路基处理技术在降低路基沉降中的应用与效果分析

赵海成

（河北光太路桥工程集团有限公司，河北邯郸 056001）

0 引言

随着城市建设的不断发展，道路交通压力日益增大，对道路质量的要求也越来越高。近年来，我国政府高度重视道路建设工作，相继出台一系列政策文件，对道路工程的设计、施工和验收提出更高的要求。其中，明确要求在设计和施工过程中采取有效措施，控制路基沉降，确保道路的质量和使用安全。为应对这些挑战，研究人员和工程师们积极探索和应用各种路基处理技术。

1 路基沉降的概念和原因

路基沉降是指道路基础部分在使用过程中由于各种因素而发生的下沉现象。该现象可能受多种因素的影响，其中包括土体的物理性质、地下水位的变化以及荷载的作用。

1.1 土体的物理性质

不同类型的土壤在不同的湿度、密度和颗粒排列状态下表现出不同的力学行为。

例如，黏土属于吸水性土壤，当遇到雨水或地下水时易吸水膨胀，导致土体体积增大，从而引起路基沉降。在干燥条件下，土体可能发生收缩，影响路基的稳定性。同样，高密度土体通常具有较好的承载能力，而低密度土体则容易发生沉降。黏土的颗粒排列复杂，容易形成胶结结构，增加土体的变形性。

1.2 地下水位的变化

地下水位的变化直接关系到路基的稳定性和沉降问题。当地下水位升高时，土壤受水分浸润影响，其支撑力可能减弱，从而导致路基下沉的风险增加。该情况下尤其对黏土等吸水性土壤更为敏感，因为它们在吸水膨胀后体积增大，进而引起沉降。相反，地下水位下降可能导致土壤失去足够的水分，导致土体发生收缩，同样会引起路基沉降。

1.3 荷载的作用

荷载是指由于交通运输、建筑物或其他外部因素施加在路基上的力。若荷载超过路基的承载能力，则会导致路基沉降，基本包括以下三种情况：

第一，车辆荷载。由车辆施加在路基上的荷载最为显著，特别是在频繁行驶的道路上。车辆通过路面时产生的垂直荷载和横向力会对路基造成挤压和剪切，导致路基沉降。不同类型和重量的车辆对路基的影响不同，因此需要在设计阶段考虑不同道路用途和交通流量下的荷载分布。

第二，建筑物荷载。邻近建筑物的重量和基础承载也是路基沉降的一项考虑因素。建筑物的基础荷载可能通过土体传递到路基，增加路基受力的复杂性。在设计阶段，需要评估周边建筑物对路基的荷载影响，以采取适当的支护和增强措施。

第三，临时性荷载。临时性荷载是指短时间内的额外荷载，例如临时施工荷载或特殊事件引起的集中荷载[1]。

2 路基沉降对道路工程的不良影响

2.1 路面不平

不平的路面在降雨或降雪天气容易形成积水区域，使得路面抓地力急剧下降，会导致车辆行驶时更容易发生打滑、侧滑等交通事故，极大地威胁行车安全。特别是在雨雪天气频繁的地区，路面不平对交通流畅性产生显著的负面影响，增加事故的发生概率。积水不仅危及行车安全，还会破坏路面结构。水分渗透到路面下层，会加速路基材料的软化和疏松，使得路基的承载能力降低。该软弱状态不仅进一步加剧路面不平，还会导致路基沉降的进一步发展，形成恶性循环[2]。

2.2 车辆行驶不稳定

路面不平使车辆在行驶过程中产生摇晃和颠簸，不仅影响驾驶者的舒适感，同时对车辆悬挂系统和底盘构成额外的冲击负荷。其冲击负荷不仅加速车辆部件的磨损，还可能导致悬挂系统失效，降低车辆的稳定性。不稳定的路面使得车辆更容易受到外部因素的影响，例如弯道、坡道或突发状况，会增加车辆失控、侧翻或碰撞的风险，显著提高交通事故的发生概率。在高速公路等快速道路上，车辆行驶速度相对较快，不稳定的路面更容易引发严重事故。

2.3 排水不畅

排水不畅主要体现在降雨或融雪时，路面无法迅速、有效排出积聚的水分，形成坑洼或积水区域。该情况对道路结构和交通安全带来显著的负面影响。

其一，排水不畅加剧路面的水损问题。积水在路面上停留的时间越长，则越容易渗透到路面结构内部，引发水损。水分的渗透会加速路面材料的软化和疏松，削弱路面的抗压能力，导致路面变形和破损。因此，排水不畅不仅直接影响道路的使用寿命，还会增加后期的维修和维护成本。

其二，排水不畅可能导致路基松软。由于积水难以迅速排出，路基的土壤会因水分的浸润而变得松软，承载能力下降[3]。

2.4 结构破坏

结构破坏主要体现在路面和支撑结构上，给道路的使用寿命和安全性带来极大挑战。

首先，路面的结构破坏表现为裂缝和坑洼的形成。长时间的路基沉降导致路基土体的累积压实和变形，路面难以承受不断增加的压力。该情况下，路面很容易发生龟裂和坑洼，严重影响驾驶的平稳性和行车的安全性。结构破坏的路面不仅降低驾驶体验，还可能引起交通事故，威胁交通运输的正常秩序。

其次，支撑结构的破坏直接影响整个道路的稳定性。长期的路基沉降可能使得路基土体的承载能力下降，无法有效支撑路面和行驶车辆的荷载。该状况下，路面不仅容易出现坑洼，还可能导致路基的沉降进一步扩大。当支撑结构遭受较大的负荷时，可能发生结构性破坏，包括路堤滑坡、路基坍塌等现象，对整个道路工程的安全性和可靠性造成巨大威胁。

3 常用的路基处理技术

3.1 土工合成材料加固技术

土工合成材料加固技术主要利用人造聚合物制作土工产品，以改善岩土工程的性能。土工合成材料有多种类型，包括土工织物、土工膜、复合土工材料和特种土工材料。该类材料可以发挥不同功能：隔离、保护、加固、排水、过滤、密封、抗侵蚀等。在具体工程中，需要通过专业性的数据和公式计算选择土工合成材料的类型和规格。例如，根据工程的荷载要求和土体的性质，可以使用以下公式计算土工合成材料的最佳宽度。

式（1）中：B 为土工合成材料的最佳宽度；Q 为设计荷载；σt为土工合成材料的抗拉强度；L 为荷载作用的跨度。

在实际应用中，不仅需要考虑土工合成材料本身的性能，如抗拉强度、安全系数等，还要根据地质条件、环境要求和工程需求选择合适的加固方法。作为常用的加固方法之一，土工合成材料广泛应用于高速公路施工中的路基加固。它的优点是可以有效提高路基的承载力和稳定性，减少路基沉降和变形。同时，土工合成材料还具有施工方便、工期短、成本低等优点，因此在道路工程中得到广泛应用。

例如，土工格室作为一种典型的土工合成材料，具有三维蜂窝立体结构，可广泛应用于加固路面基层、软基处理、加筋挡墙等工程。其原材料多为高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）和聚酯（PET），具有优异的耐候性和耐化学腐蚀性，适应性强。土工合成材料的制造过程相对环保，而且通过选择可降解的材料进一步提高其可持续性。在推动绿色道路建设的背景下，其符合社会对环保和可持续性发展要求[4]。

3.2 加筋土技术

在道路工程中，为解决路基沉降、土体松软等问题，采用专业的加筋土技术是一项关键的工程策略。加筋土技术通过引入高强度材料，如地工网格、地工布、金属筋等，以强化土体，提高其整体抗拉和抗剪强度，从而达到增强路基承载能力、减缓变形和沉降的目的。加筋土技术的专业性在于通过合理的工程设计，根据具体地质条件和道路使用要求，选择合适的土工合成材料和加筋方式。

举例而言，对于需要加筋的软弱土地段，可以采用土工合成材料进行交叉加筋。

首先，在具体操作中，施工团队需要进行现场勘查，详细了解土体的分布和性质，以确定加筋材料的具体选择和布设方式。在选择土工合成材料时，可以考虑使用高强度、耐久性强的聚丙烯（PP）或聚酯（PET）材料，以上材料在软弱土地区具有出色的抗拉性能和适应性。

其次，在施工操作中，专业团队需要根据设计要求精准地进行加筋材料敷设和固定。采用交叉加筋的方式，通过横向和纵向交织的土工合成材料，在提高土体整体强度的同时，有效抑制土体的沉降和变形。例如，对于道路基层的软弱土，可以采用横向敷设土工合成材料，并进行适度的覆土，形成有效的加筋体系。

最后，施工团队还需要具备处理复杂地质情况的技术能力。例如，当遇到地下水位较高的区域，需要采取防水措施，确保土工合成材料不受水分影响，同时要求专业团队在实际操作中灵活应用防水材料，保证加筋效果和工程的长期稳定性[5]。

3.3 预应力锚固技术

预应力锚固技术是一项通过引入预应力改善路基土体和提高整体承载能力的先进技术，旨在有效防止路基沉降和结构破坏，从而提升道路工程的稳定性和耐久性。

在预应力锚固技术实施时，首先需要进行地质勘查和工程设计。根据地质条件、交通荷载和工程规模，确定合理的预应力引入方案。

例如，在软弱土地段，可以采用锚杆等预应力设施，通过对土体施加预压，提高土体的抗压能力和整体稳定性。专业团队在实施过程中需要精准选择和布置预应力锚杆，确保预应力能够均匀地传递到土体中，其涉及预应力锚杆的材料选择、直径和深度等参数的科学确定。以高强度的钢材为例，需要考虑其抗拉强度、弹性模量和耐腐蚀性等因素，应保证其符合相关标准，如ASTM 标准，确保其质量和性能可靠。需要科学确定其直径和深度，可通过以下公式进行估算。

式（2）中：A 为截面面积；F 为预应力锚杆的预应力力量；σ 为钢材的允许应力。

预应力锚杆的深度可以通过土体的力学性质、承载能力需求等利用有限元分析等数值模拟工具，模拟预应力锚杆在不同条件下的受力、变形等情况，以确定最佳设计参数。

实际操作中，专业施工团队需要严格按照设计要求进行预应力锚固设施的安装和张拉工序。预应力锚固的过程涉及张拉机械的使用、应力监测和锚固系统的建设，需要高度的技术水平和操作经验。通过科学的施工手段，确保预应力锚固的稳定性和可靠性。预应力锚固技术的实施不仅可以有效提高路基的整体承载能力，还能够减缓路基的沉降速度，降低结构破坏的风险。通过在工程中采用该技术，道路工程能够更好地适应复杂多变的地质条件，延长道路的使用寿命，为交通运输提供更加可靠和安全的基础设施支持。

3.4 优化排水系统

优化排水系统旨在降低路基沉降对排水性能的不良影响，保障道路的长期稳定运行。在我国，城市排水系统经历三代发展历程：第一代是直排合流制，第二代是截流合流制，第三代是雨污分流制。随着城市发展和环境问题的加剧，越来越多的城市开始实施排水系统的新建和改建，如“海绵城市”建设要求，控制雨水年径流总量，根据现状系统标准和规划目标的差值，确定绿色调蓄设施规模。而现如今在优化排水系统过程中，除了要借鉴前人的理论外，还应该使用更加智能的方法，以提高优化效率。通过在道路中部署水位监测器、温度传感器等智能监测设备，实时监测排水系统状况。水位监测器可以即时反映雨水引起的排水系统负荷，而温度传感器则有助于判断是否存在结冰等极端气象情况，以上数据共同构成全面了解排水系统的基础。接着，借助先进的数据分析与处理技术，实时处理与分析监测数据，包括深度挖掘水位变化的趋势、温度变化的规律等，以便更准确地预测排水系统的运行状态。通过分析大数据，可以及时发现排水系统的异常，为采取预防措施提供有效的数据支持。通过优化排水系统的管理策略，道路工程能够更好地应对降水和地下水位变化，减缓路基沉降的速度，延长道路的使用寿命，提高交通运输的安全性和稳定性。

4 结语

在降低路基沉降方面，通过合理应用土工合成材料加固、加筋土技术、预应力锚固技术等技术，可有效控制路基沉降的程度，且有效降低路基沉降对道路工程的不良影响，为提升道路的可靠性、耐久性和安全性作出显著贡献。通过不断深化研究和实践，相信以上技术将在未来的道路工程中发挥更为重要的作用，为建设可持续、稳定的道路网络提供坚实支持。