高速公路路基沉降及施工控制技術(shù)探析

文／張愛(ài)然 山東省路橋集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000

引言：

從總體上說(shuō)，高速公路工程主要分為路基、基層和路面三大部分，其中公路路基對(duì)于高速公路工程質(zhì)量的影響是非常重大的。雖然說(shuō)目前我國(guó)的高速公路工程施工技術(shù)越來(lái)越成熟，然而實(shí)際開(kāi)展高速公路工程建設(shè)時(shí)，仍然難免有一些質(zhì)量問(wèn)題的存在。相對(duì)而言，高速公路路基沉降問(wèn)題較為常見(jiàn)，科學(xué)合理的分析并掌握形成高速公路路基沉降問(wèn)題的各種原因，同時(shí)針對(duì)高速公路路基沉降施工控制技術(shù)，及其在高速公路工程建設(shè)中的具體應(yīng)用進(jìn)行深層次、多角度的研究和探索，有助于促進(jìn)高速公路工程建設(shè)的高效開(kāi)展。

1、高速公路路基產(chǎn)生沉降產(chǎn)生因素類型

1.1 自然原因?qū)е碌某两?/h3>

在眾多導(dǎo)致高速公路路基出現(xiàn)沉降問(wèn)題的原因中，自然原因所帶來(lái)的影響是其中的重要因素之一，因?yàn)楦咚俟繁┞对谧匀画h(huán)境中所以會(huì)受到周邊環(huán)境乃至地區(qū)性氣候的影響而導(dǎo)致公路路基出現(xiàn)沉降問(wèn)題。其中氣候原因的主要影響來(lái)自季節(jié)性的溫差變化使得高速公路的路基呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)所導(dǎo)致的沉降問(wèn)題，除此之外高速公路沿線的地質(zhì)情況以及環(huán)境等因素都會(huì)對(duì)高速公路路基產(chǎn)生影響，特別是高速公路如果建立在軟土地基中，就更加容易在公路投入使用后出現(xiàn)路基沉降問(wèn)題。如果高速公路路基本身存在含水量較高就會(huì)導(dǎo)致地基土質(zhì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，使得路基出現(xiàn)沉降并產(chǎn)生裂縫病害。在進(jìn)行高速公路修建的過(guò)程中如果修建周期處于冬季，那么高速公路修建過(guò)程中的土壤處于凍結(jié)狀態(tài)，當(dāng)天氣轉(zhuǎn)暖土壤中的冰出現(xiàn)融化，地基總會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)而產(chǎn)生沉降以及相應(yīng)的其他病害。除此之外高速公路周邊所存在的植物形態(tài)和數(shù)量也會(huì)導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)路基沉降問(wèn)題，比如在植被稀少的荒漠地區(qū)其高速公路路基的穩(wěn)定性相比較植被茂盛的溫暖地區(qū)其路基發(fā)生沉降的幾率更高，這是因?yàn)橹参镓S富的根系會(huì)幫助土壤呈現(xiàn)更加穩(wěn)定的狀態(tài)，所以相關(guān)高速公路建筑企業(yè)以及相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同的地質(zhì)地貌以及自然環(huán)境等多種因素來(lái)提升高速公路路基的穩(wěn)定性降低出現(xiàn)沉降的幾率。

1.2 人為因素導(dǎo)致的沉降

除自然環(huán)境以及氣候等因素所引發(fā)的高速公路路基沉降現(xiàn)象，施工過(guò)程中的施工人員技術(shù)水平以及施工工藝也是導(dǎo)致高速公路路基出現(xiàn)沉降的另一種原因。為了避免因施工問(wèn)題而導(dǎo)致的沉降現(xiàn)象需要建筑工程施工單位在開(kāi)展高速公路施工前做好相應(yīng)的地質(zhì)勘探準(zhǔn)備工作，除了要對(duì)高速公路待建區(qū)域沿線的地質(zhì)情況以及施工現(xiàn)場(chǎng)的狀況進(jìn)行清晰的掌握之外還要在施工的過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提升施工質(zhì)量，避免路基出現(xiàn)沉降問(wèn)題。某些施工企業(yè)為了追求施工進(jìn)度，在某些施工流程中沒(méi)有嚴(yán)格依照施工標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范開(kāi)展施工，例如在沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分碾壓的高速公路，會(huì)在公路投入使用后出現(xiàn)路基變形問(wèn)題，加之高速公路承擔(dān)著較為繁重的交通運(yùn)輸流量，這種高負(fù)荷狀態(tài)下也是導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)沉降的重要原因。

2、高速公路路基沉降控制策略

2.1 重視對(duì)施工前期的準(zhǔn)備工作

要保證高速公路建筑施工的整體質(zhì)量，就需要進(jìn)行完備的前期地質(zhì)勘探和準(zhǔn)備工作，這能夠有效的降低高速公路路基出現(xiàn)沉降問(wèn)題。在具體的地質(zhì)勘探和準(zhǔn)備過(guò)程中能夠?qū)Ω咚俟返耐临|(zhì)進(jìn)行勘察，同時(shí)還能夠依據(jù)高速公路施工區(qū)域沿線的氣候狀態(tài)來(lái)對(duì)高速公路的路基修筑設(shè)計(jì)相應(yīng)的施工方案，針對(duì)不同的土質(zhì)和地質(zhì)情況通過(guò)科學(xué)的方法來(lái)進(jìn)行土質(zhì)改良，使得路基的承載能力以及穩(wěn)定性得到有效的提升，保證高速公路在投入使用后不會(huì)出現(xiàn)各類病害如沉降問(wèn)題。在進(jìn)行地質(zhì)勘探和準(zhǔn)備的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合參與公路橋梁修建的建筑單位以及各部門管理人員進(jìn)行積極有效的配合，來(lái)確保準(zhǔn)備工作的整體質(zhì)量，為后續(xù)的高速公路施工階段提供指導(dǎo)和保障作用。公路施工企業(yè)的管理人員所涉及的準(zhǔn)備工作還包括公路修建過(guò)程中所涉及到的各類原材料質(zhì)量給予相應(yīng)的保證，通過(guò)對(duì)采購(gòu)流程所涉及的各類原材料進(jìn)行質(zhì)量抽檢來(lái)加強(qiáng)原材料質(zhì)量管理。同時(shí)還要對(duì)后續(xù)施工過(guò)程中所涉及到的各類機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，以避免問(wèn)題機(jī)械設(shè)備影響工程施工進(jìn)度。通過(guò)對(duì)以上各個(gè)類型的準(zhǔn)備工作進(jìn)行完善才能保證后續(xù)的高速公路路基施工質(zhì)量，才能有效的降低高速公路路基出現(xiàn)沉降的機(jī)遇。除此之外相關(guān)管理人員還需要對(duì)建筑工程中所涉及的人員組織以及監(jiān)理活動(dòng)進(jìn)行有效的管理和分配，要嚴(yán)格執(zhí)行持證上崗制度，保證參與管理工作的各類人員都能夠積極有效的完成其所對(duì)應(yīng)的工作職責(zé)。

2.2 高速公路路基沉降監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行高速公路路基施工時(shí)，要建立相應(yīng)的路基沉降監(jiān)測(cè)活動(dòng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)獲得施工過(guò)程中地表所呈現(xiàn)出的沉降變化的相關(guān)數(shù)據(jù)。在開(kāi)展填土施工作業(yè)的過(guò)程中，要依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)填土速度進(jìn)行有效的控制，其核心內(nèi)容是通過(guò)對(duì)地表位移樁的精確測(cè)量來(lái)確定地表沉降水平，該測(cè)量數(shù)據(jù)能夠有效的反映出地表的容器程度，有效的保證路壩在施工過(guò)程中的穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)還應(yīng)該通過(guò)水平位移測(cè)量辦法來(lái)對(duì)土地分層的位移量進(jìn)行有效的測(cè)定，土地分層位移量反映著土地遭受破壞的嚴(yán)重程度，通過(guò)監(jiān)測(cè)該數(shù)據(jù)并采取相應(yīng)的措施來(lái)提升錄音的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的路基沉降現(xiàn)象。

2.3 地下水位處理

在高速公路的施工過(guò)程中常常會(huì)遇到因地下水位的影響所產(chǎn)生的路基沉降問(wèn)題，所以施工單位應(yīng)當(dāng)通過(guò)各類措施來(lái)降低地下水位對(duì)高速公路路基穩(wěn)定性所帶來(lái)的負(fù)面影響，常見(jiàn)的解決措施包含依照嚴(yán)格的分層碾壓順序來(lái)對(duì)路基進(jìn)行有效的碾壓，使得路基的穩(wěn)定性和承載能力得到有效的增強(qiáng)，此舉能夠有效的降低路基出現(xiàn)沉降的幾率。在對(duì)地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)如果地下水位超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)水位，就應(yīng)該對(duì)地下水位進(jìn)行有效的排除防止地下水位長(zhǎng)期浸泡使得地基出現(xiàn)性狀改變而產(chǎn)生的沉降問(wèn)題。常見(jiàn)的處理地下水位的方法是通過(guò)挖掘盲溝來(lái)排出地下水，如果路基本身已經(jīng)出現(xiàn)了程度較重的沉降現(xiàn)象，除了有效的排除地下水之外還應(yīng)當(dāng)對(duì)路基的軟土路段進(jìn)行有效的開(kāi)發(fā)置換工作，置換材料應(yīng)當(dāng)選擇比軟土地基性狀更好的材料來(lái)進(jìn)行回填。在進(jìn)行挖土的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)挖土的深度進(jìn)行有效的控制，要保證回填土壤具備較好的透水性，同時(shí)應(yīng)當(dāng)科學(xué)的控制填土速度并通過(guò)各類手段和措施來(lái)增強(qiáng)填土路基的均勻性和密度。

2.4 地基處理

我國(guó)高速公路在發(fā)展的過(guò)程中，依托各類先進(jìn)技術(shù)的不斷引入使得我國(guó)的高速公路建設(shè)水平獲得了較大的提升，在涉及到高速公路建設(shè)過(guò)程中所使用的不同材料以及技術(shù)和機(jī)械設(shè)備都可能會(huì)影響高速公路路基的總體質(zhì)量以及出現(xiàn)沉降的幾率。例如在進(jìn)行路基施工檢測(cè)的過(guò)程中同樣會(huì)涉及到如何對(duì)路基進(jìn)行處理和改良，避免土質(zhì)等地質(zhì)情況對(duì)高速公路路基產(chǎn)生質(zhì)量方面的影響。高速公路路基對(duì)公路交付使用后的交通運(yùn)輸安全產(chǎn)生了直接的影響，所以在進(jìn)行高速公路施工時(shí)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化路基處理技術(shù)，采用各類不同的技術(shù)手段來(lái)對(duì)軟土地基進(jìn)行有效的改造和提升，在選擇技術(shù)和設(shè)備以及材料的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況開(kāi)展技術(shù)材料選型，對(duì)于施工過(guò)程中所出現(xiàn)的惡劣地質(zhì)條件進(jìn)行有效的改良能夠提升高速公路的總體質(zhì)量，例如在具體的改良過(guò)程中可能會(huì)使用諸如排水固結(jié)法等相關(guān)措施和技術(shù)，改良技術(shù)的主要目標(biāo)是有效的降低土質(zhì)中所包含的水分，同時(shí)加強(qiáng)土質(zhì)的密度和均勻性使得土質(zhì)的承載能力和穩(wěn)定性得到有效提升。在選擇技術(shù)的過(guò)程中可以通過(guò)多種技術(shù)相結(jié)合的方式來(lái)對(duì)地基土質(zhì)進(jìn)行改造，以提升公路路基的總體質(zhì)量。

2.5 路壩處理

在開(kāi)展高速公路路基施工時(shí)，路壩的處理過(guò)程是重度公路路基施工流程中的重要環(huán)節(jié)，為了能夠有效的降低路壩所承擔(dān)的載荷，可以在選擇路壩材料的過(guò)程中盡量選擇輕質(zhì)材料，以此來(lái)降低地基所承受的總體載荷，這能夠有效的降低沉降出現(xiàn)幾率。有時(shí)在面對(duì)不同的土壤地質(zhì)環(huán)境下還可以選擇加筋路堤技術(shù)，通過(guò)在路基中加裝相應(yīng)的水平向晶體，使得土體和晶體之間產(chǎn)生有效的摩擦，當(dāng)晶體在承受來(lái)自路面車輛所帶來(lái)的外部應(yīng)力時(shí)，晶體和土體共同分擔(dān)了來(lái)自外部的力量，使得公路本身的承載能力得到有效的提升，也從另一種角度降低了沉降發(fā)生的幾率。

2.6 路基壓實(shí)流程

為了能夠有效的保證路基填充材料具備良好的密實(shí)度，就需要進(jìn)行路基壓實(shí)施工流程，這也是有效的降低路基出現(xiàn)沉降問(wèn)題的重要措施。具體的操作過(guò)程通常使用壓路機(jī)來(lái)對(duì)高速公路路基進(jìn)行碾壓，不同的高速公路路面需要選擇不同的壓路機(jī)噸位，在選擇噸位的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)依據(jù)高速公路路基的具體情況結(jié)合路面的填充材料來(lái)選擇壓路機(jī)噸位以獲得較好的路基面密實(shí)度，這是提升高速公路及載荷能力的重要措施，也是有效降低沉降出現(xiàn)幾率的施工方法，除了在選擇不同的公路要求所針對(duì)的壓實(shí)度之外，也需要依據(jù)不同的路面設(shè)計(jì)要求來(lái)選擇路面材料，以保證高速公路路面的壓實(shí)度符合施工設(shè)計(jì)要求。如果在進(jìn)行路基填筑的過(guò)程中無(wú)法獲得與施工設(shè)計(jì)要求相等的強(qiáng)度，可以通過(guò)在填筑材料中摻入相應(yīng)的穩(wěn)定性材料來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度提升過(guò)程，常見(jiàn)的有石灰等粗顆粒物體能夠有效的提升路基的壓實(shí)度。

2.7 路基防護(hù)技術(shù)

為了有效的提升高速公路整體的建筑質(zhì)量，還需要加強(qiáng)高速公路路基防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用水平，在高速公路路基防護(hù)技術(shù)中所常用的技術(shù)包含沖刷防護(hù)支擋防護(hù)衣坡面防護(hù)等多種不同的技術(shù)類型，其核心原理是通過(guò)錨桿錨索等相關(guān)工具在高速公路周邊的邊坡所形成的不同結(jié)構(gòu)類型來(lái)對(duì)公路路基進(jìn)行有效的防護(hù)。通過(guò)在地面上種植相應(yīng)的植被，使得植物的根系能夠有效的對(duì)邊坡進(jìn)行保護(hù)作用。有時(shí)為了避免地表水及地下水對(duì)路基產(chǎn)生的破壞可以通過(guò)沖刷防護(hù)設(shè)備如鐵絲石籠或擋土墻來(lái)對(duì)路基進(jìn)行防沖刷保護(hù)措施，這也能夠有效的降低路基出現(xiàn)沉降的幾率。

3、高速公路路基沉降控制技術(shù)

本合同段路基挖土方113.6041 萬(wàn)方，挖石方156.749 3 萬(wàn)方，挖除非適用材料18.1771 萬(wàn)方，路基填土方86.87萬(wàn)方，填石方163.4779 萬(wàn)方，改河、改路填土方2.3282萬(wàn)方。擬投入五個(gè)路基作業(yè)隊(duì)進(jìn)行土石方工程的施工，其具體的操作流程總結(jié)如下：

首先在準(zhǔn)備階段為了能夠有利于后續(xù)工程的有序開(kāi)展，事先進(jìn)行了周密的準(zhǔn)備工作計(jì)劃，通過(guò)對(duì)施工沿線的地質(zhì)環(huán)境以及氣候特征進(jìn)行詳細(xì)的勘察，制定了早期的施工方案以及針對(duì)地質(zhì)改良所提出的相關(guān)策略。并設(shè)置了相應(yīng)的試驗(yàn)路段來(lái)對(duì)該路段工程所涉及到的填充材料以及有關(guān)含水率和碾壓次數(shù)與碾壓質(zhì)量的關(guān)系驗(yàn)證過(guò)程，通過(guò)該試驗(yàn)路段的測(cè)試結(jié)果最終制定了全線施工方案。通過(guò)選擇和應(yīng)用較為先進(jìn)的高速公路施工設(shè)備來(lái)輔助提升高速公路施工的效率和質(zhì)量，同時(shí)指定相關(guān)管理人員對(duì)高速公路施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的各類問(wèn)題制定了相應(yīng)的預(yù)案以保證在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)的進(jìn)行處理。

在該工程具體的施工過(guò)程中，為了能夠有效的實(shí)現(xiàn)沉降控制目標(biāo)，首先是基于前期的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)以及工程的具體要求來(lái)完成填石路堤的施工流程，通過(guò)對(duì)路基中所采用的石塊進(jìn)行分層分步驟地填筑，并通過(guò)不斷調(diào)整的填筑方案使得石塊填筑層具備較好的緊密性和平穩(wěn)度，對(duì)填石路堤進(jìn)行合理的修筑，將石塊逐層水平填筑，分層厚度不宜大于500mm，石料強(qiáng)度不小于15MPa，石塊最大厚度不得超過(guò)壓實(shí)厚度的2/3，大面向下，小面向上，擺放平穩(wěn)，緊密靠攏，所有縫隙填以小石塊或石屑，并通過(guò)壓路機(jī)進(jìn)行灑水碾壓，然后再進(jìn)行土石混填以及軟石料填筑后再進(jìn)行碾壓等相關(guān)流程，在進(jìn)行相關(guān)流程的工作中要降低因鋪設(shè)過(guò)程以及材料問(wèn)題導(dǎo)致的沉降不均勻問(wèn)題。具體施工控制措施如下：

3.1 基底處理

基底路基在施工時(shí)首先要保證基底表面的平整，清除掉表面的垃圾以及樹(shù)根等雜物，同時(shí)壓實(shí)松散的土層，為后續(xù)的基底工作奠定良好的基礎(chǔ)。如果施工的土層是軟土層的話，就額外需要進(jìn)行換填處理并壓實(shí)。填石路基大部分都是由石料和顆粒土的成分，但是要是石料的成分占比高于顆粒土，保證路基結(jié)構(gòu)的均勻性，確保填石路基施工的效果。

3.2 邊坡碼砌

邊坡碼砌在填石路基施工工作中起到對(duì)邊坡防護(hù)的作用，作為做廣泛使用的防護(hù)形式，它通過(guò)分段碼砌的施工方法可以有效的控制施工縫。在進(jìn)行邊坡碼砌施工時(shí)要對(duì)材料進(jìn)行選擇，選擇材料的原則是石料需要有一定的強(qiáng)度且不易被風(fēng)化，同時(shí)直徑要控制在20～70cm，在進(jìn)行填充時(shí)要控制填料的密度，禁止使用層鋪法要是石料之間緊密接觸，并對(duì)石料縫隙進(jìn)行填充。為了確保邊坡的安全性，必要時(shí)要增加石料的使用以增加防護(hù)的厚度。如果邊坡跨度超過(guò)10m，應(yīng)該通過(guò)設(shè)置平臺(tái)起到過(guò)度的作用。在進(jìn)行邊坡碼砌施工時(shí)有兩種施工方法可以選擇是先填后碼與先碼后填。兩種方式各有優(yōu)勢(shì)，采用先填后碼的方式可以有效的縮短工期，避免填料直徑不符的問(wèn)題，但是會(huì)增加刷坡的難度，并且如果施工未確保碼砌邊坡與路基結(jié)合的緊密性問(wèn)題，就容易使邊坡滑落坍塌；先碼后填能夠有效解決路基的側(cè)向變形問(wèn)題，提高邊坡與路基結(jié)合的緊密性，但是這個(gè)方法會(huì)增加投入的成本，而且會(huì)出現(xiàn)在對(duì)路基進(jìn)行震動(dòng)壓實(shí)時(shí)出現(xiàn)變形的問(wèn)題。

3.3 排水處理

由于填石路基施工采用的是大顆粒的石料，雨水非常容易順著石料縫隙進(jìn)入內(nèi)部，同時(shí)地下水水位升高時(shí)也可以進(jìn)入石料內(nèi)部，這些水分可能破壞路基的穩(wěn)定性。因此在對(duì)路基進(jìn)行施工時(shí)要有良好的排水系統(tǒng)，例如設(shè)置透水層和隔水層，避免雨水和地下水的侵蝕。

3.4 材料攤鋪

將石料均勻的鋪在路基上以后要對(duì)不平整的地方進(jìn)行調(diào)整，方便后續(xù)步驟的進(jìn)行。為了保證路基壓實(shí)的效果達(dá)到預(yù)期，在進(jìn)行填充時(shí)大直徑的石料應(yīng)該處于底部，較小的石料則處于表面，在進(jìn)行壓實(shí)工作時(shí)，小顆粒的石料能夠有效填充大石料的縫隙，提高路基的穩(wěn)定性。

3.5 路基壓實(shí)

路基壓實(shí)工作需要用到大噸位壓路機(jī)，嚴(yán)格對(duì)壓路機(jī)的速度進(jìn)行控制，在整個(gè)施工過(guò)程中要以緩慢的速度進(jìn)行，碾壓步驟分為靜壓→振壓→靜壓三步。在不同的路段碾壓方向上也有區(qū)別，普通路段由兩側(cè)向中間進(jìn)行碾壓，而超高路段由低往高處進(jìn)行，為了保證邊坡與路基的連接，應(yīng)使用小型壓實(shí)機(jī)設(shè)備進(jìn)行碾壓，確保路基與邊坡的壓實(shí)度。

該區(qū)域沉降量觀測(cè)圖如圖1。

圖1 路基沉降量變化圖

根據(jù)該曲線圖可看出，在進(jìn)行沉降控制施工后，該項(xiàng)目的路基沉降量得到了控制，五個(gè)月沉降量控制在0.1mm以內(nèi)，符合高速公路路基沉降控制要求，因此該項(xiàng)目的路基沉降施工方案有效。

結(jié)語(yǔ)：

目前高速公路工程在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活中發(fā)揮的作用越來(lái)越重大，隨著交通運(yùn)輸領(lǐng)域的茁壯發(fā)展，和廣大民眾出行需求的不斷提高，人們對(duì)高速公路工程質(zhì)量的要求高越來(lái)越高，鑒于高速公路路基沉降問(wèn)題，會(huì)帶來(lái)多種多樣的不良后果，為了避免該種問(wèn)題的出現(xiàn)，我們應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)高速公路路基沉降施工控制技術(shù)研究，以便為高速公路工程建設(shè)提供有效的技術(shù)參考。