市政道路路基沉降预警与防控技术研究

引言

随着城市化进程的加速，市政道路建设规模不断扩大。路基作为道路结构的基础部分，承受着路面传来的行车荷载以及自身重力。路基沉降不仅导致路面出现裂缝、坑洼等病害，降低道路服务水平，还可能引发交通安全事故，增加道路后期维护成本。因此，开展路基沉降预警与防控技术研究，对于保障市政道路的正常使用功能、延长道路使用寿命具有重要的现实意义。

一、市政道路路基沉降的原因及危害

1.1 沉降原因分析

不同的地质条件对路基沉降有着显著影响。在软土地基区域，由于软土具有高压缩性、低强度、高含水量等特性，在路基填土荷载作用下，土体孔隙中的水分排出，土体发生压缩变形，从而导致路基沉降。施工过程中的诸多环节若控制不当，也会为路基沉降埋下隐患。路基填筑材料的选择至关重要，若选用了不符合设计要求的低强度、高压缩性材料，必然会影响路基的承载能力，在后续使用中容易产生较大沉降。环境因素对路基沉降的影响不容忽视。季节性的温度变化会导致路基材料的热胀冷缩，长期反复作用下，路基结构产生疲劳损伤，从而引发沉降。

1.2 沉降危害

路基沉降会导致路面平整度下降，车辆行驶时产生颠簸，降低行车舒适性。随着裂缝的发展，雨水容易渗入路基，进一步恶化路基工作条件，加速路基的损坏。在沉降严重的区域，路面可能出现较大的变形或塌陷，车辆行驶时容易发生倾覆、失控等安全事故，威胁驾乘人员的生命财产安全。路基沉降还可能对道路周边的建筑物、地下管线等基础设施造成影响，引发建筑物开裂、地下管线断裂等次生灾害，给城市安全带来严重威胁。

二、市政道路路基沉降预警技术

2.1 基于传感器的监测预警技术

2.1.1 位移传感器监测技术

监测路基的位移传感器应用比较普遍。在路基顶面、边坡、地基与路基接触面等路基关键位置设置位移传感器，从而实时监控路基竖向、横向位移情况，通过将多个位移传感器建立的监测网络，能够全方位了解路基不同位置位移数据，并经数据采集系统将数据传输到监控中心，通过数据分析软件对位移数据进行处理和分析，当位移速度或累积量超过预定值后，系统会自动报警，提示工作人员采取措施。

2.1.2 应力应变传感器监测技术

应力应变传感器可以对路基内部土体的应力应变变化进行监测。在路基填筑阶段及道路通车运营期，可以通过在路基深部和表层埋设应力应变传感器，实现对路基填层在荷载作用下应力应变的变化。当路基土体内部发生应力应变异常变化时，如应力局部集中、应变过大，可提前预测路基有沉降风险。

2.2 地理信息系统（GIS）与遥感监测技术

2.2.1GIS 技术在沉降监测中的应用

地理信息系统 (GIS) 对空间数据有强大的数据管理及分析功能，对市政道路路基沉降监测具有辅助作用。基于 GIS 地图可视化功能将沉降监测的数据叠加在 GIS 平台中，可以直观了解路基沉降在空间上的分布现状，将不同时期的沉降监测数据进行叠加分析，直观清晰展示出路基沉降的发展变化过程。

2.2.2 遥感监测技术

遥感监测技术具备大范围、非接触监测的优势，可以快速提取市政道路路基的宏观变形信息。InSAR 技术是以雷达卫星获取的多景 影像为基础，通过干涉处理实现对地面目标的三维形变信息提取，可实现路基沉降的高精度监测，其监测精度可达毫米级。

2.3 智能算法与数据分析预警技术

2.3.1 机器学习算法在沉降预测中的应用

机器学习算法可以对大容量的路基沉降监测数据分析学习，建立沉降预测模型。常使用的机器学习算法有人工神经网络、支持向量机、决策树等。以人工神经网络为例，通过将历史沉降数据、地质条件数据、施工参数数据等作为输入，沉降预测值作为输出，对神经网络进行训练，使神经网络学到数据间的内在规律。2.3.2 数据融合与分析预警

在实际的监测中往往会得到很多不同种类的监测信息，比如位移数据、应力应变数据、地下水位数据等。利用数据融合的方法将不同来源的数据进行融合，可以充分利用数据源自身的优势，以期更准确、可靠地做出沉降报警。建立数据融合模型，进行不同种类数据的分析关联，从而探索数据间的某种联系。

三、市政道路路基沉降防控技术

3.1 地基处理技术

3.1.1 强夯法

强夯法作为地基加固的常规手段，其原理是借助重锤从高空自由坠落产生的巨大冲击力作用于地基土体。在这种强烈冲击荷载的作用下，地基土会发生压缩密实效应，进而实现土体强度与承载性能的提升，有效削减地基沉降量。该方法适用于多种地基类型的处理，包括碎石土、砂土、低饱和度的粉土及黏性土、湿陷性黄土，以及素填土和杂填土等。在市政道路建设中，对于一些浅层软弱地基，采用强夯法进行处理，能够取得良好的加固效果。强夯施工时，需根据地基土的性质、加固深度等因素合理确定夯击能量、夯击次数和夯点间距等参数，以确保地基加固质量。

3.1.2 桩基础法

桩基础法指桩体将上部结构荷载打入或埋入地基土中，将荷载传递到深层稳定土层，从而改善地基承载力，减小路基沉降。桩的种类依据材料及施工方法的不同，桩基础可大致分为钢筋混凝土桩、钢桩、木桩等。钢筋混凝土灌注桩或预应力管桩等桩形式多用于软土地基上修建市政道路。

3.2 路基填筑与压实技术

3.2.1 合理选择路基填筑材料

要保证路基填筑质量，选好填筑材料是控制路基沉降的关键。尽可能使用强度高、压缩性小、水稳性好的材料，如碎石土、砾石土等作为路基填料。针对软土地基，选用轻质材料进行填筑，如泡沫混凝土、粉煤灰等，以减轻路基自重，降低地基附加应力，减小沉降。

3.2.2 严格控制路基压实度

路基压实度是引起路基沉降的主要因素之一。路基填筑施工必须遵循设计规定的作业流程，采取分层摊铺、分层碾压的方式进行。施工中需确保每一层填土的压实程度均符合设计所要求的标准，以此保障路基整体的压实质量。对于不同类型的路基填料，选择相应的压实机械如振动压路机压实碎石土、砂土等粗粒土，轮胎压路机压实黏性土等细粒土。

3.3 排水与防护技术

3.3.1 完善路基排水系统

有效的排水系统可以降低路基土的含水率，增强路基稳定性和减少沉降。路基排水系统分为地面排水和地下排水两部分。地面排水主要包括采用边沟、截水沟、排水沟等，将雨水尽快从路基范围内排出。边沟设置在路基的边缘，用于汇集和排除路面的雨水；在山坡路段上设置截水沟，用于拦截山坡地表水，并使其不能流入路基；将水流排入排水出口。

3.3.2 加强路基边坡防护

路基边坡的稳定性也影响路基的整体稳定性。因为边坡失稳将引起滑坡、坍塌等灾害，加重路基沉降。常用边坡防护形式包括植物防护、工程防护、综合防护。而植物防护主要指种草植树等措施，利用植物根系作用对土体的加固效果，加强边坡的稳定性，同时也能起到装饰环境、防止水土流失等作用。

结语

市政道路路基沉降是一个复杂的问题，受地质、施工、环境等多种因素影响，对道路的使用性能、使用寿命和交通安全构成严重威胁。通过采用先进的预警技术，如基于传感器的监测预警技术、GIS 与遥感监测技术、智能算法与数据分析预警技术等，能够实时掌握路基沉降情况，准确预测沉降趋势，及时发出预警信号，为采取防控措施争取时间。

参考文献

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