高速公路作为国家交通网络的核心骨架,长期承担大流量、重载交通的荷载作用,受地质条件、施工质量、自然环境等多重因素影响,投入运营一定年限后,很容易出现路基不均匀沉降病害,导致路面凹凸不平、桥头跳车,不仅降低行车舒适度,还会引发交通安全隐患,严重时甚至会影响高速公路的通行能力。做好路基沉降加固,是高速公路养护工程中的核心任务,直接关系到高速公路的使用寿命和通行安全。本文结合高速公路养护实践,分析沉降成因,梳理主流加固技术,总结施工管控要点,为同类工程提供参考。
一、高速公路路基沉降的核心成因
高速公路路基沉降不是单一因素导致,大多是先天地质条件叠加后天运营影响,常见原因主要分为四类:第一是软土地基处理不彻底,很多高速公路穿越滨海、河湖冲积平原区域,沿线分布厚层软土,软土具有天然含水率高、压缩性大、承载力低的特点,早期建设中受技术和成本限制,部分路段软土处理深度不够,或者处理工艺不到位,长期受重载交通荷载作用,软土逐渐压缩固结,引发路基缓慢沉降。第二是路基填筑质量不达标,高速公路修建过程中,部分路段需要高填方填筑,一些工程为了赶工期,填筑分层厚度超标,压实度达不到设计要求,或者选用了不合格的填筑材料,含有过多膨胀性黏土或者有机质,长期受雨水渗透和荷载作用,路基逐渐压缩下沉,容易产生不均匀沉降。第三是地下水环境变化影响,高速公路运营过程中,沿线地下水位会因为自然降水、周边开采地下水等因素发生变化,地下水位下降会导致路基土体失水固结,产生附加沉降;同时雨水渗入路基后,会不断冲刷带走填料中的细颗粒,在路基内部形成空隙,逐渐引发沉降。第四是重载交通长期作用,近年来高速公路货运流量不断增长,重载、超载车辆比例偏高,长期反复的荷载作用,会加速路基填料的压缩密实,导致路基产生累积沉降,尤其是匝道、服务区出入口等车辆启停频繁的路段,沉降问题更加突出。
不同路段的沉降也有明显规律,桥梁与路基衔接的桥头位置,是沉降高发区,主要因为桥台后背回填空间有限,压实难度大,长期受车辆荷载冲击,容易产生工后沉降,形成严重的桥头跳车问题;而高填方路段和软土区段,则容易产生大范围的整体不均匀沉降,导致路面整体纵坡变形。
二、高速公路路基沉降加固的主流技术选型
针对不同沉降类型和场地条件,目前高速公路养护中主流加固技术各有适配场景,需要结合实际选择:第一是注浆加固技术,这是目前高速公路路基沉降加固最常用的非开挖技术,通过压力将水泥浆或者水泥-水玻璃双液浆注入路基空隙和软弱土层,填充空洞、挤密松散填料,提高路基承载力,控制沉降发展。这种技术的优势是不需要大面积挖除路面,施工占地小,采用半幅施工不影响另半幅通行,对高速公路运营影响小,加固效果稳定,成本相对可控,适合处理轻度到中度的不均匀沉降,尤其是桥头跳车、局部区段沉降的修复,应用范围最广。缺点是针对沉降量过大、深层软土持续沉降的路段,单独使用注浆加固效果有限,需要结合其他工艺。
第二是微型桩加固技术,针对沉降量较大、路基承载力严重不足的路段,在路基中设置微型钢管桩,将荷载传递到深层稳定土层,有效控制进一步沉降。这种技术加固效果可靠,承载力提升幅度大,而且施工设备小型化,不需要大面积开挖,适合高速公路主干道沉降加固,缺点是施工成本比注浆高,工期稍长。
第三是泡沫轻质土换填技术,针对高填方路段的沉降,或者需要拓宽路基的沉降治理,采用泡沫轻质土换填原有软弱填料,泡沫轻质土容重仅为普通填料的三分之一到二分之一,能够大幅降低路基自重,减少附加沉降,而且流动性好,浇筑方便,不需要大型压实设备,适合狭窄场地施工,缺点是成本比普通填料高,适合中小区段沉降修复。
第四是堆载预压加固技术,针对软土区段大范围的缓慢沉降,在路基顶面堆载砂石,提前预压促进地基固结,待沉降稳定后再卸载修复路面,这种技术成本较低,但需要长时间预压,一般需要3-6个月,影响交通通行,只适合新建高速公路提前处理沉降,不大适合运营高速公路的加固。
三、高速公路路基沉降加固的施工管控要点
运营高速公路的沉降加固施工,核心要平衡加固效果、通行影响和施工安全三个方面,重点做好三个维度的管控:第一是施工前精准勘测,摸清病害情况,正式开工前,采用地质雷达扫描整个沉降区域,结合钻探取芯,确定沉降范围、软弱层厚度、空隙分布位置,同时调取原有设计资料,明确地下管线、防护结构的位置,避免施工破坏原有设施。在路面布置高程监测网,测量每个监测点的初始高程,计算设计沉降控制标准,为施工过程监测提供基准。
第二是做好交通组织与安全管控,高速公路加固施工一般采用半幅施工半幅通行的方案,施工区域按照规范设置防撞护栏、警示标志,夜间配备爆闪灯和反光标识,安排专职安全人员值守,引导车辆有序通行,施工人员必须穿戴反光背心,进入作业区必须遵守高速施工安全规范,避免发生交通事故。单次施工区段长度一般控制在1-2公里,避免过长影响通行效率。
第三是严格把控施工质量,以应用最广的注浆加固为例,布孔一般采用梅花形排列,孔间距控制在1.5-2米,钻孔深度要穿透整个软弱填料层,进入稳定层至少50cm,注浆压力控制在0.3-0.5MPa,避免压力过大挤裂路面,施工过程中要持续监测路面高程,单次抬升量不超过5mm,分多次注浆逐步到位,防止一次性抬升过快导致路面开裂。注浆遵循“从外到内、跳孔施工”的原则,先施工外围孔形成帷幕,防止浆液流失,再施工内部孔,每个孔注浆量达到设计要求、压力达到终压标准才能停止,避免欠注留下隐患。
施工完成后,需要持续监测至少3个月,确认沉降稳定,没有继续发展,再对路面进行铣刨找平或者铺筑沥青面层,恢复路面平整度,满足高速通行要求。
结语
高速公路路基沉降加固是运营养护中的核心工程,不同于新建路基施工,它更强调对通行的低影响和加固效果的长期稳定性,只要找准沉降成因,结合路段实际选择合适的加固技术,做好前期勘测和过程管控,就能有效解决沉降问题,恢复路面平整度,消除安全隐患,延长高速公路的使用寿命,保障高速公路安全顺畅运行。