高速公路路基施工與沉降控制分析

劉學(xué)青

山西交通控股集團有限公司太舊高速公路分公司 山西太原 030000

質(zhì)量與安全是工程項目施工的第一要素，高速公路工程項目往往規(guī)模大，工期長，施工環(huán)境中影響因素多，工程使用時間長等特點，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，很容引發(fā)嚴重安全事故，并造成極大的不良社會影響，對于我國道路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展也是非常不利的。正因此，在高速公路工程項目施工中，把握質(zhì)量與安全控制要點，落實好基礎(chǔ)環(huán)節(jié)施工，具有很大必要性。路基施工作為高速公路施工的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在路基施工中加強質(zhì)量管理，做好沉降控制分析，也是工程參與單位的必然選擇。

1 高速公路路基施工特點

1.1 施工規(guī)模大，工作面廣

高速公路是重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，高速公路工程的建設(shè)，往往線路長，工程量巨大，這也就導(dǎo)致高速公路路基施工也有著較大規(guī)模。高速公路路基施工需要進行大量土方挖掘、回填，一些區(qū)域還涉及高填方施工，道路橋梁施工，相較于城市內(nèi)部道路工程，以及普通公路施工，也有著更大的施工規(guī)模，因此施工周期也往往較長，并且整體資金投入量巨大。由于高速公路線路長，施工規(guī)模大，跨越區(qū)域廣，作業(yè)面范圍也非常廣。

1.2 露天作業(yè)，干擾因素多

高速公路工程是連接不同區(qū)域的交通命脈，施工和運行環(huán)境都是完全在野外，因此，高速公路路基施工也具備露天作業(yè)、干擾因素多的特點。高速公路路基施工長期在露天環(huán)境下開展，要受到多方面因素干擾，其最直接的干擾就來源于自然環(huán)境與氣候。如植被分布影響高速公路路線選擇，自然地質(zhì)環(huán)境影響高速公路路基施工的基礎(chǔ)條件，地下水環(huán)境影響路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，氣溫和降水影響路基施工的正常開展及進度，還有一系列自然災(zāi)害不僅可能導(dǎo)致路基施工中斷，還可能給施工人員的安全帶來威脅。除自然因素外，一些路段原有地上、地下結(jié)構(gòu)物或設(shè)施設(shè)備，也可能影響路基施工的推進[1]。

1.3 涉及施工項目較多

高速公路路基施工中，要涉及眾多施工項目，除了路基主體結(jié)構(gòu)施工項目外，還涉及到土方工程、擋土墻、防排水、涵洞、橋梁、邊坡等。在實際施工中，必須要不同施工項目合理分工，協(xié)調(diào)配合，保質(zhì)保量落實好各自項目內(nèi)容，才能保證高速公路路基工程整體的施工進度和質(zhì)量。因此，對各施工項目的推進和質(zhì)量把控，項目之間的協(xié)調(diào)和銜接，也是高速公路路基施工中的重要內(nèi)容。

1.4 以機械化作業(yè)為主

高速公路路基施工規(guī)模大，其施工量很難通過人工作業(yè)來完成，并且涉及大量不同的施工項目，以及復(fù)雜的施工環(huán)節(jié)，為保證施工進度和質(zhì)量，在絕大多數(shù)此類工程中，都采取以機械化作業(yè)為主，人工為輔的施工方式。通過大量大量機械的配合，完成土方挖掘、材料運輸、路基降水、原材料加工、填料攤鋪、土體壓實、鉆孔、軟土攪拌、噴樁加固等各類工作，不僅保證施工效率，提升部分項目的施工效果，還能減輕人員工作壓力，并減少人力需求，整體節(jié)約成本。而部分情況下，因機械不便施工，或需要準(zhǔn)確控制精度，則要由人工進行作業(yè)，或輔助配合機械施工，以確保施工質(zhì)量[2]。

1.5 對施工質(zhì)量要求高

高速公路路基施工對施工質(zhì)量有著很高要求。一方面，高速公路工程承載著重要的交通運輸任務(wù)，也是各類車輛運行的基礎(chǔ)條件。高速公路上車輛行駛速度快，一旦公路工程存在質(zhì)量問題，出現(xiàn)各類病害，很容易導(dǎo)致嚴重交通事故的發(fā)生，造成人員或財產(chǎn)損失，還將導(dǎo)致負面社會影響，因此，對高速公路工程的建設(shè)質(zhì)量，要給與高要求。另一方面，路基施工是高速公路工程建設(shè)的基礎(chǔ)部分，其施工質(zhì)量直接關(guān)系高速公路整體建設(shè)質(zhì)量，只有對路基施工質(zhì)量給與高要求，才能保證高速公路的建設(shè)質(zhì)量。此外，高速公路工程投入巨大，效益周期長，如路基工程施工質(zhì)量差，將影響工程使用壽命，增加施工中的質(zhì)量缺陷處理、返工，以及投入使用后的養(yǎng)護維修成本，影響工程整體效益，因而必須對路基施工質(zhì)量做高要求。

2 高速公路路基沉降的主要原因

2.1 地基不良土體導(dǎo)致的沉降

高速公路所選路段一般為遠離城鎮(zhèn)主要區(qū)域，不影響百姓生活的野外，且路線規(guī)劃往往較長，會穿過不同地質(zhì)條件區(qū)域，部分區(qū)域地基中存在大量不良土質(zhì)，如濕陷性黃土、液化土、松散砂土、紅黏土、腐殖土等。這些土壤在性質(zhì)上承載力弱，強度不足，不能保證地基整體結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性，如忽視此類土體的性質(zhì)，未采取有效措施進行土壤更換或加固處理，直接碾壓進行路基施工，將導(dǎo)致路基因不良土體特性影響，出現(xiàn)較大幅度的沉降，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)改變，還可能引發(fā)路面變形，導(dǎo)致其他病害出現(xiàn)。

2.2 潮濕降水因素導(dǎo)致的沉降

潮濕降水因素的影響也是高速公路路基沉降的重要原因。在一些氣候潮濕地區(qū)，地下水豐富，土壤含水量整體較高，土質(zhì)濕潤軟弱，粘性較大，在進行路基建設(shè)時，如處理不當(dāng)，可能因為土壤水含量的變化，軟弱土質(zhì)承載力不足，導(dǎo)致路基發(fā)生沉降。同時，持續(xù)降水可能導(dǎo)致地表水和地下水侵入路基土體，在雨水沖擊下，以及地下水動態(tài)變化下，對路基土體造成沖刷，部分土體流失，路基土體含水量快速變化，加之水分長期侵蝕，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，進而造成沉降現(xiàn)象的發(fā)生。相對氣候干燥，降水較少的區(qū)域，路基沉降問題的發(fā)生率則偏少[3]。

2.3 路基填料不合格導(dǎo)致的沉降

路基填料是否合格，直接關(guān)系到路基施工質(zhì)量，也是導(dǎo)致高速公路路基沉降問題的重要因素之一。一方面，施工中選用劣質(zhì)填料，如含有各類劣質(zhì)土成分，土料粉碎不到位，有較多大土塊，以及凍土塊，這樣的填料性質(zhì)不能滿足施工要求，將難以達到理想的強度，也難以保證路基壓實后的承載力，更容易出現(xiàn)沉降。另一方面，填料的規(guī)格不達標(biāo)，如所適用的石料粒徑不均勻，大小規(guī)格差異過大，填筑后可能在填料間留下較大的空隙，這些大空隙的會增加細小填料被雨水或地下水沖刷走的幾率，也更容易使水分侵蝕到地基結(jié)構(gòu)中，增加沉降發(fā)生幾率。

2.4 路基壓實不達標(biāo)導(dǎo)致的沉降

壓實是路基施工的重要內(nèi)容，路基土體的壓實度，將直接影響沉降量和沉降發(fā)生幾率。一些高速公路工程中，又有對路基壓實操作不規(guī)范，壓實質(zhì)量不達標(biāo)，導(dǎo)致路基土體結(jié)構(gòu)不夠緊密，承載能力弱，強度不足，穩(wěn)定性不強，在高速公路使用中，出現(xiàn)路基沉降、失穩(wěn)等問題。如在壓實作業(yè)時不能嚴格按照規(guī)范控制單層壓實厚度，壓實操作順序不當(dāng)，不同填料混合，或壓實機械設(shè)備選用不當(dāng)，碾壓遍數(shù)和時間不足，都可能導(dǎo)致壓實度不達標(biāo)。此外，碾壓完成后不嚴格進行壓實度檢測，也會導(dǎo)致壓實度不達標(biāo)部分得不到及時處理，給此后沉降問題發(fā)生埋下隱患。

2.5 交通運行因素導(dǎo)致的沉降

交通運行所產(chǎn)生的荷載，也是造成高速公路沉降問題的原因之一。高速公路每天要承載大量車輛的運行，高速公路設(shè)計上往往會考慮交通運量需求，并對車流量和車輛載重做出限制。但部分路段可能出現(xiàn)車輛違規(guī)超載的情況，增加對道路的損耗和沖擊，尤其是車輛因地面條件出現(xiàn)不同程度跳躍的情況下，車輪落地造成反復(fù)沖擊，導(dǎo)致路基實際荷載超出設(shè)計范圍，容易造成相應(yīng)區(qū)域的沉降發(fā)生。同時，車流量過大，導(dǎo)致交通擁堵時，多發(fā)擁堵路段，路基承受荷載較大，也容易出現(xiàn)路基沉降問題。

3 高速公路路基沉降的防范與控制策略

3.1 做好路基不良土體的處理

高速公路路基工程施工中，要做好不良土體的處理。針對路基不良土體，可根據(jù)土體性質(zhì)及處理難度選擇不同的處理措施。土質(zhì)松軟，但可以加固達到使用需求的，可采取強夯法，將土體夯實，強化整體結(jié)構(gòu)強度，以減少松軟土質(zhì)導(dǎo)致的沉降。土壤含水量大，不利于路基建設(shè)的，應(yīng)先進行降水、排水，通過水平和垂直排水系統(tǒng)的設(shè)置，降低土體含水量，讓土體自然沉降，讓土壤固結(jié)，再進行壓實，提升土體強度。還可在原有不良土質(zhì)中，加入沙土、灰土等能夠改良土壤性質(zhì)的成分，優(yōu)化土體結(jié)構(gòu)，使其達到路基施工的要求，但這種方式不適合軟黏土的改良。對于不能有效改良的土體，則需要采取換土的方式，將不良土體挖除，填入符合要求的優(yōu)良土壤，在進行路基施工。

3.2 做好防、排水系統(tǒng)設(shè)計及養(yǎng)護

高速公路路基工程在長期使用中，受到潮濕降水因素的影響是較大的，在施工前就要結(jié)合地區(qū)氣候環(huán)境條件，科學(xué)做好防、排水系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計時，要確定好防、排水主要方式，確定防、排水結(jié)構(gòu)、設(shè)施的分布點位，對防、排水結(jié)構(gòu)、設(shè)施的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也要予以確定。施工中嚴格按照設(shè)計落實防、排水系統(tǒng)的建設(shè)施工，防、排水結(jié)構(gòu)、設(shè)施的材料要確保質(zhì)量合格、規(guī)格達標(biāo)，滿足長期使用需求。高速公路路基防、排水系統(tǒng)在使用中，可能出現(xiàn)損壞、老化、管道堵塞等問題，影響防、排水功能發(fā)揮。對此要在使用中做好對防、排水系統(tǒng)的檢修養(yǎng)護，及時修復(fù)損壞部分，更換老化不能使用的部件，并清理堵塞管道，保證防、排水系統(tǒng)正常運行，防控路基沉降問題的發(fā)生。

3.3 加強路基填料的質(zhì)量管理

高速公路路基填料的選用上，要嚴把填料質(zhì)量關(guān)。在選擇填料時，要根據(jù)工程實際情況，設(shè)計要求，不同填料性質(zhì)特征，科學(xué)選擇優(yōu)質(zhì)的填料。填料使用前，要安排專門人員對填料進行檢查，對于發(fā)現(xiàn)混入劣質(zhì)土成分的填料要進行更換。填料規(guī)格要符合施工規(guī)范要求，同類填料在粒徑差異上要保持均勻，避免粒徑差異過大造成路基出現(xiàn)大空隙。土料中的較大土塊可重新進行粉碎后，混入原有土料中使用。對于凍土塊，如符合使用要求，并且有必要使用時，可利用機械設(shè)備粉碎后使用。填料中應(yīng)避免混入其他雜質(zhì)，少量混入雜質(zhì)應(yīng)清除干凈后，在進行填筑使用。此外，所選填料要保證性質(zhì)穩(wěn)定，以避免填料性質(zhì)改變造成路基沉降。

3.4 確保路基壓實作業(yè)的質(zhì)量

壓實效果決定路基穩(wěn)定性，在高速公路路基施工中，要確保路基壓實作業(yè)的質(zhì)量。在預(yù)壓環(huán)節(jié)，要合理把控路基預(yù)壓的時間，通過科學(xué)充分的預(yù)壓，提升路基結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性，從而對荷載進行有效控制。路基預(yù)壓時間普通路段以6個月為宜，橋頭路段以8個月為宜，具體實踐要結(jié)合實際條件調(diào)整。壓實作業(yè)中，要合理選擇壓實機械，并嚴格控制好碾壓層厚，遵循逐層逐段攤鋪碾壓的規(guī)則，有序施工。攤鋪填料時，層厚不宜過后，以免影響壓實效果。碾壓遍數(shù)和時間要符合要求，碾壓完成后，還應(yīng)利用專業(yè)儀器設(shè)備對壓實度進行檢測，對于壓實度不達標(biāo)，要重復(fù)碾壓，保證整體壓實效果。通過保證壓實作業(yè)質(zhì)量，確保路基結(jié)構(gòu)整體強度、穩(wěn)定性、抗性滿足工程標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對路基沉降的控制。

3.5 加強高速公路交通監(jiān)督管理

在高速公路交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上，要從長遠角度做好流量設(shè)計，協(xié)調(diào)好不同路段的流量分布，在保證高速公路所連接區(qū)域交通運行需求得到滿足同時，避免流量過于集中、交通擁堵的情況，控制交通運行對路基結(jié)構(gòu)的荷載壓力。加大對違規(guī)超載現(xiàn)象的處罰打擊力度。嚴抓嚴打車輛超載，提高超載處罰力度，增加超載違規(guī)成本，完善各路段交通視頻監(jiān)控覆蓋范圍，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，職能識別超載車輛，及時跟蹤攔截，減少超載對道路工程的危害。對已出現(xiàn)的路基沉降、路面損壞情況進行及時修復(fù)，避免輕微沉降損壞發(fā)展成嚴重病害，防控嚴重沉降問題的出現(xiàn)。

4 結(jié)語

保證高速公路路基施工質(zhì)量具有重要意義，在實際施工中，施工單位及人員要嚴格把握路基施工技術(shù)要點，保證施工規(guī)范性、可靠性，嚴把工程質(zhì)量關(guān)。針對路基沉降問題，要提前做好沉降分析，針對可能造成沉降的原因，科學(xué)采取措施，控制沉降問題的發(fā)生，對已出現(xiàn)的沉降問題，及時進行處理，降低其危害程度，避免對高速公路后續(xù)施工的影響，也防止給未來投入使用后的安全性、可靠性埋下隱患，保證高速公路建設(shè)質(zhì)量，促進其經(jīng)濟和社會效益的實現(xiàn)。