路基處理技術在降低路基沉降中的應用與效果分析

趙海成

（河北光太路橋工程集團有限公司，河北邯鄲 056001）

0 引言

隨著城市建設的不斷發展，道路交通壓力日益增大，對道路質量的要求也越來越高。近年來，我國政府高度重視道路建設工作，相繼出臺一系列政策文件，對道路工程的設計、施工和驗收提出更高的要求。其中，明確要求在設計和施工過程中采取有效措施，控制路基沉降，確保道路的質量和使用安全。為應對這些挑戰，研究人員和工程師們積極探索和應用各種路基處理技術。

1 路基沉降的概念和原因

路基沉降是指道路基礎部分在使用過程中由于各種因素而發生的下沉現象。該現象可能受多種因素的影響，其中包括土體的物理性質、地下水位的變化以及荷載的作用。

1.1 土體的物理性質

不同類型的土壤在不同的濕度、密度和顆粒排列狀態下表現出不同的力學行為。

例如，黏土屬于吸水性土壤，當遇到雨水或地下水時易吸水膨脹，導致土體體積增大，從而引起路基沉降。在干燥條件下，土體可能發生收縮，影響路基的穩定性。同樣，高密度土體通常具有較好的承載能力，而低密度土體則容易發生沉降。黏土的顆粒排列復雜，容易形成膠結結構，增加土體的變形性。

1.2 地下水位的變化

地下水位的變化直接關系到路基的穩定性和沉降問題。當地下水位升高時，土壤受水分浸潤影響，其支撐力可能減弱，從而導致路基下沉的風險增加。該情況下尤其對黏土等吸水性土壤更為敏感，因為它們在吸水膨脹后體積增大，進而引起沉降。相反，地下水位下降可能導致土壤失去足夠的水分，導致土體發生收縮，同樣會引起路基沉降。

1.3 荷載的作用

荷載是指由于交通運輸、建筑物或其他外部因素施加在路基上的力。若荷載超過路基的承載能力，則會導致路基沉降，基本包括以下三種情況：

第一，車輛荷載。由車輛施加在路基上的荷載最為顯著，特別是在頻繁行駛的道路上。車輛通過路面時產生的垂直荷載和橫向力會對路基造成擠壓和剪切，導致路基沉降。不同類型和重量的車輛對路基的影響不同，因此需要在設計階段考慮不同道路用途和交通流量下的荷載分布。

第二，建筑物荷載。鄰近建筑物的重量和基礎承載也是路基沉降的一項考慮因素。建筑物的基礎荷載可能通過土體傳遞到路基，增加路基受力的復雜性。在設計階段，需要評估周邊建筑物對路基的荷載影響，以采取適當的支護和增強措施。

第三，臨時性荷載。臨時性荷載是指短時間內的額外荷載，例如臨時施工荷載或特殊事件引起的集中荷載[1]。

2 路基沉降對道路工程的不良影響

2.1 路面不平

不平的路面在降雨或降雪天氣容易形成積水區域，使得路面抓地力急劇下降，會導致車輛行駛時更容易發生打滑、側滑等交通事故，極大地威脅行車安全。特別是在雨雪天氣頻繁的地區，路面不平對交通流暢性產生顯著的負面影響，增加事故的發生概率。積水不僅危及行車安全，還會破壞路面結構。水分滲透到路面下層，會加速路基材料的軟化和疏松，使得路基的承載能力降低。該軟弱狀態不僅進一步加劇路面不平，還會導致路基沉降的進一步發展，形成惡性循環[2]。

2.2 車輛行駛不穩定

路面不平使車輛在行駛過程中產生搖晃和顛簸，不僅影響駕駛者的舒適感，同時對車輛懸掛系統和底盤構成額外的沖擊負荷。其沖擊負荷不僅加速車輛部件的磨損，還可能導致懸掛系統失效，降低車輛的穩定性。不穩定的路面使得車輛更容易受到外部因素的影響，例如彎道、坡道或突發狀況，會增加車輛失控、側翻或碰撞的風險，顯著提高交通事故的發生概率。在高速公路等快速道路上，車輛行駛速度相對較快，不穩定的路面更容易引發嚴重事故。

2.3 排水不暢

排水不暢主要體現在降雨或融雪時，路面無法迅速、有效排出積聚的水分，形成坑洼或積水區域。該情況對道路結構和交通安全帶來顯著的負面影響。

其一，排水不暢加劇路面的水損問題。積水在路面上停留的時間越長，則越容易滲透到路面結構內部，引發水損。水分的滲透會加速路面材料的軟化和疏松，削弱路面的抗壓能力，導致路面變形和破損。因此，排水不暢不僅直接影響道路的使用壽命，還會增加后期的維修和維護成本。

其二，排水不暢可能導致路基松軟。由于積水難以迅速排出，路基的土壤會因水分的浸潤而變得松軟，承載能力下降[3]。

2.4 結構破壞

結構破壞主要體現在路面和支撐結構上，給道路的使用壽命和安全性帶來極大挑戰。

首先，路面的結構破壞表現為裂縫和坑洼的形成。長時間的路基沉降導致路基土體的累積壓實和變形，路面難以承受不斷增加的壓力。該情況下，路面很容易發生龜裂和坑洼，嚴重影響駕駛的平穩性和行車的安全性。結構破壞的路面不僅降低駕駛體驗，還可能引起交通事故，威脅交通運輸的正常秩序。

其次，支撐結構的破壞直接影響整個道路的穩定性。長期的路基沉降可能使得路基土體的承載能力下降，無法有效支撐路面和行駛車輛的荷載。該狀況下，路面不僅容易出現坑洼，還可能導致路基的沉降進一步擴大。當支撐結構遭受較大的負荷時，可能發生結構性破壞，包括路堤滑坡、路基坍塌等現象，對整個道路工程的安全性和可靠性造成巨大威脅。

3 常用的路基處理技術

3.1 土工合成材料加固技術

土工合成材料加固技術主要利用人造聚合物制作土工產品，以改善巖土工程的性能。土工合成材料有多種類型，包括土工織物、土工膜、復合土工材料和特種土工材料。該類材料可以發揮不同功能：隔離、保護、加固、排水、過濾、密封、抗侵蝕等。在具體工程中，需要通過專業性的數據和公式計算選擇土工合成材料的類型和規格。例如，根據工程的荷載要求和土體的性質，可以使用以下公式計算土工合成材料的最佳寬度。

式（1）中：B 為土工合成材料的最佳寬度；Q 為設計荷載；σt為土工合成材料的抗拉強度；L 為荷載作用的跨度。

在實際應用中，不僅需要考慮土工合成材料本身的性能，如抗拉強度、安全系數等，還要根據地質條件、環境要求和工程需求選擇合適的加固方法。作為常用的加固方法之一，土工合成材料廣泛應用于高速公路施工中的路基加固。它的優點是可以有效提高路基的承載力和穩定性，減少路基沉降和變形。同時，土工合成材料還具有施工方便、工期短、成本低等優點，因此在道路工程中得到廣泛應用。

例如，土工格室作為一種典型的土工合成材料，具有三維蜂窩立體結構，可廣泛應用于加固路面基層、軟基處理、加筋擋墻等工程。其原材料多為高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）和聚酯（PET），具有優異的耐候性和耐化學腐蝕性，適應性強。土工合成材料的制造過程相對環保，而且通過選擇可降解的材料進一步提高其可持續性。在推動綠色道路建設的背景下，其符合社會對環保和可持續性發展要求[4]。

3.2 加筋土技術

在道路工程中，為解決路基沉降、土體松軟等問題，采用專業的加筋土技術是一項關鍵的工程策略。加筋土技術通過引入高強度材料，如地工網格、地工布、金屬筋等，以強化土體，提高其整體抗拉和抗剪強度，從而達到增強路基承載能力、減緩變形和沉降的目的。加筋土技術的專業性在于通過合理的工程設計，根據具體地質條件和道路使用要求，選擇合適的土工合成材料和加筋方式。

舉例而言，對于需要加筋的軟弱土地段，可以采用土工合成材料進行交叉加筋。

首先，在具體操作中，施工團隊需要進行現場勘查，詳細了解土體的分布和性質，以確定加筋材料的具體選擇和布設方式。在選擇土工合成材料時，可以考慮使用高強度、耐久性強的聚丙烯（PP）或聚酯（PET）材料，以上材料在軟弱土地區具有出色的抗拉性能和適應性。

其次，在施工操作中，專業團隊需要根據設計要求精準地進行加筋材料敷設和固定。采用交叉加筋的方式，通過橫向和縱向交織的土工合成材料，在提高土體整體強度的同時，有效抑制土體的沉降和變形。例如，對于道路基層的軟弱土，可以采用橫向敷設土工合成材料，并進行適度的覆土，形成有效的加筋體系。

最后，施工團隊還需要具備處理復雜地質情況的技術能力。例如，當遇到地下水位較高的區域，需要采取防水措施，確保土工合成材料不受水分影響，同時要求專業團隊在實際操作中靈活應用防水材料，保證加筋效果和工程的長期穩定性[5]。

3.3 預應力錨固技術

預應力錨固技術是一項通過引入預應力改善路基土體和提高整體承載能力的先進技術，旨在有效防止路基沉降和結構破壞，從而提升道路工程的穩定性和耐久性。

在預應力錨固技術實施時，首先需要進行地質勘查和工程設計。根據地質條件、交通荷載和工程規模，確定合理的預應力引入方案。

例如，在軟弱土地段，可以采用錨桿等預應力設施，通過對土體施加預壓，提高土體的抗壓能力和整體穩定性。專業團隊在實施過程中需要精準選擇和布置預應力錨桿，確保預應力能夠均勻地傳遞到土體中，其涉及預應力錨桿的材料選擇、直徑和深度等參數的科學確定。以高強度的鋼材為例，需要考慮其抗拉強度、彈性模量和耐腐蝕性等因素，應保證其符合相關標準，如ASTM 標準，確保其質量和性能可靠。需要科學確定其直徑和深度，可通過以下公式進行估算。

式（2）中：A 為截面面積；F 為預應力錨桿的預應力力量；σ 為鋼材的允許應力。

預應力錨桿的深度可以通過土體的力學性質、承載能力需求等利用有限元分析等數值模擬工具，模擬預應力錨桿在不同條件下的受力、變形等情況，以確定最佳設計參數。

實際操作中，專業施工團隊需要嚴格按照設計要求進行預應力錨固設施的安裝和張拉工序。預應力錨固的過程涉及張拉機械的使用、應力監測和錨固系統的建設，需要高度的技術水平和操作經驗。通過科學的施工手段，確保預應力錨固的穩定性和可靠性。預應力錨固技術的實施不僅可以有效提高路基的整體承載能力，還能夠減緩路基的沉降速度，降低結構破壞的風險。通過在工程中采用該技術，道路工程能夠更好地適應復雜多變的地質條件，延長道路的使用壽命，為交通運輸提供更加可靠和安全的基礎設施支持。

3.4 優化排水系統

優化排水系統旨在降低路基沉降對排水性能的不良影響，保障道路的長期穩定運行。在我國，城市排水系統經歷三代發展歷程：第一代是直排合流制，第二代是截流合流制，第三代是雨污分流制。隨著城市發展和環境問題的加劇，越來越多的城市開始實施排水系統的新建和改建，如“海綿城市”建設要求，控制雨水年徑流總量，根據現狀系統標準和規劃目標的差值，確定綠色調蓄設施規模。而現如今在優化排水系統過程中，除了要借鑒前人的理論外，還應該使用更加智能的方法，以提高優化效率。通過在道路中部署水位監測器、溫度傳感器等智能監測設備，實時監測排水系統狀況。水位監測器可以即時反映雨水引起的排水系統負荷，而溫度傳感器則有助于判斷是否存在結冰等極端氣象情況，以上數據共同構成全面了解排水系統的基礎。接著，借助先進的數據分析與處理技術，實時處理與分析監測數據，包括深度挖掘水位變化的趨勢、溫度變化的規律等，以便更準確地預測排水系統的運行狀態。通過分析大數據，可以及時發現排水系統的異常，為采取預防措施提供有效的數據支持。通過優化排水系統的管理策略，道路工程能夠更好地應對降水和地下水位變化，減緩路基沉降的速度，延長道路的使用壽命，提高交通運輸的安全性和穩定性。

4 結語

在降低路基沉降方面，通過合理應用土工合成材料加固、加筋土技術、預應力錨固技術等技術，可有效控制路基沉降的程度，且有效降低路基沉降對道路工程的不良影響，為提升道路的可靠性、耐久性和安全性作出顯著貢獻。通過不斷深化研究和實踐，相信以上技術將在未來的道路工程中發揮更為重要的作用，為建設可持續、穩定的道路網絡提供堅實支持。