張濤

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路改擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(dòng)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(duì)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(huì)引起不同程度的沉降。對(duì)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(duì)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(duì)沉降產(chǎn)生影響，如土方夯實(shí)、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(shí)度和顆粒級(jí)配有關(guān)，砂石填筑由于顆粒間隙較小、密實(shí)度較高，與土方填筑相比，其沉降影響更小。同時(shí)，石方填筑可以提供更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，降低沉降風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于較軟土層，可以選擇采用石方填筑并進(jìn)行適當(dāng)壓實(shí)，以增強(qiáng)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(duì)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(shí)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(jì)和施工方式對(duì)沉降的影響

在進(jìn)行路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方式選擇時(shí)，合理的路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減少沉降的發(fā)生概率和幅度。首先，在設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(shí)，施工單位需要嚴(yán)格控制填土的厚度、均勻性及壓實(shí)程度，避免過度壓實(shí)導(dǎo)致路基沉降；挖方施工時(shí)，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(jìn)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(hù)措施，以減小路面沉降的可能性，同時(shí)需考慮植物覆蓋和雨水排水等因素對(duì)沉降的影響，科學(xué)合理地選擇草坪、綠化帶或耐旱植物進(jìn)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(duì)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(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，施工單位需要綜合考慮氣候變化對(duì)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(jì)和施工過程中，需要充分考慮氣溫變化對(duì)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(duì)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(shí)，長時(shí)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(xiǎn)。因此，施工單位在工程設(shè)計(jì)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(duì)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(jìn)而導(dǎo)致路基土壤飽和，增大路基沉降的風(fēng)險(xiǎn)，因此施工單位需要進(jìn)行地下水位監(jiān)測(cè)，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(kuò)建施工工藝對(duì)沉降的影響及控制

2.1 施工周期對(duì)沉降的影響

在高速公路改擴(kuò)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(shí)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(shí)等工序后可能引起臨時(shí)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(shí)間會(huì)對(duì)整體沉降產(chǎn)生一定影響，因此，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)施工周期時(shí)，施工單位需要充分考慮自然沉降的時(shí)間，以確保路基在使用階段能夠穩(wěn)定。

其次，施工周期對(duì)沉降的影響與填筑材料的壓實(shí)程度有關(guān)，施工周期的長短決定填筑材料壓實(shí)的時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(huì)對(duì)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(xiǎn)。同時(shí)，施工單位應(yīng)合理控制施工進(jìn)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(shí)與加固工藝對(duì)沉降的影響

在高速公路改擴(kuò)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(shí)方法，如動(dòng)力壓實(shí)、靜密壓、振動(dòng)加固等。

首先，在選擇施工時(shí)機(jī)時(shí)，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(shí)進(jìn)行壓實(shí)與加固工作，以免造成不必要的沉降。

其次，施工機(jī)械設(shè)備的選用和使用方式對(duì)沉降產(chǎn)生直接影響，選用合適的施工機(jī)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(shí)，在使用機(jī)械設(shè)備時(shí)，施工單位需要按照操作規(guī)程進(jìn)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(shí)或不足壓實(shí)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(diǎn)，對(duì)不同類型的土質(zhì)采取相應(yīng)的處理方法。同時(shí)，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(xiǎn)。

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(xiàng)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(shí)，施工單位應(yīng)加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)工作，以便及時(shí)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(yùn)營。

2.3 路基加固和排水系統(tǒng)對(duì)沉降的影響

在高速公路改擴(kuò)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(qiáng)路基的承載能力和減小沉降的風(fēng)險(xiǎn)，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(shí)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(hù)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(xiǎn)；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(jì)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(shí)排除降雨水，防止長時(shí)間的積水對(duì)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(hù)坡等，需要合理布局和設(shè)計(jì)。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(shí)在面對(duì)降雨時(shí)能夠快速排除水分，減少路基土壤的軟化和沉降風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 施工振動(dòng)與荷載對(duì)沉降的影響

在高速公路改擴(kuò)建過程中，首先，使用的大型機(jī)械設(shè)備和工具會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，該振動(dòng)將傳入路基土體中，引起土體顆粒間的變動(dòng)和排列緊密化，從而導(dǎo)致沉降現(xiàn)象，尤其在振動(dòng)頻率較高或振動(dòng)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(dòng)的頻率和振幅，以減少對(duì)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(dòng)對(duì)沉降的影響。其次，大型車輛及施工機(jī)械對(duì)路基施加的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載可能使土體產(chǎn)生應(yīng)力集中與變形，進(jìn)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(duì)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(shí)，可減少施工機(jī)械和車輛的停放時(shí)間，加強(qiáng)路基的加固工作，以提升其承載能力。

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

3 新舊路基沉降監(jiān)測(cè)與控制因素分析

3.1 沉降監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)充分考慮工程特點(diǎn)及需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域范圍。首先，過少或過稀的監(jiān)測(cè)點(diǎn)無法全面反映沉降情況，而過多的監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)時(shí)，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(jì)的沉降量以及可行性等因素，合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量，以滿足監(jiān)測(cè)需求，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備的精度和性能對(duì)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(cè)儀器和設(shè)備具有不同的測(cè)量精度和靈敏度，因此在選擇監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備時(shí)，施工單位需要根據(jù)實(shí)際需要和現(xiàn)場(chǎng)條件合理選擇施工設(shè)備及監(jiān)測(cè)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(gè)長時(shí)間的過程，且一般在初始施工后的一段時(shí)間內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定。因此，在選擇監(jiān)測(cè)時(shí)間和頻率時(shí)，施工單位需要充分考慮沉降過程的演變和工程的實(shí)際情況，選擇合適的監(jiān)測(cè)時(shí)長和頻率，以及時(shí)反映路基沉降的變化趨勢(shì)，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(cè)模型對(duì)控制效果的影響

正確的數(shù)據(jù)分析和合適的預(yù)測(cè)模型可以幫助工程管理人員及時(shí)評(píng)估沉降狀況，并采取必要措施進(jìn)行控制。準(zhǔn)確的沉降數(shù)據(jù)能夠提供真實(shí)的路基沉降狀況，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，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(shí)際工程情況進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)，以保證評(píng)估沉降控制的效果。同時(shí)，不同的分析方法和模型對(duì)沉降數(shù)據(jù)的處理和預(yù)測(cè)方式不同，因此選擇合適的方法和模型可以提高對(duì)沉降控制效果的準(zhǔn)確性，常見的分析方法包括趨勢(shì)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(jìn)行沉降數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，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(diǎn)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(cè)沉降控制效果，長期監(jiān)測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)沉降發(fā)展趨勢(shì)的全面了解，但需要較長時(shí)間的數(shù)據(jù)積累；短期監(jiān)測(cè)則能在較短時(shí)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(cè)控制效果。因此，在確定監(jiān)測(cè)時(shí)間和頻率時(shí)，施工單位需要綜合考慮工程特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)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(duì)控制措施的影響

在高速公路改擴(kuò)建工程中，通過設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)、采集數(shù)據(jù)和進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，可以及時(shí)獲取沉降情況的變化趨勢(shì)，并通過預(yù)警系統(tǒng)提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)潛在的沉降問題。首先，施工監(jiān)控可及早識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)和問題，并采取必要的措施進(jìn)行調(diào)整和糾正。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反饋，可以評(píng)估當(dāng)前控制措施的效果，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到更好的沉降控制效果。其次，緊急處理的及時(shí)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(duì)問題的分析、評(píng)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(jìn)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(duì)不同問題，可以采取增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)、調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)、加固路基等措施應(yīng)對(duì)，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(tuán)隊(duì)以及相關(guān)部門保持緊密的溝通和協(xié)作，以及時(shí)進(jìn)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(jì)和施工方式以及氣候變化等方面分析了高速公路改擴(kuò)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(cè)方法和技術(shù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)模型以及加強(qiáng)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(kuò)建工程的安全運(yùn)營。