基于实体工程的高速公路下面层结构优化研究

孙坚

（苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

高速公路作为公路交通网络的重要组成部分，在现代社会中发挥着越来越重要的作用。高速公路下面层结构是保障高速公路安全和使用寿命的关键因素之一。然而，在实际建设过程中，由于设计和施工水平的不足，高速公路下面层结构面临着一系列问题，如承载力不足、排水不畅、稳定性差等。为解决这些问题，必须采取有效的优化措施，保障高速公路的顺利建设和运营。

1 高速公路下面层结构的功能

下面层结构是高速公路的基础工程，是高速公路设计、建设和运行的重要部分。通过优化结构设计、合理选材，下面层结构发挥多种功能，确保高速公路的安全、稳定、舒适运行。重点围绕高速公路下面层结构的功能进行分析和讨论。

1.1 承载荷载的功能

高速公路下面层结构的主要功能之一是承载荷载，是支撑高速公路路面的重要基础。承载荷载是指在高速公路运营过程中，由车辆荷载对路面施加的力量。在这种情况下，高速公路下面层结构需要从路面向下传递荷载，使荷载均匀地分散在每一层结构上，同时减小路面的振动和破坏。下面层结构的设计及材料的选用对荷载承载能力的大小、稳定性和均匀性有很大影响。因此，为保证高速公路的运行和安全，下面层结构必须具备足够的承载能力和良好的可靠性[1]。

1.2 排水防水的功能

高速公路下面层结构的另一个重要功能是排水防水。随着大气降水、高速公路施工过程中的水分及地下水的影响，高速公路下面层结构中的水分渗透问题日益突出。如果不能有效地排水、防水，就会影响高速公路在一些恶劣的气候环境下的运行效果。因此，高速公路下面层结构必须具有良好的排水和防水功能的结构系统，这些结构包括：排水沟、排水管和各种渗透防水层等，通过这些结构，可以实现排水和防水，保证高速公路的安全和稳定性。

1.3 稳定支撑的功能

高速公路下面层结构的另一个重要功能是稳定支撑。这意味着下面层结构必须能够稳定支撑上面的结构，保证路面的平整度、垂直度、无裂缝等高要求。支撑性能与下面层的结构设计、材料选择、架构布局等有关。在下面层的结构设计中，必须考虑到地质条件、水文条件等一系列因素，对设计参数进行优化。例如，在软土地区的设计中，因软土抗沉降能力差，可能需要更稳固的支撑方式和更严格的参数控制[2]。

2 高速公路下面层结构设计的弊端

高速公路是现代化交通建设不可或缺的一部分，而其下面层结构的设计则是支撑整个公路系统运营的关键部分。然而，在实际应用中，该设计存在一些弊端。下面将从以下四个方面进行论述，并提出相应的解决策略。

2.1 设计理论偏离实际，缺乏足够的技术支持

在高速公路下面层结构的设计中，实际施工与设计理论存在一定脱节。尽管该设计从经验到理论已经得到不断加强，但是由于复杂的土壤结构、地下水位等问题，实际施工过程中经常会遇到各种困难与挑战，给设计和施工带来风险和不确定性。因此，设计理论与实际过程之间没有深入结合，导致一些设计缺陷和施工质量问题的发生。

解决策略：加强现场施工与理论设计的结合，加强技术支持。为解决这个问题，需要在实际高速公路建设过程中，加强实际施工与理论设计的结合。设计理论应深入研究高速公路下面层结构各项参数的优化方案，同时在施工现场，开展相关岗位技术交流和培训，提高施工人员的专业技术水平。有效地加强技术支持，优化设计理论，提高设计质量和施工效率，有效减少设计缺陷和施工质量问题的发生。另外，加强现场施工与理论设计的结合不仅是一项技术问题，也涉及一些管理和政策问题，相关部门应加大对高速公路建设和维护的投入与支持，提供良好的政策环境和切实可行的政策措施，为加强施工与设计的结合提供有力保障[3]。

2.2 过度依赖经验和定型化施工，存在同质化问题

高速公路下面层结构实际施工过程中，经常使用一些近似模型和定型化的方案，这些模型和方案通常是根据多年经验总结出来的，具有一定的可行性和适应性。然而，这种方式容易导致同质化问题出现，降低了高速公路下面层结构的创新性和个性化，而且这些模型和方案也容易受到其他因素的影响，比如工程地质情况的变化、施工人员的素质、设备等因素，容易影响高速公路下面层结构的整体质量。

解决策略：强化科技和创新，加强定制化施工和质量监控。首先，需要强化科技创新，探究新型材料和技术，并挖掘全新的施工方案和模型，以创造更加实用和创新的设计。这样可以提高施工的灵活性，使其更加符合现代化的建设要求。其次，需要加强定制化施工和质量监控，针对每个施工现场的具体条件量身定制施工方案，并采取不同的建设模式和标准。同时，需要加强质量监控，并对技术人员进行培训，利用现代先进设备进行巡检，全面把握工程施工全过程的质量指标。这样可以提高整个工程的施工质量，降低出现问题的概率。最后，需要注重沟通和协作，不仅是团队内部的协作，也包括与客户和相关方面的协作。这可以更好地理解客户和其他相关方的需求，避免出现不必要的问题，以实现高质量的工程施工。

2.3 对环境和土地的保护不到位，对自然生态造成一定破坏

在高速公路下面层结构的设计和施工过程中，存在破坏自然生态环境的情况，给土地资源和水资源带来不良影响。此外，大规模的破土、挖土和物资运输也会给大气环境产生一定污染。

解决策略：加强环保意识、改良技术措施。首先，在进行路线设计时，应尽可能减少对地质构造和自然生态的影响，遵循“绿色施工”的原则，加强土地复垦、植树护坡、水源保护等环保工作的投入。最大限度地减少施工过程对自然环境的破坏，同时还能保护生态环境，维护生态平衡。其次，在高速公路下面层结构的施工过程中，可以采用先进的污染清理技术，严格执行强制性环保规定，以确保施工过程中对环境造成的污染最小化。最后，在施工完成后，还需要进行环境恢复工作，恢复原有的生态状态。

2.4 安全和维护工作不足，存在安全隐患

在高速公路下面层结构的设计和施工过程中，安全问题一直是一大焦点。不仅在设计、施工过程中需注意安全问题，更重要的是在使用和维护过程中，也需要加强安全管理。

解决策略：加强安全管理和维护保养。首先，在设计和施工过程中，必须合理设置安全防护设施，采取合理的施工方法，加强旁站巡检等，减少安全事故的发生。在设计过程中，需要考虑到地震、风化、水土流失等自然灾害以及车辆超载、超速行驶等人为因素带来的影响，作出科学合理的设计方案。在施工过程中，加强对人员和设备的管理，严格遵守安全规章制度，以确保建设过程安全可控。其次，在公路使用期间，加强路面的检测、维护和保养，并开展常规巡查和紧急维修等工作，确保道路的安全运行。公路使用过程中，需要对路面进行定期检测和维护，及时修补路面各种缺陷，控制道路病害发展速度，确保路面平整、无凹凸，保证车辆安全行驶。同时，加强路面的清洁和排水工作，防止积水及积雪滞留，降低交通事故风险。最后，在公路使用过程中还需加强机电设施、交通标志牌以及路灯等设施的维护管理，确保设施完好，达到使用标准，以防止设施失效而产生安全隐患。

3 基于实体工程的高速公路下面层结构优化方案

在设计实体工程的下面层结构优化方案时，可以从以下四个方面入手：

3.1 选择合适的基础材料

实体工程的下面层结构施工中，选用合适的基础土工材料是非常重要的一环，直接影响结构的承载能力和整体稳定性。因此，进行下面层结构优化时，需要综合考虑地下水位、土层性质、地质构造等因素，选择最适合的基础土工材料。在实体工程中，基础土工材料一般分为软土和硬土两类。软土通常容易发生沉降、渗漏等问题，因此在选用时需要特别注意。当地下水位较高时，可以选择防渗性能好的黏土作为基础土工材料。黏土吸水能力很强，因此具有良好的防渗性能，可有效防止水分渗透到结构下部，减缓乃至防止软土发生沉降。此外，黏土还具有较好的黏结力和抗剪强度，有利于增强土体的稳定性。相对于其他软土，黏土的稳定性较高，不易发生沉降等问题。硬土是指相对密实的土壤，通常具有较高的承载能力和稳定性。在土层为砂质土或砾石土时，可以选择硬土来加固土体。硬土可以通过掺入水泥等胶结材料来提升其强度和稳定性，使其具有更好的承载能力和抗侧向变形性能。

此外，硬土可以有效防止沉降和渗漏等问题，是比较可靠的基础土工材料之一。根据实际情况选择合适的基础土工材料非常重要。例如，在广州新白云机场道路工程中，通过对地下水位、土层性质等因素的分析，最终选择黏土作为基础土工材料，能够保证道路工程的承载能力和稳定性，防止软土沉降、渗漏等问题发生，同时也能增强基础结构的稳定性。因此，在选择基础土工材料时，需要综合分析各种因素，以确保选用的基础土工材料具有良好的防渗性能、承载能力和稳定性。

3.2 改善土体的稳定性

在实体工程的下面层结构中，土体的稳定性是关乎工程安全的重要因素。土体不稳定会引发严重的工程安全事故。因此，在进行下面层结构的优化时，需要综合考虑各种因素，采取有效措施改善土体的稳定性，提升整体结构的安全性。改善土体稳定性的方法有多种，可以采用高强度的土工材料、增加土工格栅、搭设土工布等方式来加固土体。这些方法既可以有效提升土体的稳定性，又能够保证工程的可靠性和安全性。

例如，在某高速公路桥梁工程中，由于设计荷载较大，土体较容易产生不稳定情况。经过分析后，工程师决定采用增加土工格栅的方法来加固土体。这种方法不仅能够提高土体的稳定性，还能够保证整个工程的安全可靠。同时，可以通过改变土体的结构来提高其稳定性。

此外，还可以采用一些先进的技术来改善土体的稳定性。比如，采用数值模拟技术可以在一定程度上预测土体的稳定性，进而采取相应的措施加以解决。这种方法可以大幅度提升土体的稳定性，从而保障工程的安全性和可靠性。

3.3 提高排水性能

在实体工程的下面层结构中，排水能力是至关重要的。这是因为受自然条件影响，如降雨等，容易导致土体内部积水，降低整体结构的稳定性。对于大多数实体工程而言，如高速公路、桥梁、建筑物等，在进行下面层结构的优化时，需要重点考虑排水性能的提高。提高排水性能的方法包括采用排水管、填筑石子等。排水管可以将积水引导至指定的排水渠道，起到将水排出结构的作用；填筑石子则可以提高土体的通透性，从而使土体内部的积水得以更有效地排出。

另外，对于某些情况下需要对土体进行加密或加强的结构，也可以在填筑石子的同时，混入一定量的水泥或混凝土，以提高整体结构的稳定性和坚固度。例如，某一道路工程中采用了排水管和填筑石子的方法来提高排水性能。在经历了暴雨等极端天气后，该工程的积水情况得到有效控制，土体内部排水效果更佳，从而增加整体结构的稳定性。这种方法还可以用于其他实体工程，如大型水库、废弃物填埋场等。除了采用上述措施外，还可以通过改善土体的基本性质来提高排水性能。例如，在进行土体填筑前，对土体进行相关处理，去除土体中的杂质、提高土壤密度。使土体更坚实，因此更加耐用，并且更容易排水。此外，在考虑提高排水性能的同时，还需要重视工程维护。对于一些长期运行的设施和工程，如水库、大坝等，每年都需要进行定期的维修和保养，以保持其良好的排水性能和稳定性。

3.4 加强土体的强度

在高速公路下面层结构的建设中，土体的强度是非常关键的性能指标。这是由于土体强度会直接影响工程的承重能力和整体稳定性。因此，为保证下面层结构的质量，必须加强土体的强度能力。

首先，可以考虑加入适量的黏性土。黏性土是一种微粒大小介于黏土和砂之间的黏性土壤，黏性土的主要特点是吸水性好、抗压性强，能够有效提高土体的强度。当黏性土被添加到混凝土中时，可以有效地提高混凝土的耐磨性和压缩强度，使土体更加牢固。

其次，可以考虑增加土工格栅。土工格栅是一种新型的材料，其主要作用是增强土体的强度和稳定性。土工格栅的结构简单，易于施工，可以有效地抵抗土体裂缝和变形。当土工格栅被应用到深层土体中时，可以有效地加强土体的强度和稳定性，使整体工程更加牢固可靠。

4 结语

高速公路下面层是保障公路安全稳定运行至关重要的因素，针对当前存在的一些不足，基于实体工程高速公路下面层结构的优化方案具有重要的实践意义和应用前景。通过加强土体的稳定性、提高排水性能和加强土体的强度等方法，可以有效提高高速公路下面层结构的安全性、耐久性和经济性，为高速公路的稳定运行提供有力的保障。