高速公路改扩建新旧路基差异沉降影响因素分析

张涛

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川成都 610000）

0 引言

随着经济的快速发展，高速公路改扩建工程在城乡交通建设中发挥着重要作用。然而，高速公路改扩建工程在新旧路基差异较大的情况下将面临沉降问题的挑战。因此，为确保高速公路改扩建工程的安全性和稳定性，文章将深入分析新旧路基沉降的影响因素，并采取相应的控制措施，以期推动高速公路事业的可持续发展。

1 新旧路基差异引起的沉降影响因素分析

1.1 填筑材料对沉降的影响

填筑材料主要分为土方和石方。首先，土方填筑的沉降主要受土壤类型及其工程特性的影响，不同类型的土壤具有不同的压缩性和可变性，因此会引起不同程度的沉降。对于黏性土、淤泥及软土等容易发生挤压变形的土壤，填筑后可能出现较大的压缩沉降；对于砂砾土和砂质土等颗粒间隙较大的土壤，则可能产生较小的沉降。此外，填筑工程中土方的加固措施可能对沉降产生影响，如土方夯实、预压等方法可以减少沉降。其次，石方填筑的沉降主要与石方的密实度和颗粒级配有关，砂石填筑由于颗粒间隙较小、密实度较高，与土方填筑相比，其沉降影响更小。同时，石方填筑可以提供更坚实的基础，降低沉降风险，对于较软土层，可以选择采用石方填筑并进行适当压实，以增强路基的稳定性。除土方和石方材料，其他诸如灌土、垫层材料等填筑材料也可能对沉降产生影响，其影响因素包括材料的物理和工程特性，如密实度、可塑性、含水量等，因此施工单位应根据路基工程条件合理选择填筑材料，以减小填筑过程中产生的沉降。

1.2 路基结构设计和施工方式对沉降的影响

在进行路基结构设计和施工方式选择时，合理的路基结构设计可以减少沉降的发生概率和幅度。首先，在设计阶段，施工单位需要充分考虑路基土层的力学性质、水文特性以及地质环境等因素，对于软弱地基、岩石地基或填方路基等不同类型的路基，需要采用相应的设计方法和加固措施，以提高路基的承载能力和抗沉降能力。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。填方施工时，施工单位需要严格控制填土的厚度、均匀性及压实程度，避免过度压实导致路基沉降；挖方施工时，施工单位需要合理安排挖掘的深度和宽度，避免造成路基土体的不稳定，进而引起沉降；混凝土路面施工中，施工单位需要保证混凝土配合比合理、浇筑质量良好，并采取适当的养护措施，以减小路面沉降的可能性，同时需考虑植物覆盖和雨水排水等因素对沉降的影响，科学合理地选择草坪、绿化带或耐旱植物进行植被覆盖，以有效减小路基土壤水分变化的幅度，从而减缓路基沉降速率。

1.3 气候变化对沉降的影响

气候变化是导致沉降的重要影响因素。首先，在进行项目规划和设计时，施工单位需要综合考虑气候变化对沉降的具体影响，确保道路的稳定性和安全性。随着气温的升高，路基土壤中的含水量减少，土壤体积缩小，从而引起路基的沉降；反之，气温的下降可能使得路基土壤中的水分凝结，土壤体积膨胀，从而导致路基的隆起。因此，施工单位在设计和施工过程中，需要充分考虑气温变化对土壤的影响，选择合适的材料和加固方案，以减少因气温变化引起的沉降。其次，降雨量的变化可能对路基沉降产生一定的影响，大量降雨将使土壤中的水分增多，导致土壤软化、压缩和坍塌，从而引起路基的沉降。同时，长时间的积水可能使路基土壤变得松散和不稳定，从而增加沉降的风险。因此，施工单位在工程设计中应该考虑合理的排水系统，并采取适当的抗渗结构措施，以减缓降雨对路基沉降的影响。最后，气候变化可能导致路基沉降，在某些地区，气候变暖可能引起地下水位上升，进而导致路基土壤饱和，增大路基沉降的风险，因此施工单位需要进行地下水位监测，并采取相应的排水和防渗措施，以保证路基的稳定性。

2 高速公路改扩建施工工艺对沉降的影响及控制

2.1 施工周期对沉降的影响

在高速公路改扩建工程中，新旧路基差异可能引起沉降现象。

首先，自然沉降指土体在无外力作用下逐渐压实和沉降的过程，在施工过程中，土体经过挖掘、土方填筑、压实等工序后可能引起临时沉降或迅速沉降，随着施工工期的延长，部分沉降现象将趋于稳定并得到修复，即自然沉降。自然沉降的发生和持续时间会对整体沉降产生一定影响，因此，在规划和设计施工周期时，施工单位需要充分考虑自然沉降的时间，以确保路基在使用阶段能够稳定。

其次，施工周期对沉降的影响与填筑材料的压实程度有关，施工周期的长短决定填筑材料压实的时间和效果，较长的施工周期可以使填筑材料充分发挥压实作用，提高填筑成型的稳定性，而在较短的施工周期内，填筑材料的压实程度将受到限制，可能导致填筑层的不均匀沉降和变形，因此施工单位应合理选择施工周期，以保证填筑材料的压实程度，从而减少施工引起的沉降。

最后，施工工艺的合理安排会对沉降产生影响，例如在填筑过程中采取适当的分层填筑、预压或加固等措施，可以降低施工引起的沉降风险。同时，施工单位应合理控制施工进度，并遵循相关规范和标准，确保施工过程的质量和稳定性。

2.2 压实与加固工艺对沉降的影响

在高速公路改扩建工程中，不同类型的土壤和地质条件适用于不同的压实方法，如动力压实、静密压、振动加固等。

首先，在选择施工时机时，施工单位需要充分考虑天气状况和土壤含水量，尽量避免在雨季或土壤过湿时进行压实与加固工作，以免造成不必要的沉降。

其次，施工机械设备的选用和使用方式对沉降产生直接影响，选用合适的施工机械设备能够提高施工效率和施工质量，减少沉降问题的发生。同时，在使用机械设备时，施工单位需要按照操作规程进行正确操作，确保施工过程中的均匀性和一致性，避免形成局部过度压实或不足压实的现象。

再次，在施工过程中，施工单位需要充分了解和分析地基土质的性质和特点，对不同类型的土质采取相应的处理方法。同时，施工单位应选择合适的加固材料，如土工合成材料和钢筋混凝土等，以提高路基的稳定性和承载能力，减少沉降的风险。

最后，施工单位应通过严格的施工质量控制和监督，确保施工过程中各项操作符合规范要求，以减少施工质量问题和沉降发生的可能性。同时，施工单位应加强施工过程中的监测和检测工作，以便及时发现和解决可能导致沉降的问题，从而保证道路工程的安全和可靠运营。

2.3 路基加固和排水系统对沉降的影响

在高速公路改扩建过程中，可能遇到软弱地基或岩石地基等不稳定土层，为增强路基的承载能力和减小沉降的风险，施工单位需要采取相关措施以加固路基，例如地基加固、地下排水、桩基加固等。地基加固可以采用增加填方高度、压实填方、加设地基梁等方式增加路基的稳定性；地下排水可以通过设置护坡、挡墙、排水管等方式降低地下水位和土壤饱和度，减少路基的沉降风险；桩基加固可以通过设置灌注桩、钢板桩等结构提高路基的承载能力[1]。

排水系统的设计和施工直接关系路基的排水能力和土壤的稳定性。合理的排水系统可以及时排除降雨水，防止长时间的积水对路基土壤产生不利影响，排水系统通常包括排水沟、排水管道、护坡等，需要合理布局和设计。在施工过程中，施工单位应注意排水系统的施工质量和管网的连通性，以确保排水畅通，同时在面对降雨时能够快速排除水分，减少路基土壤的软化和沉降风险。

2.4 施工振动与荷载对沉降的影响

在高速公路改扩建过程中，首先，使用的大型机械设备和工具会产生振动，该振动将传入路基土体中，引起土体颗粒间的变动和排列紧密化，从而导致沉降现象，尤其在振动频率较高或振动幅度较大的情况下，土体的颗粒重新组合和沉降效应更为明显，因此，施工单位应该合理控制振动的频率和振幅，以减少对土体的影响，例如通过调整施工方式、选用低振频的设备以及采取缓慢施工等方法减小施工振动对沉降的影响。其次，大型车辆及施工机械对路基施加的静态和动态荷载可能使土体产生应力集中与变形，进而导致沉降，尤其在新旧路基差异较大的情况下，由于新路基的承载能力较低，荷载作用下沉降现象更为明显，因此为减小荷载对沉降的影响，施工单位应使用轻型设备和车辆，合理布置荷载，避免设备超载。同时，可减少施工机械和车辆的停放时间，加强路基的加固工作，以提升其承载能力。

在实际施工过程中，振动和荷载往往同时存在，二者相互影响、相互促进。振动将增加土体的孔隙水压力，从而降低土体的抗剪强度，导致更大的变形和沉降；荷载可以减小振动产生的孔隙水压力，从而减缓沉降的发生。因此，在实际工程施工中，施工单位需要综合考虑振动和荷载的相互作用，并通过科学合理的设计和施工方法，保持合适的振动与荷载水平，以降低沉降风险。

3 新旧路基沉降监测与控制因素分析

3.1 沉降监测方法和技术对数据准确性的影响

监测点的布设应充分考虑工程特点及需要监测的区域范围。首先，过少或过稀的监测点无法全面反映沉降情况，而过多的监测点可能导致数据处理和分析的困难，因此在选择监测点时，施工单位需要综合考虑工程的敏感区域、地质条件、预计的沉降量以及可行性等因素，合理设置监测点的位置和数量，以满足监测需求，保证数据的准确性和可靠性。监测仪器和设备的精度和性能对数据准确性有重要影响。其次，不同类型的沉降监测仪器和设备具有不同的测量精度和灵敏度，因此在选择监测仪器和设备时，施工单位需要根据实际需要和现场条件合理选择施工设备及监测仪器，并确保其满足工程要求和精度要求[2]。

沉降通常是一个长时间的过程，且一般在初始施工后的一段时间内逐渐趋于稳定。因此，在选择监测时间和频率时，施工单位需要充分考虑沉降过程的演变和工程的实际情况，选择合适的监测时长和频率，以及时反映路基沉降的变化趋势，从而获得准确的数据。

3.2 沉降数据分析和预测模型对控制效果的影响

正确的数据分析和合适的预测模型可以帮助工程管理人员及时评估沉降状况，并采取必要措施进行控制。准确的沉降数据能够提供真实的路基沉降状况，因此在进行数据分析时，施工单位需要确保沉降数据的来源可靠、数据采集方法科学有效，并应结合实际工程情况进行验证和校准，以保证评估沉降控制的效果。同时，不同的分析方法和模型对沉降数据的处理和预测方式不同，因此选择合适的方法和模型可以提高对沉降控制效果的准确性，常见的分析方法包括趋势分析、多元回归分析、灰色系统分析等，还可以借助数学模型进行沉降数据的预测，如ARIMA 模型、神经网络模型等。

此外，选择合适的分析方法和模型取决于不同的工程特点和数据特征，合理使用分析方法和模型，可以更好地分析和预测沉降控制效果，长期监测能够实现对沉降发展趋势的全面了解，但需要较长时间的数据积累；短期监测则能在较短时间内提供一定的分析结果，但不能全面反映沉降情况和预测控制效果。因此，在确定监测时间和频率时，施工单位需要综合考虑工程特点、监测成本和资源投入等因素，做出合理的决策。

3.3 施工监控和紧急处理对控制措施的影响

在高速公路改扩建工程中，通过设置监测点、采集数据和进行实时监视，可以及时获取沉降情况的变化趋势，并通过预警系统提前发现和预测潜在的沉降问题。首先，施工监控可及早识别风险和问题，并采取必要的措施进行调整和纠正。根据监测数据的反馈，可以评估当前控制措施的效果，并及时进行调整和优化，以达到更好的沉降控制效果。其次，紧急处理的及时性和有效性直接影响沉降控制的结果。紧急处理包括针对问题的分析、评估和应急预案的执行，其需要迅速判断问题的性质和程度，并采取相应的紧急措施控制沉降的进展。紧急处理的成功与否直接影响控制效果和工程的安全性，因此针对不同问题，可以采取增加监测点、调整支护结构、加固路基等措施应对，以保障工程的稳定和安全。另外，施工监控和紧急处理需要与工程管理人员、专家团队以及相关部门保持紧密的沟通和协作，以及时进行信息交流、问题讨论和解决方案的制订，从而提高控制措施的有效性[3]。

4 结语

综上所述，文章基于土地质量和地貌特征变化、路基结构设计和施工方式以及气候变化等方面分析了高速公路改扩建中新旧路基差异引起的沉降的影响因素。在施工过程中，土方开挖和填筑、混凝土浇筑和固化、路基加固和排水系统及桥梁和隧道建设等因素直接影响沉降情况，因此施工单位应合理选择监测方法和技术、进行数据分析和预测模型以及加强施工监控和紧急处理，以确保沉降的有效控制，从而保证高速公路改扩建工程的安全运营。