基于實體工程的高速公路下面層結構優(yōu)化研究

孫堅

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

高速公路作為公路交通網(wǎng)絡的重要組成部分，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著越來越重要的作用。高速公路下面層結構是保障高速公路安全和使用壽命的關鍵因素之一。然而，在實際建設過程中，由于設計和施工水平的不足，高速公路下面層結構面臨著一系列問題，如承載力不足、排水不暢、穩(wěn)定性差等。為解決這些問題，必須采取有效的優(yōu)化措施，保障高速公路的順利建設和運營。

1 高速公路下面層結構的功能

下面層結構是高速公路的基礎工程，是高速公路設計、建設和運行的重要部分。通過優(yōu)化結構設計、合理選材，下面層結構發(fā)揮多種功能，確保高速公路的安全、穩(wěn)定、舒適運行。重點圍繞高速公路下面層結構的功能進行分析和討論。

1.1 承載荷載的功能

高速公路下面層結構的主要功能之一是承載荷載，是支撐高速公路路面的重要基礎。承載荷載是指在高速公路運營過程中，由車輛荷載對路面施加的力量。在這種情況下，高速公路下面層結構需要從路面向下傳遞荷載，使荷載均勻地分散在每一層結構上，同時減小路面的振動和破壞。下面層結構的設計及材料的選用對荷載承載能力的大小、穩(wěn)定性和均勻性有很大影響。因此，為保證高速公路的運行和安全，下面層結構必須具備足夠的承載能力和良好的可靠性[1]。

1.2 排水防水的功能

高速公路下面層結構的另一個重要功能是排水防水。隨著大氣降水、高速公路施工過程中的水分及地下水的影響，高速公路下面層結構中的水分滲透問題日益突出。如果不能有效地排水、防水，就會影響高速公路在一些惡劣的氣候環(huán)境下的運行效果。因此，高速公路下面層結構必須具有良好的排水和防水功能的結構系統(tǒng)，這些結構包括：排水溝、排水管和各種滲透防水層等，通過這些結構，可以實現(xiàn)排水和防水，保證高速公路的安全和穩(wěn)定性。

1.3 穩(wěn)定支撐的功能

高速公路下面層結構的另一個重要功能是穩(wěn)定支撐。這意味著下面層結構必須能夠穩(wěn)定支撐上面的結構，保證路面的平整度、垂直度、無裂縫等高要求。支撐性能與下面層的結構設計、材料選擇、架構布局等有關。在下面層的結構設計中，必須考慮到地質(zhì)條件、水文條件等一系列因素，對設計參數(shù)進行優(yōu)化。例如，在軟土地區(qū)的設計中，因軟土抗沉降能力差，可能需要更穩(wěn)固的支撐方式和更嚴格的參數(shù)控制[2]。

2 高速公路下面層結構設計的弊端

高速公路是現(xiàn)代化交通建設不可或缺的一部分，而其下面層結構的設計則是支撐整個公路系統(tǒng)運營的關鍵部分。然而，在實際應用中，該設計存在一些弊端。下面將從以下四個方面進行論述，并提出相應的解決策略。

2.1 設計理論偏離實際，缺乏足夠的技術支持

在高速公路下面層結構的設計中，實際施工與設計理論存在一定脫節(jié)。盡管該設計從經(jīng)驗到理論已經(jīng)得到不斷加強，但是由于復雜的土壤結構、地下水位等問題，實際施工過程中經(jīng)常會遇到各種困難與挑戰(zhàn)，給設計和施工帶來風險和不確定性。因此，設計理論與實際過程之間沒有深入結合，導致一些設計缺陷和施工質(zhì)量問題的發(fā)生。

解決策略：加強現(xiàn)場施工與理論設計的結合，加強技術支持。為解決這個問題，需要在實際高速公路建設過程中，加強實際施工與理論設計的結合。設計理論應深入研究高速公路下面層結構各項參數(shù)的優(yōu)化方案，同時在施工現(xiàn)場，開展相關崗位技術交流和培訓，提高施工人員的專業(yè)技術水平。有效地加強技術支持，優(yōu)化設計理論，提高設計質(zhì)量和施工效率，有效減少設計缺陷和施工質(zhì)量問題的發(fā)生。另外，加強現(xiàn)場施工與理論設計的結合不僅是一項技術問題，也涉及一些管理和政策問題，相關部門應加大對高速公路建設和維護的投入與支持，提供良好的政策環(huán)境和切實可行的政策措施，為加強施工與設計的結合提供有力保障[3]。

2.2 過度依賴經(jīng)驗和定型化施工，存在同質(zhì)化問題

高速公路下面層結構實際施工過程中，經(jīng)常使用一些近似模型和定型化的方案，這些模型和方案通常是根據(jù)多年經(jīng)驗總結出來的，具有一定的可行性和適應性。然而，這種方式容易導致同質(zhì)化問題出現(xiàn)，降低了高速公路下面層結構的創(chuàng)新性和個性化，而且這些模型和方案也容易受到其他因素的影響，比如工程地質(zhì)情況的變化、施工人員的素質(zhì)、設備等因素，容易影響高速公路下面層結構的整體質(zhì)量。

解決策略：強化科技和創(chuàng)新，加強定制化施工和質(zhì)量監(jiān)控。首先，需要強化科技創(chuàng)新，探究新型材料和技術，并挖掘全新的施工方案和模型，以創(chuàng)造更加實用和創(chuàng)新的設計。這樣可以提高施工的靈活性，使其更加符合現(xiàn)代化的建設要求。其次，需要加強定制化施工和質(zhì)量監(jiān)控，針對每個施工現(xiàn)場的具體條件量身定制施工方案，并采取不同的建設模式和標準。同時，需要加強質(zhì)量監(jiān)控，并對技術人員進行培訓，利用現(xiàn)代先進設備進行巡檢，全面把握工程施工全過程的質(zhì)量指標。這樣可以提高整個工程的施工質(zhì)量，降低出現(xiàn)問題的概率。最后，需要注重溝通和協(xié)作，不僅是團隊內(nèi)部的協(xié)作，也包括與客戶和相關方面的協(xié)作。這可以更好地理解客戶和其他相關方的需求，避免出現(xiàn)不必要的問題，以實現(xiàn)高質(zhì)量的工程施工。

2.3 對環(huán)境和土地的保護不到位，對自然生態(tài)造成一定破壞

在高速公路下面層結構的設計和施工過程中，存在破壞自然生態(tài)環(huán)境的情況，給土地資源和水資源帶來不良影響。此外，大規(guī)模的破土、挖土和物資運輸也會給大氣環(huán)境產(chǎn)生一定污染。

解決策略：加強環(huán)保意識、改良技術措施。首先，在進行路線設計時，應盡可能減少對地質(zhì)構造和自然生態(tài)的影響，遵循“綠色施工”的原則，加強土地復墾、植樹護坡、水源保護等環(huán)保工作的投入。最大限度地減少施工過程對自然環(huán)境的破壞，同時還能保護生態(tài)環(huán)境，維護生態(tài)平衡。其次，在高速公路下面層結構的施工過程中，可以采用先進的污染清理技術，嚴格執(zhí)行強制性環(huán)保規(guī)定，以確保施工過程中對環(huán)境造成的污染最小化。最后，在施工完成后，還需要進行環(huán)境恢復工作，恢復原有的生態(tài)狀態(tài)。

2.4 安全和維護工作不足，存在安全隱患

在高速公路下面層結構的設計和施工過程中，安全問題一直是一大焦點。不僅在設計、施工過程中需注意安全問題，更重要的是在使用和維護過程中，也需要加強安全管理。

解決策略：加強安全管理和維護保養(yǎng)。首先，在設計和施工過程中，必須合理設置安全防護設施，采取合理的施工方法，加強旁站巡檢等，減少安全事故的發(fā)生。在設計過程中，需要考慮到地震、風化、水土流失等自然災害以及車輛超載、超速行駛等人為因素帶來的影響，作出科學合理的設計方案。在施工過程中，加強對人員和設備的管理，嚴格遵守安全規(guī)章制度，以確保建設過程安全可控。其次，在公路使用期間，加強路面的檢測、維護和保養(yǎng)，并開展常規(guī)巡查和緊急維修等工作，確保道路的安全運行。公路使用過程中，需要對路面進行定期檢測和維護，及時修補路面各種缺陷，控制道路病害發(fā)展速度，確保路面平整、無凹凸，保證車輛安全行駛。同時，加強路面的清潔和排水工作，防止積水及積雪滯留，降低交通事故風險。最后，在公路使用過程中還需加強機電設施、交通標志牌以及路燈等設施的維護管理，確保設施完好，達到使用標準，以防止設施失效而產(chǎn)生安全隱患。

3 基于實體工程的高速公路下面層結構優(yōu)化方案

在設計實體工程的下面層結構優(yōu)化方案時，可以從以下四個方面入手：

3.1 選擇合適的基礎材料

實體工程的下面層結構施工中，選用合適的基礎土工材料是非常重要的一環(huán)，直接影響結構的承載能力和整體穩(wěn)定性。因此，進行下面層結構優(yōu)化時，需要綜合考慮地下水位、土層性質(zhì)、地質(zhì)構造等因素，選擇最適合的基礎土工材料。在實體工程中，基礎土工材料一般分為軟土和硬土兩類。軟土通常容易發(fā)生沉降、滲漏等問題，因此在選用時需要特別注意。當?shù)叵滤惠^高時，可以選擇防滲性能好的黏土作為基礎土工材料。黏土吸水能力很強，因此具有良好的防滲性能，可有效防止水分滲透到結構下部，減緩乃至防止軟土發(fā)生沉降。此外，黏土還具有較好的黏結力和抗剪強度，有利于增強土體的穩(wěn)定性。相對于其他軟土，黏土的穩(wěn)定性較高，不易發(fā)生沉降等問題。硬土是指相對密實的土壤，通常具有較高的承載能力和穩(wěn)定性。在土層為砂質(zhì)土或礫石土時，可以選擇硬土來加固土體。硬土可以通過摻入水泥等膠結材料來提升其強度和穩(wěn)定性，使其具有更好的承載能力和抗側(cè)向變形性能。

此外，硬土可以有效防止沉降和滲漏等問題，是比較可靠的基礎土工材料之一。根據(jù)實際情況選擇合適的基礎土工材料非常重要。例如，在廣州新白云機場道路工程中，通過對地下水位、土層性質(zhì)等因素的分析，最終選擇黏土作為基礎土工材料，能夠保證道路工程的承載能力和穩(wěn)定性，防止軟土沉降、滲漏等問題發(fā)生，同時也能增強基礎結構的穩(wěn)定性。因此，在選擇基礎土工材料時，需要綜合分析各種因素，以確保選用的基礎土工材料具有良好的防滲性能、承載能力和穩(wěn)定性。

3.2 改善土體的穩(wěn)定性

在實體工程的下面層結構中，土體的穩(wěn)定性是關乎工程安全的重要因素。土體不穩(wěn)定會引發(fā)嚴重的工程安全事故。因此，在進行下面層結構的優(yōu)化時，需要綜合考慮各種因素，采取有效措施改善土體的穩(wěn)定性，提升整體結構的安全性。改善土體穩(wěn)定性的方法有多種，可以采用高強度的土工材料、增加土工格柵、搭設土工布等方式來加固土體。這些方法既可以有效提升土體的穩(wěn)定性，又能夠保證工程的可靠性和安全性。

例如，在某高速公路橋梁工程中，由于設計荷載較大，土體較容易產(chǎn)生不穩(wěn)定情況。經(jīng)過分析后，工程師決定采用增加土工格柵的方法來加固土體。這種方法不僅能夠提高土體的穩(wěn)定性，還能夠保證整個工程的安全可靠。同時，可以通過改變土體的結構來提高其穩(wěn)定性。

此外，還可以采用一些先進的技術來改善土體的穩(wěn)定性。比如，采用數(shù)值模擬技術可以在一定程度上預測土體的穩(wěn)定性，進而采取相應的措施加以解決。這種方法可以大幅度提升土體的穩(wěn)定性，從而保障工程的安全性和可靠性。

3.3 提高排水性能

在實體工程的下面層結構中，排水能力是至關重要的。這是因為受自然條件影響，如降雨等，容易導致土體內(nèi)部積水，降低整體結構的穩(wěn)定性。對于大多數(shù)實體工程而言，如高速公路、橋梁、建筑物等，在進行下面層結構的優(yōu)化時，需要重點考慮排水性能的提高。提高排水性能的方法包括采用排水管、填筑石子等。排水管可以將積水引導至指定的排水渠道，起到將水排出結構的作用；填筑石子則可以提高土體的通透性，從而使土體內(nèi)部的積水得以更有效地排出。

另外，對于某些情況下需要對土體進行加密或加強的結構，也可以在填筑石子的同時，混入一定量的水泥或混凝土，以提高整體結構的穩(wěn)定性和堅固度。例如，某一道路工程中采用了排水管和填筑石子的方法來提高排水性能。在經(jīng)歷了暴雨等極端天氣后，該工程的積水情況得到有效控制，土體內(nèi)部排水效果更佳，從而增加整體結構的穩(wěn)定性。這種方法還可以用于其他實體工程，如大型水庫、廢棄物填埋場等。除了采用上述措施外，還可以通過改善土體的基本性質(zhì)來提高排水性能。例如，在進行土體填筑前，對土體進行相關處理，去除土體中的雜質(zhì)、提高土壤密度。使土體更堅實，因此更加耐用，并且更容易排水。此外，在考慮提高排水性能的同時，還需要重視工程維護。對于一些長期運行的設施和工程，如水庫、大壩等，每年都需要進行定期的維修和保養(yǎng)，以保持其良好的排水性能和穩(wěn)定性。

3.4 加強土體的強度

在高速公路下面層結構的建設中，土體的強度是非常關鍵的性能指標。這是由于土體強度會直接影響工程的承重能力和整體穩(wěn)定性。因此，為保證下面層結構的質(zhì)量，必須加強土體的強度能力。

首先，可以考慮加入適量的黏性土。黏性土是一種微粒大小介于黏土和砂之間的黏性土壤，黏性土的主要特點是吸水性好、抗壓性強，能夠有效提高土體的強度。當黏性土被添加到混凝土中時，可以有效地提高混凝土的耐磨性和壓縮強度，使土體更加牢固。

其次，可以考慮增加土工格柵。土工格柵是一種新型的材料，其主要作用是增強土體的強度和穩(wěn)定性。土工格柵的結構簡單，易于施工，可以有效地抵抗土體裂縫和變形。當土工格柵被應用到深層土體中時，可以有效地加強土體的強度和穩(wěn)定性，使整體工程更加牢固可靠。

4 結語

高速公路下面層是保障公路安全穩(wěn)定運行至關重要的因素，針對當前存在的一些不足，基于實體工程高速公路下面層結構的優(yōu)化方案具有重要的實踐意義和應用前景。通過加強土體的穩(wěn)定性、提高排水性能和加強土體的強度等方法，可以有效提高高速公路下面層結構的安全性、耐久性和經(jīng)濟性，為高速公路的穩(wěn)定運行提供有力的保障。