责。

2.2 高速公路路基沉降监测

在进行高速公路路基施工时，要建立相应的路基沉降监测活动，通过实时监测来获得施工过程中地表所呈现出的沉降变化的相关数据。在开展填土施工作业的过程中，要依据实时监测数据来对填土速度进行有效的控制，其核心内容是通过对地表位移桩的精确测量来确定地表沉降水平，该测量数据能够有效的反映出地表的容器程度，有效的保证路坝在施工过程中的稳定状态，同时还应该通过水平位移测量办法来对土地分层的位移量进行有效的测定，土地分层位移量反映着土地遭受破坏的严重程度，通过监测该数据并采取相应的措施来提升录音的稳定性，避免出现严重的路基沉降现象。

2.3 地下水位处理

在高速公路的施工过程中常常会遇到因地下水位的影响所产生的路基沉降问题，所以施工单位应当通过各类措施来降低地下水位对高速公路路基稳定性所带来的负面影响，常见的解决措施包含依照严格的分层碾压顺序来对路基进行有效的碾压，使得路基的稳定性和承载能力得到有效的增强，此举能够有效的降低路基出现沉降的几率。在对地下水位进行监测时如果地下水位超过标准水位，就应该对地下水位进行有效的排除防止地下水位长期浸泡使得地基出现性状改变而产生的沉降问题。常见的处理地下水位的方法是通过挖掘盲沟来排出地下水，如果路基本身已经出现了程度较重的沉降现象，除了有效的排除地下水之外还应当对路基的软土路段进行有效的开发置换工作，置换材料应当选择比软土地基性状更好的材料来进行回填。在进行挖土的过程中应当对挖土的深度进行有效的控制，要保证回填土壤具备较好的透水性，同时应当科学的控制填土速度并通过各类手段和措施来增强填土路基的均匀性和密度。

2.4 地基处理

我国高速公路在发展的过程中，依托各类先进技术的不断引入使得我国的高速公路建设水平获得了较大的提升，在涉及到高速公路建设过程中所使用的不同材料以及技术和机械设备都可能会影响高速公路路基的总体质量以及出现沉降的几率。例如在进行路基施工检测的过程中同样会涉及到如何对路基进行处理和改良，避免土质等地质情况对高速公路路基产生质量方面的影响。高速公路路基对公路交付使用后的交通运输安全产生了直接的影响，所以在进行高速公路施工时应当强化路基处理技术，采用各类不同的技术手段来对软土地基进行有效的改造和提升，在选择技术和设备以及材料的过程中应当依据施工现场的地质情况开展技术材料选型，对于施工过程中所出现的恶劣地质条件进行有效的改良能够提升高速公路的总体质量，例如在具体的改良过程中可能会使用诸如排水固结法等相关措施和技术，改良技术的主要目标是有效的降低土质中所包含的水分，同时加强土质的密度和均匀性使得土质的承载能力和稳定性得到有效提升。在选择技术的过程中可以通过多种技术相结合的方式来对地基土质进行改造，以提升公路路基的总体质量。

2.5 路坝处理

在开展高速公路路基施工时，路坝的处理过程是重度公路路基施工流程中的重要环节，为了能够有效的降低路坝所承担的载荷，可以在选择路坝材料的过程中尽量选择轻质材料，以此来降低地基所承受的总体载荷，这能够有效的降低沉降出现几率。有时在面对不同的土壤地质环境下还可以选择加筋路堤技术，通过在路基中加装相应的水平向晶体，使得土体和晶体之间产生有效的摩擦，当晶体在承受来自路面车辆所带来的外部应力时，晶体和土体共同分担了来自外部的力量，使得公路本身的承载能力得到有效的提升，也从另一种角度降低了沉降发生的几率。

2.6 路基压实流程

为了能够有效的保证路基填充材料具备良好的密实度，就需要进行路基压实施工流程，这也是有效的降低路基出现沉降问题的重要措施。具体的操作过程通常使用压路机来对高速公路路基进行碾压，不同的高速公路路面需要选择不同的压路机吨位，在选择吨位的过程中应当依据高速公路路基的具体情况结合路面的填充材料来选择压路机吨位以获得较好的路基面密实度，这是提升高速公路及载荷能力的重要措施，也是有效降低沉降出现几率的施工方法，除了在选择不同的公路要求所针对的压实度之外，也需要依据不同的路面设计要求来选择路面材料，以保证高速公路路面的压实度符合施工设计要求。如果在进行路基填筑的过程中无法获得与施工设计要求相等的强度，可以通过在填筑材料中掺入相应的稳定性材料来进行强度提升过程，常见的有石灰等粗颗粒物体能够有效的提升路基的压实度。

2.7 路基防护技术

为了有效的提升高速公路整体的建筑质量，还需要加强高速公路路基防护技术的应用水平，在高速公路路基防护技术中所常用的技术包含冲刷防护支挡防护衣坡面防护等多种不同的技术类型，其核心原理是通过锚杆锚索等相关工具在高速公路周边的边坡所形成的不同结构类型来对公路路基进行有效的防护。通过在地面上种植相应的植被，使得植物的根系能够有效的对边坡进行保护作用。有时为了避免地表水及地下水对路基产生的破坏可以通过冲刷防护设备如铁丝石笼或挡土墙来对路基进行防冲刷保护措施，这也能够有效的降低路基出现沉降的几率。

3、高速公路路基沉降控制技术

本合同段路基挖土方113.6041 万方，挖石方156.749 3 万方，挖除非适用材料18.1771 万方，路基填土方86.87万方，填石方163.4779 万方，改河、改路填土方2.3282万方。拟投入五个路基作业队进行土石方工程的施工，其具体的操作流程总结如下：

首先在准备阶段为了能够有利于后续工程的有序开展，事先进行了周密的准备工作计划，通过对施工沿线的地质环境以及气候特征进行详细的勘察，制定了早期的施工方案以及针对地质改良所提出的相关策略。并设置了相应的试验路段来对该路段工程所涉及到的填充材料以及有关含水率和碾压次数与碾压质量的关系验证过程，通过该试验路段的测试结果最终制定了全线施工方案。通过选择和应用较为先进的高速公路施工设备来辅助提升高速公路施工的效率和质量，同时指定相关管理人员对高速公路施工过程中可能出现的各类问题制定了相应的预案以保证在出现问题时能够及时的进行处理。

在该工程具体的施工过程中，为了能够有效的实现沉降控制目标，首先是基于前期的地质勘察数据以及工程的具体要求来完成填石路堤的施工流程，通过对路基中所采用的石块进行分层分步骤地填筑，并通过不断调整的填筑方案使得石块填筑层具备较好的紧密性和平稳度，对填石路堤进行合理的修筑，将石块逐层水平填筑，分层厚度不宜大于500mm，石料强度不小于15MPa，石块最大厚度不得超过压实厚度的2/3，大面向下，小面向上，摆放平稳，紧密靠拢，所有缝隙填以小石块或石屑，并通过压路机进行洒水碾压，然后再进行土石混填以及软石料填筑后再进行碾压等相关流程，在进行相关流程的工作中要降低因铺设过程以及材料问题导致的沉降不均匀问题。具体施工控制措施如下：

3.1 基底处理

基底路基在施工时首先要保证基底表面的平整，清除掉表面的垃圾以及树根等杂物，同时压实松散的土层，为后续的基底工作奠定良好的基础。如果施工的土层是软土层的话，就额外需要进行换填处理并压实。填石路基大部分都是由石料和颗粒土的成分，但是要是石料的成分占比高于颗粒土，保证路基结构的均匀性，确保填石路基施工的效果。

3.2 边坡码砌

边坡码砌在填石路基施工工作中起到对边坡防护的作用，作为做广泛使用的防护形式，它通过分段码砌的施工方法可以有效的控制施工缝。在进行边坡码砌施工时要对材料进行选择，选择材料的原则是石料需要有一定的强度且不易被风化，同时直径要控制在20～70cm，在进行填充时要控制填料的密度，禁止使用层铺法要是石料之间紧密接触，并对石料缝隙进行填充。为了确保边坡的安全性，必要时要增加石料的使用以增加防护的厚度。如果边坡跨度超过10m，应该通过设置平台起到过度的作用。在进行边坡码砌施工时有两种施工方法可以选择是先填后码与先码后填。两种方式各有优势，采用先填后码的方式可以有效的缩短工期，避免填料直径不符的问题，但是会增加刷坡的难度，并且如果施工未确保码砌边坡与路基结合的紧密性问题，就容易使边坡滑落坍塌；先码后填能够有效解决路基的侧向变形问题，提高边坡与路基结合的紧密性，但是这个方法会增加投入的成本，而且会出现在对路基进行震动压实时出现变形的问题。

3.3 排水处理

由于填石路基施工采用的是大颗粒的石料，雨水非常容易顺着石料缝隙进入内部，同时地下水水位升高时也可以进入石料内部，这些水分可能破坏路基的稳定性。因此在对路基进行施工时要有良好的排水系统，例如设置透水层和隔水层，避免雨水和地下水的侵蚀。

3.4 材料摊铺

将石料均匀的铺在路基上以后要对不平整的地方进行调整，方便后续步骤的进行。为了保证路基压实的效果达到预期，在进行填充时大直径的石料应该处于底部，较小的石料则处于表面，在进行压实工作时，小颗粒的石料能够有效填充大石料的缝隙，提高路基的稳定性。

3.5 路基压实

路基压实工作需要用到大吨位压路机，严格对压路机的速度进行控制，在整个施工过程中要以缓慢的速度进行，碾压步骤分为静压→振压→静压三步。在不同的路段碾压方向上也有区别，普通路段由两侧向中间进行碾压，而超高路段由低往高处进行，为了保证边坡与路基的连接，应使用小型压实机设备进行碾压，确保路基与边坡的压实度。

该区域沉降量观测图如图1。

图1 路基沉降量变化图

根据该曲线图可看出，在进行沉降控制施工后，该项目的路基沉降量得到了控制，五个月沉降量控制在0.1mm以内，符合高速公路路基沉降控制要求，因此该项目的路基沉降施工方案有效。

结语：

目前高速公路工程在社会经济发展和人们生活中发挥的作用越来越重大，随着交通运输领域的茁壮发展，和广大民众出行需求的不断提高，人们对高速公路工程质量的要求高越来越高，鉴于高速公路路基沉降问题，会带来多种多样的不良后果，为了避免该种问题的出现，我们应切实加强高速公路路基沉降施工控制技术研究，以便为高速公路工程建设提供有效的技术参考。