高速公路改擴建新舊路基差異沉降影響因素分析

張濤

（四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610000）

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，高速公路改擴建工程在城鄉(xiāng)交通建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。然而，高速公路改擴建工程在新舊路基差異較大的情況下將面臨沉降問題的挑戰(zhàn)。因此，為確保高速公路改擴建工程的安全性和穩(wěn)定性，文章將深入分析新舊路基沉降的影響因素，并采取相應(yīng)的控制措施，以期推動高速公路事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 新舊路基差異引起的沉降影響因素分析

1.1 填筑材料對沉降的影響

填筑材料主要分為土方和石方。首先，土方填筑的沉降主要受土壤類型及其工程特性的影響，不同類型的土壤具有不同的壓縮性和可變性，因此會引起不同程度的沉降。對于黏性土、淤泥及軟土等容易發(fā)生擠壓變形的土壤，填筑后可能出現(xiàn)較大的壓縮沉降；對于砂礫土和砂質(zhì)土等顆粒間隙較大的土壤，則可能產(chǎn)生較小的沉降。此外，填筑工程中土方的加固措施可能對沉降產(chǎn)生影響，如土方夯實、預(yù)壓等方法可以減少沉降。其次，石方填筑的沉降主要與石方的密實度和顆粒級配有關(guān)，砂石填筑由于顆粒間隙較小、密實度較高，與土方填筑相比，其沉降影響更小。同時，石方填筑可以提供更堅實的基礎(chǔ)，降低沉降風(fēng)險，對于較軟土層，可以選擇采用石方填筑并進行適當(dāng)壓實，以增強路基的穩(wěn)定性。除土方和石方材料，其他諸如灌土、墊層材料等填筑材料也可能對沉降產(chǎn)生影響，其影響因素包括材料的物理和工程特性，如密實度、可塑性、含水量等，因此施工單位應(yīng)根據(jù)路基工程條件合理選擇填筑材料，以減小填筑過程中產(chǎn)生的沉降。

1.2 路基結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方式對沉降的影響

在進行路基結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方式選擇時，合理的路基結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減少沉降的發(fā)生概率和幅度。首先，在設(shè)計階段，施工單位需要充分考慮路基土層的力學(xué)性質(zhì)、水文特性以及地質(zhì)環(huán)境等因素，對于軟弱地基、巖石地基或填方路基等不同類型的路基，需要采用相應(yīng)的設(shè)計方法和加固措施，以提高路基的承載能力和抗沉降能力。其次，施工方式主要包括填方施工、挖方施工和混凝土路面施工等。填方施工時，施工單位需要嚴(yán)格控制填土的厚度、均勻性及壓實程度，避免過度壓實導(dǎo)致路基沉降；挖方施工時，施工單位需要合理安排挖掘的深度和寬度，避免造成路基土體的不穩(wěn)定，進而引起沉降；混凝土路面施工中，施工單位需要保證混凝土配合比合理、澆筑質(zhì)量良好，并采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護措施，以減小路面沉降的可能性，同時需考慮植物覆蓋和雨水排水等因素對沉降的影響，科學(xué)合理地選擇草坪、綠化帶或耐旱植物進行植被覆蓋，以有效減小路基土壤水分變化的幅度，從而減緩路基沉降速率。

1.3 氣候變化對沉降的影響

氣候變化是導(dǎo)致沉降的重要影響因素。首先，在進行項目規(guī)劃和設(shè)計時，施工單位需要綜合考慮氣候變化對沉降的具體影響，確保道路的穩(wěn)定性和安全性。隨著氣溫的升高，路基土壤中的含水量減少，土壤體積縮小，從而引起路基的沉降；反之，氣溫的下降可能使得路基土壤中的水分凝結(jié)，土壤體積膨脹，從而導(dǎo)致路基的隆起。因此，施工單位在設(shè)計和施工過程中，需要充分考慮氣溫變化對土壤的影響，選擇合適的材料和加固方案，以減少因氣溫變化引起的沉降。其次，降雨量的變化可能對路基沉降產(chǎn)生一定的影響，大量降雨將使土壤中的水分增多，導(dǎo)致土壤軟化、壓縮和坍塌，從而引起路基的沉降。同時，長時間的積水可能使路基土壤變得松散和不穩(wěn)定，從而增加沉降的風(fēng)險。因此，施工單位在工程設(shè)計中應(yīng)該考慮合理的排水系統(tǒng)，并采取適當(dāng)?shù)目節(jié)B結(jié)構(gòu)措施，以減緩降雨對路基沉降的影響。最后，氣候變化可能導(dǎo)致路基沉降，在某些地區(qū)，氣候變暖可能引起地下水位上升，進而導(dǎo)致路基土壤飽和，增大路基沉降的風(fēng)險，因此施工單位需要進行地下水位監(jiān)測，并采取相應(yīng)的排水和防滲措施，以保證路基的穩(wěn)定性。

2 高速公路改擴建施工工藝對沉降的影響及控制

2.1 施工周期對沉降的影響

在高速公路改擴建工程中，新舊路基差異可能引起沉降現(xiàn)象。

首先，自然沉降指土體在無外力作用下逐漸壓實和沉降的過程，在施工過程中，土體經(jīng)過挖掘、土方填筑、壓實等工序后可能引起臨時沉降或迅速沉降，隨著施工工期的延長，部分沉降現(xiàn)象將趨于穩(wěn)定并得到修復(fù)，即自然沉降。自然沉降的發(fā)生和持續(xù)時間會對整體沉降產(chǎn)生一定影響，因此，在規(guī)劃和設(shè)計施工周期時，施工單位需要充分考慮自然沉降的時間，以確保路基在使用階段能夠穩(wěn)定。

其次，施工周期對沉降的影響與填筑材料的壓實程度有關(guān)，施工周期的長短決定填筑材料壓實的時間和效果，較長的施工周期可以使填筑材料充分發(fā)揮壓實作用，提高填筑成型的穩(wěn)定性，而在較短的施工周期內(nèi)，填筑材料的壓實程度將受到限制，可能導(dǎo)致填筑層的不均勻沉降和變形，因此施工單位應(yīng)合理選擇施工周期，以保證填筑材料的壓實程度，從而減少施工引起的沉降。

最后，施工工藝的合理安排會對沉降產(chǎn)生影響，例如在填筑過程中采取適當(dāng)?shù)姆謱犹钪?、預(yù)壓或加固等措施，可以降低施工引起的沉降風(fēng)險。同時，施工單位應(yīng)合理控制施工進度，并遵循相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保施工過程的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2.2 壓實與加固工藝對沉降的影響

在高速公路改擴建工程中，不同類型的土壤和地質(zhì)條件適用于不同的壓實方法，如動力壓實、靜密壓、振動加固等。

首先，在選擇施工時機時，施工單位需要充分考慮天氣狀況和土壤含水量，盡量避免在雨季或土壤過濕時進行壓實與加固工作，以免造成不必要的沉降。

其次，施工機械設(shè)備的選用和使用方式對沉降產(chǎn)生直接影響，選用合適的施工機械設(shè)備能夠提高施工效率和施工質(zhì)量，減少沉降問題的發(fā)生。同時，在使用機械設(shè)備時，施工單位需要按照操作規(guī)程進行正確操作，確保施工過程中的均勻性和一致性，避免形成局部過度壓實或不足壓實的現(xiàn)象。

再次，在施工過程中，施工單位需要充分了解和分析地基土質(zhì)的性質(zhì)和特點，對不同類型的土質(zhì)采取相應(yīng)的處理方法。同時，施工單位應(yīng)選擇合適的加固材料，如土工合成材料和鋼筋混凝土等，以提高路基的穩(wěn)定性和承載能力，減少沉降的風(fēng)險。

最后，施工單位應(yīng)通過嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制和監(jiān)督，確保施工過程中各項操作符合規(guī)范要求，以減少施工質(zhì)量問題和沉降發(fā)生的可能性。同時，施工單位應(yīng)加強施工過程中的監(jiān)測和檢測工作，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決可能導(dǎo)致沉降的問題，從而保證道路工程的安全和可靠運營。

2.3 路基加固和排水系統(tǒng)對沉降的影響

在高速公路改擴建過程中，可能遇到軟弱地基或巖石地基等不穩(wěn)定土層，為增強路基的承載能力和減小沉降的風(fēng)險，施工單位需要采取相關(guān)措施以加固路基，例如地基加固、地下排水、樁基加固等。地基加固可以采用增加填方高度、壓實填方、加設(shè)地基梁等方式增加路基的穩(wěn)定性；地下排水可以通過設(shè)置護坡、擋墻、排水管等方式降低地下水位和土壤飽和度，減少路基的沉降風(fēng)險；樁基加固可以通過設(shè)置灌注樁、鋼板樁等結(jié)構(gòu)提高路基的承載能力[1]。

排水系統(tǒng)的設(shè)計和施工直接關(guān)系路基的排水能力和土壤的穩(wěn)定性。合理的排水系統(tǒng)可以及時排除降雨水，防止長時間的積水對路基土壤產(chǎn)生不利影響，排水系統(tǒng)通常包括排水溝、排水管道、護坡等，需要合理布局和設(shè)計。在施工過程中，施工單位應(yīng)注意排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量和管網(wǎng)的連通性，以確保排水暢通，同時在面對降雨時能夠快速排除水分，減少路基土壤的軟化和沉降風(fēng)險。

2.4 施工振動與荷載對沉降的影響

在高速公路改擴建過程中，首先，使用的大型機械設(shè)備和工具會產(chǎn)生振動，該振動將傳入路基土體中，引起土體顆粒間的變動和排列緊密化，從而導(dǎo)致沉降現(xiàn)象，尤其在振動頻率較高或振動幅度較大的情況下，土體的顆粒重新組合和沉降效應(yīng)更為明顯，因此，施工單位應(yīng)該合理控制振動的頻率和振幅，以減少對土體的影響，例如通過調(diào)整施工方式、選用低振頻的設(shè)備以及采取緩慢施工等方法減小施工振動對沉降的影響。其次，大型車輛及施工機械對路基施加的靜態(tài)和動態(tài)荷載可能使土體產(chǎn)生應(yīng)力集中與變形，進而導(dǎo)致沉降，尤其在新舊路基差異較大的情況下，由于新路基的承載能力較低，荷載作用下沉降現(xiàn)象更為明顯，因此為減小荷載對沉降的影響，施工單位應(yīng)使用輕型設(shè)備和車輛，合理布置荷載，避免設(shè)備超載。同時，可減少施工機械和車輛的停放時間，加強路基的加固工作，以提升其承載能力。

在實際施工過程中，振動和荷載往往同時存在，二者相互影響、相互促進。振動將增加土體的孔隙水壓力，從而降低土體的抗剪強度，導(dǎo)致更大的變形和沉降；荷載可以減小振動產(chǎn)生的孔隙水壓力，從而減緩沉降的發(fā)生。因此，在實際工程施工中，施工單位需要綜合考慮振動和荷載的相互作用，并通過科學(xué)合理的設(shè)計和施工方法，保持合適的振動與荷載水平，以降低沉降風(fēng)險。

3 新舊路基沉降監(jiān)測與控制因素分析

3.1 沉降監(jiān)測方法和技術(shù)對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響

監(jiān)測點的布設(shè)應(yīng)充分考慮工程特點及需要監(jiān)測的區(qū)域范圍。首先，過少或過稀的監(jiān)測點無法全面反映沉降情況，而過多的監(jiān)測點可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理和分析的困難，因此在選擇監(jiān)測點時，施工單位需要綜合考慮工程的敏感區(qū)域、地質(zhì)條件、預(yù)計的沉降量以及可行性等因素，合理設(shè)置監(jiān)測點的位置和數(shù)量，以滿足監(jiān)測需求，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。監(jiān)測儀器和設(shè)備的精度和性能對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性有重要影響。其次，不同類型的沉降監(jiān)測儀器和設(shè)備具有不同的測量精度和靈敏度，因此在選擇監(jiān)測儀器和設(shè)備時，施工單位需要根據(jù)實際需要和現(xiàn)場條件合理選擇施工設(shè)備及監(jiān)測儀器，并確保其滿足工程要求和精度要求[2]。

沉降通常是一個長時間的過程，且一般在初始施工后的一段時間內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定。因此，在選擇監(jiān)測時間和頻率時，施工單位需要充分考慮沉降過程的演變和工程的實際情況，選擇合適的監(jiān)測時長和頻率，以及時反映路基沉降的變化趨勢，從而獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

3.2 沉降數(shù)據(jù)分析和預(yù)測模型對控制效果的影響

正確的數(shù)據(jù)分析和合適的預(yù)測模型可以幫助工程管理人員及時評估沉降狀況，并采取必要措施進行控制。準(zhǔn)確的沉降數(shù)據(jù)能夠提供真實的路基沉降狀況，因此在進行數(shù)據(jù)分析時，施工單位需要確保沉降數(shù)據(jù)的來源可靠、數(shù)據(jù)采集方法科學(xué)有效，并應(yīng)結(jié)合實際工程情況進行驗證和校準(zhǔn)，以保證評估沉降控制的效果。同時，不同的分析方法和模型對沉降數(shù)據(jù)的處理和預(yù)測方式不同，因此選擇合適的方法和模型可以提高對沉降控制效果的準(zhǔn)確性，常見的分析方法包括趨勢分析、多元回歸分析、灰色系統(tǒng)分析等，還可以借助數(shù)學(xué)模型進行沉降數(shù)據(jù)的預(yù)測，如ARIMA 模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。

此外，選擇合適的分析方法和模型取決于不同的工程特點和數(shù)據(jù)特征，合理使用分析方法和模型，可以更好地分析和預(yù)測沉降控制效果，長期監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)對沉降發(fā)展趨勢的全面了解，但需要較長時間的數(shù)據(jù)積累；短期監(jiān)測則能在較短時間內(nèi)提供一定的分析結(jié)果，但不能全面反映沉降情況和預(yù)測控制效果。因此，在確定監(jiān)測時間和頻率時，施工單位需要綜合考慮工程特點、監(jiān)測成本和資源投入等因素，做出合理的決策。

3.3 施工監(jiān)控和緊急處理對控制措施的影響

在高速公路改擴建工程中，通過設(shè)置監(jiān)測點、采集數(shù)據(jù)和進行實時監(jiān)視，可以及時獲取沉降情況的變化趨勢，并通過預(yù)警系統(tǒng)提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)測潛在的沉降問題。首先，施工監(jiān)控可及早識別風(fēng)險和問題，并采取必要的措施進行調(diào)整和糾正。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋，可以評估當(dāng)前控制措施的效果，并及時進行調(diào)整和優(yōu)化，以達到更好的沉降控制效果。其次，緊急處理的及時性和有效性直接影響沉降控制的結(jié)果。緊急處理包括針對問題的分析、評估和應(yīng)急預(yù)案的執(zhí)行，其需要迅速判斷問題的性質(zhì)和程度，并采取相應(yīng)的緊急措施控制沉降的進展。緊急處理的成功與否直接影響控制效果和工程的安全性，因此針對不同問題，可以采取增加監(jiān)測點、調(diào)整支護結(jié)構(gòu)、加固路基等措施應(yīng)對，以保障工程的穩(wěn)定和安全。另外，施工監(jiān)控和緊急處理需要與工程管理人員、專家團隊以及相關(guān)部門保持緊密的溝通和協(xié)作，以及時進行信息交流、問題討論和解決方案的制訂，從而提高控制措施的有效性[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，文章基于土地質(zhì)量和地貌特征變化、路基結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方式以及氣候變化等方面分析了高速公路改擴建中新舊路基差異引起的沉降的影響因素。在施工過程中，土方開挖和填筑、混凝土澆筑和固化、路基加固和排水系統(tǒng)及橋梁和隧道建設(shè)等因素直接影響沉降情況，因此施工單位應(yīng)合理選擇監(jiān)測方法和技術(shù)、進行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測模型以及加強施工監(jiān)控和緊急處理，以確保沉降的有效控制，從而保證高速公路改擴建工程的安全運營。