丘陵地区路基沉陷加固技术应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：胡华俊（1984），男，汉族，浙江永康人，大专，永康市大通公路工程有限公司，工程师，道路桥梁。-38-丘陵地区路基沉陷加固技术应用研究 胡华俊 永康市大通公路工程有限公司，浙江 永康 321300 摘要：摘要：在当代社会，交通基础设施建设和维护是国家经济和社会发展的重要支撑。然而，丘陵地区作为地理环境复杂多变区域，其路基工程一直以来都面临着特殊的挑战，其中最突出问题就是路基沉陷，其对于交通运输安全和效率产生了严重影响，同时对工程建设和维护成本造成一定压力。本研究旨在深入探讨丘陵地区路基沉陷加固技术的应用，为解决该问题提供科学方法及技术支持。关键词：关键词：丘陵地区；路基沉陷加固技术；具体应用 中图分类号：中图分类号：U418.5 0 引言 丘陵地区路基沉陷问题是水利工程领域的关键难题，其根本原因在于复杂多变的地质环境及气候条件，使丘陵地区常受到地质构造和地表水体影响，路基沉陷问题导致道路使用寿命缩短、交通安全隐患增加以及生态环境破坏。此外，丘陵地区路基工程通常需要高投入资金和劳力，因此，有效的沉陷加固技术对于提高工程质量和降低成本具有重要意义。1 丘陵地区路基沉陷加固技术应用前景 1.1 提升交通基础设施的可靠性与安全性 在丘陵地区，由于地貌复杂和土壤条件多样导致路基沉陷问题十分普遍，不仅对当地居民日常生活和出行造成明显的不便，更对交通安全构成潜在威胁。通过应用先进路基加固技术，可以在多个层面提高交通基础设施的可靠性和安全性。其中，使用高性能材料在加固过程中具有重要意义，可以增加路基承载能力，从而提高整个交通网络效率和可靠性。高性能材料通常具有良好耐候性和耐腐蚀性，意味着在使用这些材料进行加固后，路基维护成本将大大降低。而降低维护成本不仅可以为政府和企业节省大量资源，更能确保交通基础设施在面对极端气候和其他不可预测因素时，仍能保持其高度可靠性和安全性。此外，通过加固技术，路基使用寿命也得以显著延长，能够减少频繁维修和更换带来的经济负担，有助于保证长期交通安全。从宏观角度看，将进一步提升整个交通系统稳定性和持久性，为社会经济发展提供稳健支持。1.2 促进区域经济发展 在丘陵地区，经济发展与交通基础设施息息相关，而路基沉陷加固技术在这一方面具有至关重要的作用。特别在相对偏远地区，交通通畅性对于区域经济健康发展具有举足轻重的影响。当交通基础设施更加稳固和可靠，货物和人员流动得以加速，不仅可以提升整个区域经济效率，还能够进一步激励地方经济活动。例如，物流业在此种环境中会更加繁荣，因为更好的道路条件意味着运输成本降低和运输速度提升；建筑行业也将受益，因为更便捷的物流会对建筑材料供应呈现积极推动作用。此外，加固技术的应用还能够带动其他与交通和经济发展密切相关的产业，如旅游业。一个安全可靠的交通网络将吸引更多游客，从而促进旅游业发展，带动与之相关的服务业，如餐饮、住宿和娱乐等。随着旅游业增长，地方文化和资源得以更好地保护和推广，进一步提升区域经济多元化和可持续性。1.3 应对气候变化和自然灾害 在面对气候变化和自然灾害的复杂挑战下，交通基础设施韧性及可持续性显得尤为重要。特别是在丘陵地区，由于其地形特点和环境条件，更容易受到洪水、滑坡和地震等自然灾害影响，从而导致交通瘫痪，巨大经济损失和社会影响。因此，应用先进的路基沉陷加固技术可以显著提高路基对各种自然灾害的抗性，从而提高整体交通网络的可靠性和安全性。例如，生态工程方法可以通过植被覆盖和土壤稳定等手段，增加土地抗侵蚀性，从而减少洪水和滑坡带来的破坏。同时，智能传感器技术也越来越多地被应用于交通基础设施中，其传感器能够实时监测路基状态，及时发中国科技期刊数据库 工业 A-39-出预警，使得及时维护和修复成为可能，从而减少由自然灾害导致的经济损失，为应对不断变化的气候条件提供了有力工具。此外，加固技术还具有长远视野，通过提高路基抗灾能力，实际也在提高整个城市和地区的韧性，从而形成全面应对气候变化、减轻自然灾害影响，并实现社会经济可持续发展的多赢局面。2 丘陵地区路基沉陷加固技术应用原则 2.1 地质勘察与分析原则 在丘陵地区路基沉陷加固技术应用的过程中，地质勘察与分析原则是确保工程成功实施的关键步骤，其质量直接影响着后续技术选择和设计准确性，该原则主要内容如下：（1）综合性勘察。首先，施工人员需要对丘陵地区的地质、地貌、水文地质、气象等多个方面数据进行采集与分析，在地质方面，必须详细研究地层性质、岩土材料的组成与特性，以及可能存在的地质断层和裂缝等。同时，了解地貌特征、植被情况和降水分布等因素对于预测地下水位和土壤侵蚀具有重要意义。（2）沉陷机理深入分析。包括土壤性质的详细研究，如土壤类型、密度、含水率、压缩性等参数测定。此外，需要了解地下水位变化情况，通过深入分析沉陷机理，可以更准确地确定沉陷原因，是由于土壤的压缩、水分变化、地下水位变化还是其他因素所致。（3）风险评估与管理。在丘陵地区，自然灾害如山体滑坡、泥石流等常是路基沉陷的潜在威胁。因此，在地质勘察和分析阶段，施工人员必须考虑并评估潜在风险因素，包括地质灾害历史记录、潜在地震活动、气象条件等方面调查与分析。一旦确定潜在风险，必须采取适当风险管理措施，以确保工程安全性和可持续性。2.2 技术选择与设计原则 在丘陵地区路基沉陷加固技术应用研究中，技术选择与设计原则是确保工程取得长期稳定效果的关键因素，有助于提高工程可持续性、降低风险，该原则主要内容如下：（1）多样化选择。丘陵地区的地质条件复杂多变，因此不能采用单一加固方法，技术人员应根据实际情况考虑多种技术组合，充分利用不同技术优势，弥补各自不足，从而提高整体加固效果。（2）安全与可持续性。在技术选择和设计中，施工人员必须将安全性和可持续性置于首要位置。确保所选技术不会对周围环境造成不良影响，包括土壤、水体和植被。此外，要考虑工程长期稳定性，以确保路基在未来的使用中不会出现再次沉陷或其他问题，减少浪费和对环境的负面影响。（3）预测性设计。预测性设计涉及使用先进工程分析和数值模拟技术，以验证加固方案有效性。在设计过程中，施工人员必须考虑不同工况下的性能，包括荷载变化、地下水位变化、气象条件等，从而评估不同技术选择的性能，选择最合适的加固方法。2.3 施工与质量控制原则 在丘陵地区路基沉陷加固技术应用研究中，施工与质量控制原则是确保工程成功实施、安全可靠的重要因素。以下是相关原则的详细探讨：（1）施工规范。在丘陵地区，由于地质条件多变，施工规范必须特别注意，以确保工程安全性和可靠性。施工规范不仅是指导施工法规，还包括最佳实践和经验教训。施工团队必须严格按照规范执行工作，确保每个环节均符合标准。（2）质量监控。建立有效的质量监控体系是确保工程质量的关键，包括对施工过程进行实时监测和检查，以确保工程质量符合设计要求。监控体系应涵盖材料质量控制、工程施工过程的监测、施工质量检查等多个方面。通过质量监控，可以及时发现并纠正潜在的问题，确保工程稳定性和安全性。（3）安全管理。在丘陵地区路基沉陷加固施工中存在许多潜在危险，如高边坡、深挖土方、大型机械操作等。因此，必须采取必要安全措施，培训施工人员，降低事故风险。安全管理包括制定安全计划、定期进行安全培训、监督施工现场安全等措施。只有确保施工人员安全，才能保障工程顺利进行。3 丘陵地区路基沉陷加固技术的具体应用 3.1 地质勘察与预处理 地质勘察是沉陷加固工程的前提，需要使用地质雷达和地电阻率成像技术，通过这些高精度设备，工程师能够获取土层深度、岩石分布、土壤含水量等关键参数。例如，一项实地勘察结果可能显示土壤含水量平均为 18%，地层厚度变化范围在 2-15 米之间，土壤剪切强度为 40-60 kPa。预处理阶段通常涉及土壤改良和排水，如使用 0.8 米直径的排水管，以每小时 50中国科技期刊数据库 工业 A-40-立方米的速度进行排水，以降低土壤湿度至 12%。表 1 实地勘察结果示例 阶段 工具与设备 测量参数 范围或平均值 地质勘察 地质雷达 土层厚度 2-15 米 地电阻率成像技术 土壤含水量 18%剪切仪 剪切强度 40-60 kPa 预处理 排水管（0.8 m）排水速度 50 m/h 抽水泵 土壤湿度降低至 12%预处理后，土壤的物理和力学性质通常会得到显著改善。如排水后，土壤剪切强度可能提升至 70-80 kPa，这为后续沉陷加固工作提供了更为稳健的基础。综合考虑各种因素，地质勘察与预处理不仅提供了详尽准确地下信息，还通过精确的数值模型优化了整个加固工程，特别是在丘陵地区的特殊地质环境下。这一阶段成功执行是确保整个沉陷加固工程质量和安全性的关键。其高度技术性和严谨的数值分析为后续加固技术选择和实施提供了强有力数据支持，从而确保整个工程能在丘陵地区得到有效和持久的应用。3.2 深层压密法 深层压密法（Deep Soil Compaction，DSC）经常被用作一种高效土壤稳定化技术。该方法的核心理念是利用高压泵或压缩机对土壤进行垂直注入，以达到压实土壤、减少孔隙率的目的。在技术实施过程中，施工人员需用到高达 3000 psi 的压缩力，对土壤进行动态监测，如孔隙率可能从原始的 40%降低到 25%，土壤密度可能从 1.6 g/cm提升至 1.8 g/cm。表 2 深层压密应用示例 阶段 工具与设备 测量参数 原始值或范围 优化后的值或范围 深层压密 高压泵 压缩力（psi）1000-2000 3000 压缩机 孔隙率（%）40 25 土壤密度计 土壤密度（g/cm）1.6 1.8 该方法通常与地质勘察和预处理阶段紧密结合，以确保土壤加固方案的可行性和长期稳定性。例如，在压缩过程中，施工人员还需配合使用土壤水分计和土壤压力传感器进行实时监控，以确保土壤水分含量在一个合理范围内，如从原始 18%降低至 15%。同时，通过实时数据分析，工程师还可以对压缩程序进行微调，比如，如果土壤密度在压缩后没有达到预期值（如1.8 g/cm），则可能需要增加压缩力或延长压缩时间。深层压密法在丘陵地区的应用需要特别考虑地形和土壤条件，在实际操作中，工程师除了依赖高精度测量设备和严格的数值模型，还需要多次现场试验和数据验证，以确保最终方案能在复杂的丘陵地形中达到预期加固效果。3.3 环氧树脂注入 环氧树脂注入法是一种极具潜力和效率的加固技术，该方法主要利用高压泵将特定配比的环氧树脂注入土壤中，以提高土壤剪切强度和降低孔隙率。该技术特别适用于地层结构复杂和土壤质量不均的丘陵地区。在技术实施阶段，施工人员首先应依据前期地质勘察数据，选择注入点和注入深度。假设初始土壤剪切强度为 50 kPa，孔隙率为 35%，施工人员可以将环氧树脂的注入量设置在每立方米土壤 20-30 kg 的范围内，并将高压泵的压力设置在 2000-3000 psi，确保环氧树脂能有效渗透到土壤中。表 3 环氧树脂注入应用示例 阶段 工具与设备 测量参数 初始值或范围 优化后的值或范围 环氧树脂注入 高压泵 注入压力（psi）2000-3000 根据实际调整 流量计 注入量（kg/m）20-30 根据实际调整 剪切强度计 剪切强度（kPa）50 100-150 孔隙率计 孔隙率（%）35 20-25 注入后，通过后续剪切强度和孔隙率测试，施工人员通常可以观察到显著土壤性质改善。例如，剪切强度可能从 50 kPa 提升至 100-150 kPa，孔隙率可能从 35%降低至 20%-25%。需要注意，环氧树脂类型和配比需要根据具体土壤性质和工程需求来定，需要通过多轮实验和模拟来优化。总体来说，环氧树脂注入法是一种高度技术化的土壤加固方法，依赖于精确数值分析和高质量的材料，特别适用于丘陵地区复杂的地质环境和工程需求。3.4 动态冲击法 在丘陵地区路基沉陷加固技术的多元应用范畴内，动态冲击法（Dynamic Impact Method,DIM）具有不可忽视的价值和独特优势。该方法是通过使用重型冲击器或打桩机对土壤进行高频率、高能量的动态冲击，以达到提高土壤密度和剪切强度的目的。动态冲击法不仅可以有效地改善土壤机械性质，还能在短时间内中国科技期刊数据库 工业 A-41-对大面积土壤进行加固，特别适用于丘陵地区特殊地形和土质条件。在具体实施过程中，施工人员需要进行精确数值模拟和力学分析，假设初始土壤剪切强度和密度分别为 40 kPa 和 1.5 g/cm，动态冲击器冲击频率和冲击能量应设置在 40-60 Hz 和 2000-3000 J 的范围内。表 4 动态冲击应用示例 阶段 工具与设备 测量参数 初始值或范围 优化后的值或范围 动态冲击 动态冲击器 冲击频率（Hz）40-60 根据实际调整 打桩机 冲击能量（J）2000-3000 根据实际调整 土壤密度计 土壤密度（g/cm）1.5 1.7-1.8 剪切强度计 剪切强度（kPa）40 70-80 在动态冲击后，施工人员需要对土壤密度和剪切强度的再次测量，通常会发现明显性质改善。例如，土壤密度可能从 1.5 g/cm提升到 1.7-1.8 g/cm，而剪切强度也可能从 40 kPa 增加到 70-80 kPa。值得注意的是，动态冲击法在丘陵地区的应用需要特别考虑到地震和土壤液化风险。因此，在实施动态冲击前，施工人员通常需要进行地震反应分析和土壤液化潜势评估。4 结束语 丘陵地区路基沉陷加固技术的研究不仅在解决实际问题上具有直接重要性，还在学术研究和社会发展方面具有广泛价值。通过不懈努力和持续研究，可以不断提高对这一复杂问题理解，为未来工程实践和学术研究做出更多有益贡献，推动丘陵地区路基工程可持续发展。参考文献 1钟文权,李伟.公路路基沉陷加固的处理技术探讨J.建筑工程技术与设计,2016.2孙福强.公路路基沉陷加固处理技术研究J.中国科技博览,2014(12):1.3刘强,谌超,向朝海,等.丘陵地区市政道路路基施工技术J.城市建设理论研究:电子版,2012,000(026):1-5.4卫小凯.丘陵地区路基沉降加固技术研究J.新疆交通运输科技,2017(6):3.