山区高速公路差异沉降控制技术研究_吴阳.pdf

运输经理世界道路工程与技术0引言从经济的发展规律看，偏远山区是未来国家经济重点关注方向，未来公路建设重点会转向山区，从而减小地区贫富差距，更好地构建小康社会，由于山区地质的复杂性，导致高速公路容易产生差异沉降的问题，不仅会降低工程质量，而且存在安全隐患，从而对行车安全构成威胁。因此，为了保证高速公路质量，要加强对差异沉降的研究，并采取有效控制技术，从而推动山区高速公路事业发展。1项目案例汕昆高速公路龙川至怀集段（简称“龙川至怀集高速公路”）是国家高速公路网规划“71118”布局方案中第 17 横汕头至昆明高速公路的重要路段，也是广东省“九纵五横两环”高速公路网规划主骨架中“一横”的重要组成部分。该项目建成后，将与梅河高速公路、粤赣高速公路、大广高速公路、京珠高速公路及广乐高速公路等共同构筑广东省北部地区的高速公路网，完善、优化广 东 省 北 部 地 区 公 路 网 布 局，从 而 带 动 粤 北 经 济发展。2差异沉降的机理要想富，先修路。这句话充分证明了交通对于社会经济发展的重要性，特别是对于粤北地区的山区而言，因受到自然环境的影响，粤北地区经济发展速度较慢。因此，为了促进粤北山区经济发展，要加快该地区高速公路建设，但在该工程建设中容易出现差异沉降问题，主要原因是高速公路在运行中受到外部重量压力而发生变形，沉降问题一般会发生在施工过程中或竣工之后。其中，施工过程中沉降是高速公路建设到填筑完成中出现的差异性沉降问题。而竣工后的沉降问题主要是高速公路投入使用之后，高速公路受到车辆等重力影响导致的路面出现裂缝，时间一长就会发生沉降问题。了解差异沉降的机理，分析山区高 速 公 路 产 生 差 异 沉 降 的 原 因，从 而 更 好 地 进 行处理1。3山区高速公路差异沉降形成的原因3.1 压实度不足现阶段，国家为了加快粤北山区经济发展，对粤北地区的高速公路建设投入也在增加，但是差异沉降问题依然严重，最常见的原因就是压实度不足的问题。与平原地区相比，粤北山区地形复杂，且地质构造比较特殊，该地区高速公路建设难度较大，通过研究发现，山区高速公路两侧的压实度一般会低于中心，由于整体压实度不同，再加上外部压力的影响，容易出现差异沉降问题。尤其是遇到连续雨水的天气，高速公路经过雨水长时间冲刷，压实度不足的问题会不断加剧，严重时会出现路面局部沉陷的情况。3.2 软土地基影响在粤北山区高速公路建设过程中同样会遇到软土地基，软土地基的压实度比较低，而且软土地基支撑力分布具有明显特点，主要体现在中间大、两侧小，这也是产生差异沉降的主要原因。尤其是高路堤部分，在进行填筑施工时往往需要大量材料，所以会产生较大的压力，这也就造成了更大的差异性，差异沉降问题也就因此产生。例如，有的地区软土地基较多，在高速公路施工之前软土地基就发生了沉降的问题，当情况比较严重时会出现错位或者断裂。目前，针对山区软土地基处理情况来看，由于处理技术水平有限，所以处理效果不是很好，这也导致了后期高速公路出现差异沉降的问题2。山区高速公路差异沉降控制技术研究吴阳（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）摘 要：为提高山区高速公路施工质量，结合项目案例，分析差异沉降的机理，探讨山区高速公路差异沉降形成的原因，提出粤北山区高速公路差异沉降控制技术，从而解决高速公路差异沉降问题，为工程质量提供可靠的保障。关键词：山区；高速公路；差异沉降；控制技术中图分类号：U416文献标识码：A47运输经理世界道路工程与技术3.3 高路堤边坡渗流影响汕昆高速公路建设中对高路堤部分要做高填方处理，主要原因是山区不同于平原，地形较为复杂，当遇到雨水天气时，大量的雨水会冲刷高路堤，导致高速公路边坡的稳定性下降，从而产生一系列问题。当高速公路稳定性下降之后，高速公路在后期使用中会存在安全隐患，例如，边坡发生滑动，最终造成差异性沉降问题。3.4 工后沉降影响汕昆高速公路在实际建设过程中，修筑路堤需要填筑大量材料，所以，地基会受到重力影响，当超出荷载范围之后，地基就会出现差异沉降问题。另外，天然地基遭受破坏之后，会出现压实度不足的问题，这就导致了高速公路竣工之后出现差异沉降的问题，这种情况在山区公路中是比较常见的。同时，部分山区情况较为复杂，施工单位在开展施工前缺乏了解，这会影响到施工方案制订的合理性，从而导致过程中出现较多问题，最终造成差异沉降。4粤北山区高速公路差异沉降控制技术4.1 强夯法处理差异沉降高速公路建设时要坚持因地制宜原则，根据项目现场实际情况对施工方案作出适当调整，确保与现场情况相符合，强夯法在处理山区高速公路差异沉降中优势明显，操作起来比较简单，而且施工效率较高。强夯法的原理是通过破坏原有土体结构，从而达到提升地基稳定性目的。实际应用中要根据具体情况来选择强夯法，其中动力夯实主要用于颗粒较大的土体，强夯中产生的冲击力会粉碎大颗粒，从而增加了土体的密实度，有助于提升高速公路稳定性。动力固结这种方法主要针对黏性土，强夯中产生的重力势能会破坏黏土结构，从而发生液化反应，这有利于高速公路的排水3。粤北山区高速公路较为特殊，沿线通常会有较多的高填涵洞，因此，使用强夯法中要特别注意构造物，防止对其产生影响。4.2 构造物处理差异沉降在高速公路施工中桥涵顶部发生差异沉降问题概率较大，在处理该问题时要对构造物进行差异沉降处理。对部分构造物铺设土工格栅，目的是让土体应力进行扩散，从而增加高速公路的稳定性，可以承受更大的荷载4。除此之外，在高速公路上铺设土工格栅，可以有效预防工程竣工后出现剪切现象，从而避免差异沉降问题的发生。此外，在铺设土工格栅时要根据实际情况，控制好距离，并由专业人员结合以往经验制订施工方案，避免出现不合理的情况，从而控制差异沉降。4.3 挖填结合处理差异沉降粤北山区高速公路建设面临的自然情况比较复杂，例如，在遇到河流或者山体时，应对实际情况进行分析，并在此基础上优化建设方案，采用新型建造结构，从而对公路进行填筑。另外，施工过程中遇到一边填一边挖的情况时，要对坡度进行分析，当坡度大于 15 时，在施工时采用建造台阶的方式来缓和坡度，以保证高速公路的正常运行。同时，建造台阶过程中要特别注意，控制台阶的高度和宽度在一定范围之内，保证台阶投入使用后可以发挥出有效作用。总的来说，山区高速公路差异沉降处理会遇到各种各样的问题，要坚持从实际情况出发，针对不同问题采用不同措施，保证可以有效解决差异性沉降问题，从而提高山区高速公路的质量5。4.4 合理选择路基填筑材料为了避免汕昆山区高速公路出现差异沉降问题，在地基填筑时选择合适材料，可保障施工质量。泥炭、淤泥等材料不能用于路基填筑，需要选择砂类土作为填筑的材料，并控制好粒径的范围。当采用细粒土填筑时，要求填筑材料强度要符合规定要求。在修筑浸水路堤时须采用渗水性较好的材料来填筑，如果选用了细砂、粉砂时，同时需要考虑到振动液化的影响。粤北山区地质情况是非常复杂的，常用的填筑材料很有可能无法满足实际需求，这时需要对材料进行处理后才能使用。主要处理措施：一是生石灰改良粉质砂土。将生石灰加入粉质砂土中，不仅可以吸收水分，且具有胶结能力，使得粉质砂土的抗剪强度发生变化，从而起到改良路基土层的作用。二是土石混填路基冲击碾压技术。填石路基时采用冲击压路机，其可以产生巨大冲击力，为路基的填筑质量提供可靠保障，从而避免路基出现差异沉降的问题。三是石灰改良高液限黏土。改良措施是将石灰加入高液限黏土中，充当稳定剂的作用，从而提升路基的强度和稳定性。4.5 地基处理技术对汕昆高速中遇到的软土地基处理，可以有效避免 高 速 公 路 差 异 沉 降 问 题 的 发 生。软 土 地 基 处 理技术：一是排水固结法。该方法主要是提升土体的固结速度，且经济效益明显，不仅可以缩短工期，还可以有效减少成本投入。二是复合地基法。该方法采用加固填方路段的地基，从而达到减小差异沉降的目的。通常情况下，复合地基的形成需要综合采用多种施工方式，有助于提高地基的承载力6。48运输经理世界道路工程与技术三是粉喷桩法。使用粉喷法时要利用专业设备，将加固剂粉体材料通过压缩空气传送，与地基土实现拌和，发生化学反应之后会形成具有一定强度的桩体，从而达到提升软土地基强度的目的。由于粉喷法优势明显，所以应用范围较广，常应用于淤泥质土、杂填土等7。四是压力注浆法。该方法是应用液压机将水泥浆注入岩土层之中，使土体中的水分和气体排出，从而减小土体孔隙率，增加地基的强度，有效避免差异沉降问题发生。当然山区高速公路施工除了遇到软土地基外，还会遇到其他类型的地基，例如，甘肃地区的湿陷性黄土地基，这对工程质量会产生不利影响，一般采用土垫层法、重夯法等来进行处理，在施工中也出现了一些新的地基处理方法，如冲击碾压、DDC法等，都得到了广泛应用，并且取得了良好成效。4.6 土工合成材料应用土工合成材料是一种新型岩土工程材料，原料主要采用人工合成的聚合物，包括塑料、纤维等人工材料，并加工成各种产品中放置在土体的内部，从而起到加固土体的作用。我国利用土工合成材料治理高速工程差异沉降问题开始于 20 世纪 90 年代，之后随着研究的不断深入，该项技术逐渐趋于成熟，应用范围也在不断扩大8。目前，土工合成材料在处理高速公路差异沉降中效果显著，土工合成材料常用的是土工格栅和土工格室，其中土工格栅是一种以高分子聚合物为原料的片材，具有抗拉强度高、耐腐蚀等特点。土工格室是一种特种土工合成材料，该材料具有抗老化性能，在我国的任何地区的高速公路项目，土工格室都具有适用性，且应用效果比较好。此次土工合成材料在汕昆高速公路中也进行了广泛应用，并取得了显著成效。土工合成材料在高速公路中具有广阔的应用前景，未来要进行深入研究，从而让土工合成材料在高速公路差异沉降控制中发挥出更大的作用。4.7 排水技术路基内部水没有及时排放，时间一长会对路基造成损害，从而出现差异沉降的问题。因此，为了有效控制高速公路差异沉降，必须要做好排水工作，从而增强路基的稳定性。进行路基内部排水时要综合考虑各方面问题，可以采用拦截、旁引等方式来排出地下水。如果地下水位比较高，可以提高路基填土的高度，同时，也可以在路基两侧设置排水构造物，以达到降低地下水位的目的。当遇到地下水条件比较复杂的情况下，施工人员需要进行全面调查，并根据实际情况采用有效排水措施。地下水会受到季节、环境气候等因素的影响而发生变化，因此，高速公路在进行排水设计时要考虑到这一点，并对排水方案作出适当调整。山区高速公路要建立起完善的排水系统。比如地下排水系统。该系统主要包括排水孔、渗沟及盲沟等，可以有效降低地下水位，从而起到排水的作用。其中，边坡排水孔不仅可以降低坡体地下水位，而且能够对地下径流起到拦截的作用。需要注意的是，设计盲沟时可以适当拉大距离，确保发挥出有效作用。5结语综上所述，本文探讨了粤北地区的汕昆高速公路差异沉降的原因及控制技术，从而解决高速公路差异沉降问题，为工程质量提供可靠的保障。因此，相关工作人员应该加强对山区公路差异沉降的分析，并根据实际情况进一步完善施工方案，从而减少施工中不利因素的影响，保证高速公路质量达标，建立起安全可靠的山区交通体系，从而推动粤北山区经济稳定发展。参考文献：1岳亚亚，王代强.山区高填路基差异沉降标准和控制技术探究J.百科论坛，2020（10）：1452.2赵帅磊，李鸿哲.山区高速公路路基差异沉降分 析 及 其 控 制 措 施 J.工 程 建 设 与 设 计，2019（24）：75-76.3贺如意.高速公路加宽路基沉降差异及控制技术探讨J.工程技术研究，2021（16）：78-79.4焦杨.关于高速公路差异沉降控制问题的探索J.交通世界，2009（11）：138-139.5夏英志，程玉.高速公路高填方路堤差异沉降特性研究J.公路工程，2019（4）：268-273.6黄写勤，高志伟，王选仓.高速公路拓宽路基差异沉降处治措施J.筑路机械与施工机械化，2013（8）：71-75.7张弢，王冠.山区高速公路桥隧相连过渡段差异 沉 降 成 因 及 处 治 探 讨 J.交 通 科 技，2015（4）：84-86.8王晨竹.山区高速公路路基差异沉降特性分析 及 对 策 探 讨 J.山 东 农 业 大 学 学 报，2018（5）：772-776.作者简介：吴阳（1982-），男，汉族，江苏盐城人，高级工程师，研究方向：高速公路路基设计49