论高速公路拓宽工程路基差异沉降控制技术

张嘉辉

摘 要：本文从高速公路拓宽工程路基差异沉降原理入手，阐述拓宽工程路基差异沉降的特点，给出四项差异沉降的有效控制技术，为相关单位提供理论与实践参考，保障高速公路的安全可靠运行。

关键词：高速公路;拓宽工程;差异沉降

一、拓宽工程路基差异沉降原理

通常来说，在高速公路拓宽工程中，旧路基在经过长期运行和恶劣环境的影响，可保持稳定，完成固结与次固结沉降，并在行车荷载和路基自重的影响下，将软土地基中的水分全部排出，整体结构与性能可满足高速公路可靠运行要求;新路基会在施工期间出现初始沉降、固结沉降及次固结沉降，后两项沉降的持续时间相对较长，需在高速公路投入运行一段时间后，方可达到旧路基的稳定性。就此，在拓宽工程中，新旧路基的沉降程度有所差异，会在衔接部位出现错台现象，即差异沉降。

大量实践表明，拓宽工程中的新旧路基一定会产生差异沉降，影响该现象的要素包括路基高度、拓宽施工工艺、拓宽施工参数与地基压缩模量等。一旦差异沉降量超过某一阈值，会导致高速公路出现病害，影响其正常使用。就此，在路基拓宽工程施工中，施工单位需做好差异沉降的控制工作[1]。

二、拓宽工程路基差异沉降特点

（一）竖向位移

在高速公路的旧路基中，路基沉降特点为边缘小、中间大。在道路结构中，边缘部位的竖向位移小于中间部位，加宽路基的沉降规律与其相同。但拓宽工程中，路基的边缘部位扩大，旧路基邊缘部位的竖向位移偏小，而新建路基的某一深度部位表现出较大竖向位移，并沿着拓宽路基的边缘逐渐降低。如果通过图形表示，拓宽工程中路基的竖向位移变化呈钟形。

（二）水平位移

在高速公路旧路基中，最大水平位移通常位于路基下部，道路中间结构的路基基本不会出现水平位移。在旧路基拓宽后，新建路基将产生最大水平位移，和新旧路基衔接部位越近，水平位移越小。

（三）竖向应力

在高速公路拓宽工程中，竖向应力的最大值位于路基顶面，地基深度越大的区域，竖向应力越低。如果竖向应力最大值不断变大，数据最大的结构将从路基顶面转移到新建路基中间部位。

（四）剪应力

高速公路的最大剪应力位于路基坡脚位置，路基拓宽后，最大剪应力数值有所增加，这是因为路基加宽易引发滑坡或坍塌现象，使坡脚受力出现变化。就此，在高速公路拓宽工程中，需对路基进行加固处理，保障边坡的稳定性，避免新旧路基出现差异沉降[2]。

三、拓宽工程路基差异沉降控制措施

（一）削坡和开挖台阶

针对拓宽工程表现的路基差异沉降现象，施工单位可通过削坡与开挖台阶方式，进行旧路路基的处理，强化新旧路基间的摩阻力与抗剪力，为后续土工格栅的铺设预留锚固长度，提升高速公路的稳定性与整体性。

在实际施工中，施工单位需清除边坡某区域内的松散土体，根据相关要求开挖为台阶，常用直接开挖或先削坡后开挖两项施工工艺。在削坡工艺中，为确保新旧路基的紧密连接，施工人员需将削坡的坡度控制在1：0.5～1.1.5范围内;在开挖台阶工艺中，为提高施工效率，需采取自下而上顺序开挖台阶，台阶的高度和宽度由削坡的坡度、高速公路路基的填料与压实度决定，但高度不可低于30cm（通常设定为≤100cm），宽度不可低于2.0m（最小不得小于1.0m）。同时，为强化新旧路基衔接的整体稳定性，避免高速公路使用期间出现滑移或错台，施工单位需在台阶中设置2～4%的反坡。

（二）拓展土工格栅

在高速公路拓宽工程中，土工格栅设置于路基基底和台阶顶面后侧，具备拉筋功能，可优化新旧路基的受力性能，避免高速公路车辆的荷载向路基扩散，从而控制路基差异沉降。细化来说，土工格栅具备提高地基承载力、实现应力均匀分布、降低拓宽路水平应力与位移、强化新旧路基衔接整体稳定性等优势，施工单位需结合新旧路基的受力状况，优化配置土工格栅。通常来说，拓宽后的路基最大剪应力位于台阶边缘距旧路基1.0m的位置，施工单位需沿着台阶边缘，将土工格栅向内拓展3m。

同时，在高速公路运行期间，一旦行车荷载和路基自重大于土工格栅可承受的最大应力，会导致路基出现变形或位移，在位移超过某一阈值时，会使路基与路面开裂。就此，施工单位在铺设土工格栅时，需结合高速公路与路基拓宽现状，计算相关数值，在规定时间内向土工格栅中施加预应力，直到路基变形保持稳定，再进行回填施工，并在路基顶部增设一层土工格栅，避免拓宽工程结束后，土工格栅的位移引发路基路面产生裂缝病害。

（三）回填轻质材料

通常来说，为避免回填料的性能不同，导致新旧路基出现不均匀沉降，施工单位在开展拓宽路基部位的回填施工时，需选择与旧路基同样的回填料。但对于软土路基而言，其整体承载力薄弱，极易产生压缩沉降。就此，针对软土路基区域，施工单位需优先选择轻质材料作为回填料，如EPS、粉煤灰等，降低路基的自重，使其与旧路基保持同样的沉降。

针对轻质路填料对拓宽工程路基差异沉降的控制作用，学者们开展多项实践研究，取得具备说服力的实验结果，为轻质路填料的应用提供指导。例如，长安大学公路学院翁效林教授将不同重度的材料作为研究对象，分别为1kN/m3、10kN/m3与19kN/m3，应用仿真软件开展实践应用分析。分析结果表明，使用不同重度回填料的新旧路基，表现出不同的表面差异沉降量。其中，1kN/m3对应的沉降量为4.09cm;10kN/m3对应的沉降量为7.59cm;19kN/m3对应的沉降量为9.31cm。可见，回填料的重度增加，会加大新旧路基的差异沉降量，施工单位需优先选择轻质材料作为回填料，实现新旧路基差异沉降的有效控制。

（四）路基压实控制

路基压实可提高填料间的接触面积，提升填料的凝聚力与内摩阻力，降低填料空隙率，提高路基密实度与强度，避免路基出现变形问题。在高速公路拓宽工程中，新旧路基的衔接部位的碾压难度较大，路基压实效果不佳，属于路基的薄弱环节，极易出现不均匀沉降，降低路基的整体稳定性。

大量施工实践表明，在高速公路拓宽工程中的新旧路基压实施工中，压实机具的合理选择，是强化路基压实效果的关键。如果施工单位选择的压实机吨位偏小，压实机的碾压次数增多，会提升路基回填土的压实度，但增长效果相对薄弱，且在路基压实度达到压实机的极限数值后，碾压次数的增多不会提升压实度，反而会导致土体产生弹性变形;如果施工单位选择的压实机吨位偏大，在压实度超过压实机的极限数据后，碾压次数的增多，会加剧土体变形，破坏路基与路面。同时，碾压速度也会影响压实效果，相关研究指出，压实机的碾压速度越大，压实效果越低，这时因为碾压速度偏大，会减少应力作用的时间，对土体的影响偏低，将会加大土的粘性，降低密实度。就此，在高速公路拓宽工程中，施工单位需结合新旧路基各项参数，选择合适吨位的压实机具，调节压实机的碾压速度，强化新旧路基的衔接稳定性[3]。

四、结语

综上所述，高速公路拓宽工程施工流程复杂，注意要点较多。施工单位可通过台阶开发与削坡、拓宽土工格栅、回填轻质材料及路基压实控制四项措施，避免新旧路基出现差异沉降，提高拓宽工程质量。

参考文献：

[1]黄振林.高速公路拓宽改造路基沉降差异处治[J].山西建筑，2019，45（06）：135-136.

[2]崔伟，吕高航，刘春阳.高速公路拓宽新路基差异沉降计算分析[J].科学技术与工程，2017，17（34）：326-331.

[3]王建，赵秀女.拓宽高度对高速公路路基差异沉降的影响[J].黑龙江交通科技，2017，40（11）：64-65.