高速公路路基沉降施工技術及其質量控制研究

陳鵬

摘 要：路基沉降是影響高速公路使用性能和安全的關鍵因素。本文從地質條件、氣候環境、路基填料和施工工藝等方面分析了路基沉降的成因，重點研究了地基處理、路基填筑、排水固結等施工技術，提出電滲固結技術和土工合成材料加筋技術的應用探索。在質量控制方面，提出了加強施工材料與工藝管理、施工過程監測與反饋控制，建立健全質量管理體系等措施。研究成果可為高速公路路基沉降施工提供理論指導和實踐借鑒，對提高路基施工質量具有重要意義。

關鍵詞：高速公路 路基沉降 施工技術 質量控制 電滲固結

隨著我國交通運輸行業的快速發展，高速公路建設規模不斷擴大。新修訂的《中華人民共和國公路法》為加快公路高質量發展提供了法律保障。然而，路基沉降問題頻發，嚴重影響著高速公路的使用壽命和通行安全。為有效控制路基沉降，提高高速公路建設質量，亟需開展路基沉降施工技術及其質量控制的系統研究。本文將從沉降成因分析入手，重點探討先進的路基沉降施工技術，提出切實可行的質量控制措施，以期為高速公路路基施工提供技術支撐。

1 高速公路路基沉降成因分析

高速公路路基沉降是一個復雜的過程，其成因受到多種因素的綜合影響。從工程實踐來看，地質條件、氣候環境、路基填料和施工工藝是導致路基沉降的主要因素。下面將從這四個方面進行詳細分析。

（1）地質條件因素：軟弱地基土層壓縮性高，強度低，上部荷載易導致較大變形。膨脹土、碎屑巖遇水軟化，體積增大，引起沉降。巖溶塌陷、采空區沉陷等不良地質條件也是重要因素。應全面勘察地質條件，采取針對性處理措施。

（2）氣候環境因素：多雨地區降水入滲，增加含水量，降低土體強度，加劇變形。暴雨沖刷邊坡，引發局部沉陷。季節性凍土區，凍脹融沉導致不均勻沉降。干旱區溫差大，土體開裂，利于水分入侵，加劇沉降。設計施工應考慮氣候特點，采取相應措施。

（3）路基填料因素：填料級配不良、含水量高，壓實效果差，易產生不均勻沉降。細顆粒土、有機質含量高，降低強度和穩定性，增大沉降。弱風化巖、泥巖遇水軟化，導致濕陷變形。應加強填料質量控制，優選級配良好、強度高的填料，控制含水率和壓實度。

（4）施工工藝因素：填筑速率過快、壓實不足留下隱患，導致后期沉降。碾壓設備選擇和碾壓遍數控制不當，達不到設計壓實度。軟基處理換填深度不夠、強夯參數偏低，降低地基承載力。排水措施缺失，地表水入滲，軟化土體，加劇沉降。應嚴格控制施工工藝，優化碾壓和軟基處理，完善排水系統。

2 高速公路路基沉降施工技術研究

2.1 地基處理技術

地基處理是控制路基沉降的關鍵環節，根據軟基土層特性和工程要求，可采用換填法、強夯法和深層水泥攪拌樁復合地基技術等方法。換填法適用于淺層軟土地基，通過挖除軟弱土層，回填碾壓密實的砂石等材料，提高地基承載力，減少沉降。對于稍深的軟土地基，強夯法可通過重錘自由落下產生的沖擊波，使土體迅速壓密，顯著改善地基性能。復雜軟基條件下，深層水泥攪拌樁復合地基技術可將水泥漿液與軟土充分攪拌，形成樁狀固結體，樁土共同作用明顯提高地基整體剛度和強度，控制沉降。工程實踐中，應綜合考慮軟基特點、施工工期、經濟性等因素，合理選擇地基處理技術，優化設計參數，規范施工工藝，確保地基處理質量，從而有效減少路基沉降。

2.2 路基填筑技術

路基填筑施工是控制沉降的重要手段，采用合理的填料選擇、鋪填和碾壓工藝，可有效提高路基的穩定性和耐久性。分層填筑與碾壓技術是常用的路基施工方法，通過將填料分層鋪填，控制每層松鋪厚度，利用振動碾、膠輪碾等設備分層碾壓，達到設計壓實度要求，可顯著減少填筑后的沉降量。針對特殊路段，如橋頭路基、軟土路基等，采用輕質填料如泡沫混凝土、膨脹珍珠巖等，可有效減輕路基自重，降低軟土地基應力，減緩沉降。土工合成材料加筋技術通過在填料中布設土工格柵、土工布等高強度材料，利用其拉伸強度和與填料的摩擦作用，提高路基的抗變形能力，延緩沉降進程。同時，加筋材料有助于填料的均勻受力，減少局部沉降。在實際工程中，應結合材料特性和現場條件，合理選擇填筑技術，優化施工參數，加強質量控制，確保路基填筑的施工質量。

2.3 排水固結技術

排水固結是加速路基沉降和固結的有效技術手段。塑料排水板施工技術通過在軟土中插入塑料排水板，利用其雙面濾水和內部通水的特點，加快土體中水分的排出，促進土體固結。塑料排水板具有滲水系數高、截面積小、柔韌性好等優點，布設方便，能顯著減少土體固結時間。真空預壓技術是在填筑路基前，通過真空裝置抽出路基土體中的水分和空氣，利用大氣壓力的作用，使土體得到預壓密實。該方法可有效降低土體含水率，提高土體強度，減小后期沉降，特別適用于飽和度較高的軟土路基。近年來，電滲固結技術引起了研究者的關注。通過在土體中埋設陽極和陰極，利用直流電場使土顆粒帶正電荷的水分向陰極遷移并排出，同時陽離子聚集，土顆粒絮凝，達到快速脫水固結的效果。實踐表明，電滲固結可大幅縮短固結時間，具有廣闊的應用前景。工程中應根據軟土性質和工期要求，合理選用排水固結技術，優化設計參數，加強施工監測，確保沉降和固結效果。

3 高速公路路基沉降質量控制措施

3.1 施工材料質量控制

工程設計階段，應根據路基填筑要求和現場地質條件，合理選擇填料材質。優選級配良好、壓縮性小、強度高的砂礫石、片石等粗粒材料作為路基填料，嚴格控制細顆粒含量和有機質含量。對于利用工業廢棄物如粉煤灰、礦渣等作為填料時，應進行必要的無害化處理，并檢測其顆粒組成、壓縮性能等指標，確保滿足路基填料技術規范。施工階段，應加強對進場填料的抽樣檢測，嚴格控制填料的粒徑、含水率、密度等關鍵指標，剔除不符合要求的材料。對于軟基處理中使用的水泥、石灰等膠凝材料，應審查供應商資質，檢查出廠合格證和材料品質證明，確保其品質可靠。在排水固結施工中，應加強塑料排水板、土工布等材料的質量驗收，選擇滲水系數高、抗拉強度大、耐老化性能好的優質產品。通過從材料源頭把控質量，嚴把進場材料質量關，為后續路基沉降控制奠定基礎。同時，還應做好材料的現場存儲和防護，避免材料受潮、污染等影響其性能。建立完善的材料臺賬管理制度，確保材料質量可追溯。

3.2 施工工藝質量控制

在土方填筑施工中，應通過現場試驗確定合理的松鋪厚度和壓實設備，控制分層填筑厚度，并采用與填料性質相匹配的壓路機，合理確定碾壓遍數、速度和軌跡重疊率等參數，確保每層填土達到設計壓實度要求。軟基換填施工時，應嚴格控制換填材料的級配、含水率和壓實度，避免因施工載荷過大導致軟基側向變形和隆起，引發工后沉降。對于采用強夯、水泥土攪拌樁等措施處理深厚軟基時，應充分論證設計參數，通過現場試夯、試樁優化確定夯擊能量、樁長、樁距等關鍵參數，并嚴格控制施工偏差，及時復測處理效果，確保地基處理達到預期。在排水固結施工中，應嚴格控制塑料排水板的插入垂直度、間距和深度，合理確定真空加載的布點和真空度，定期監測地表沉降量，根據沉降速率和固結度動態優化真空時間，確保固結效果。同時，要加強施工人員技術交底和操作技能培訓，提高其工藝執行的規范性和一致性。通過全過程、全要素的施工工藝管控，確保路基沉降控制措施落實到位。

3.3 施工過程監測與反饋控制

施工過程中，應合理布設沉降板、層間沉降計、孔隙水壓力計等監測設備，實時監測路堤、路塹各部位的沉降變化情況。定期利用高精度水準儀、全站儀對路基沉降進行跟蹤測量，繪制沉降－時間曲線，分析沉降速率、趨勢和空間分布特征。針對軟基路段，應加密監測斷面，增加測點布置，重點關注不同軟基處理工藝的沉降控制效果。及時對比監測數據與設計要求，評估沉降控制措施的有效性，預判沉降發展趨勢。一旦發現沉降速率異常、不均勻沉降等問題，應及時采取卸載、強夯、注漿等處治措施，并調整施工參數，優化施工組織，控制沉降發展。同時，要建立完善的監測信息化管理系統，實現監測數據的自動采集、傳輸、分析和預警，為沉降控制決策提供數據支撐。要加強監測成果的動態分析和反饋，定期召開專題會，研判沉降發展趨勢，優化完善沉降控制方案，做到"監測－分析－反饋－控制"的動態閉環管理，確保沉降控制目標實現。通過科學規范的監測反饋控制，動態指導路基沉降質量提升。

3.4 建立健全質量管理體系

施工企業應建立以項目經理為第一責任人的質量管理組織機構，配備專職質量管理人員，健全質量管理制度體系，制定科學的質量控制目標和措施，明確各崗位的質量職責和管理要求。一是要加強質量管理隊伍建設，定期開展質量控制知識和技能培訓，提高其專業素養和管理水平。二是要建立質量例會和質量通報制度，及時研判質量動態，部署質量控制重點，解決質量問題。三是要健全完善質量獎懲機制，將沉降控制效果納入考核范疇，與項目績效、個人評優掛鉤，調動全員參與的質量控制積極性。四是要強化第三方質量監督管理，邀請專家對沉降控制關鍵環節開展旁站指導，對隱蔽工程實施見證取樣和平行檢驗，確保質量控制過程真實可靠。五是要加強質量檢驗檢測力量配備，完善試驗室條件，配備路基壓實度測定儀、靜力觸探儀等快速檢測設備，提高質量評定的智能化水平。六是要注重施工過程質量數據的分析挖掘，建立質量問題臺賬和分析報告制度，總結沉降控制經驗教訓，持續改進完善。通過構建系統完備、執行有力的質量管理體系，形成全要素、全過程的質量管控，為高速公路路基沉降質量控制提供堅實保障。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

以某高速公路路基沉降控制工程為例，該路段全長46.5km，設計速度120km/h。路基寬26m，最大填挖高度18m。沿線地層主要為粉質黏土、淤泥質土等，局部分布軟土。考慮到工程所處區域地質條件復雜，軟土廣泛分布，且填方路基較高，存在顯著不均勻沉降風險，因此有必要采取綜合性的沉降控制措施。

4.2 沉降施工技術應用

針對路基沉降控制需求，本工程采用了地基處理和填筑施工相結合的綜合施工技術。軟土路段采用水泥土攪拌樁復合地基處理，設計樁徑500mm，間距1.5m，處理深度3—10m。普通路段采用常規分層填筑，但在臨近橋頭路段采用了輕質粉煤灰填料置換施工，有效降低了橋頭附近路基填土自重應力。在填筑施工過程中，嚴格控制每層虛鋪厚度30cm，碾壓遍數不少于8遍，保證壓實度達95%以上。同時，在填筑體內設置一布兩膜的土工合成材料隔離層，增強路基整體穩定性。

4.3 質量控制措施實施

在本工程施工過程中，全面實施了材料、工藝、監測等全過程質量控制。施工材料嚴格把關，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，粉煤灰選用I級優質粉煤灰，土工合成材料選擇國內知名廠家產品，并提供第三方檢測報告，確保原材料質量。攪拌樁施工嚴格控制攪拌葉片提升速度和水泥摻量，并隨樁取芯檢測樁身完整性和強度。填筑碾壓施工要求駐地試驗室每日檢測填料含水率和壓實度，確保均勻性，并動態調整施工工藝。沉降監測布設了若干條監測剖面，布設間距50—100m，分別選用水準儀法和沉降板法進行定期檢測，并要求日沉降速率小于3mm/d。對于監測數據異常路段，及時會商分析原因，采取針對性處理措施，并跟蹤復測。同時，還構建了施工質量信息化管理系統，及時記錄各工序質量檢驗數據，形成質量控制閉環。通過全面有力的質量控制，有效保障了本工程路基沉降控制效果。

4.4 工程效果評價

通過采取前述綜合沉降控制技術和質量管控措施，本工程路基沉降控制效果良好。監測數據表明，水泥土攪拌樁復合地基路段180天沉降量小于80mm，橋頭路段輕質填料路段沉降量小于30mm，其他一般路段平均沉降量控制在50mm以內，各路段沉降均勻性較好，滿足規范要求。試運營一年多來，路面服務品質良好，未出現因沉降引起的路面破損和行車舒適性問題。實踐表明，針對不同地質條件和工程部位，科學采用綜合沉降控制措施，并實施全過程精細化質量管控，是控制高速公路路基沉降的有效途徑，值得在類似工程中推廣應用。

5 結語

高速公路路基沉降施工技術研究對于保障公路工程建設質量、提高通行安全和使用壽命具有重要意義。本文系統分析了路基沉降成因，探索了地基處理、路基填筑、排水固結等方面的施工技術，提出了完善的質量控制措施。研究成果可供高速公路建設單位參考借鑒，推動路基沉降施工技術進步。但受限于研究時間和條件，本文尚有不足之處，未來應進一步開展電滲固結等新技術的工程應用研究，持續完善路基沉降質量控制體系，為建設更加安全、耐久的高速公路提供有力保障。

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