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固化土加宽高速公路路基差异沉降参数影响因素及防治措施分析

文档作者：邢又家文档来源：济南金日公路工程有限公司		更新日期： 2026年08月24日	点击数：
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工程前沿
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工程技术研究 第 7 卷 总第 119 期 2022 年 8 月
固化土加宽高速公路路基差异沉降参数
影响因素及防治措施分析
邢又家
济南金日公路工程有限公司，山东 济南 250031
摘要：高速公路改扩建过程中应注重新旧路基结合处
沉降差异，如果沉降值差异过大，将会导致路面结构
出现不平整，影响行车体验感，甚至对车辆通行造成
安全隐患。为了有效控制固化土加宽路基沉降问题，
文章通过对公路路基现场进行调研分析，并对施工区
域地理基本特征、地质概况、路基病害进行调查研究，
探讨不同配比情况下固化土的物理力学特性，以及公
路路基差异沉降参数影响因素，并提出了具体的差异
沉降防治措施。
关键词：固化土；公路路基；公路加宽；差异沉降
Abstract: In the process of highway reconstruction and ex-
pansion, attention should be paid to the settlement differ-
ence at the junction of the old and new subgrades. If the settlement difference is too large, the pavement structure will be uneven, which will affect the driving experience and
even cause potential safety hazards to vehicle traffic. In or-
der to effectively control the settlement problem of solidified
soil widening subgrade, this paper investigates and analyzes
the field of highway subgrade, investigates and studies the basic geographical characteristics, geological conditions and
subgrade diseases of the construction area, discusses the physical and mechanical properties of solidified soil under different ratios and the influencing factors of differential set-
tlement parameters of highway subgrade, and puts forward specific differential settlement prevention measures.
Key Words: solidified soil; highway subgrade; highway wid-
Analysis on Influencing Factors and Prevention Measures of Differential Settlement
Parameters of Solidified Soil Widening Highway Subgrade
Xing Youjia
Jinan Kingyue Highway Engineering Co., Ltd., Jinan, Shandong 250031
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2022.15.006 .
作者简介： 邢又家，男，本科，高级工程师，研究方向为公路、市政
工程。
1 固化土及加宽路基差异沉降概述
（1）路基基床改良过程中应确定石灰、水泥、固
化剂比例，并根据颗粒级配、强度、水稳性提出路基
改良加固措施。做好渗透注浆模拟实验，证实黏土固
化浆液具有较好的防渗堵水效果。严格控制抗压强度
和塑性强度，得出黏土固化浆液最佳配合比 [1]。针对
固化土沉降特性和新旧路基沉降差异，还应深入研究
固化土物理力学特征及加固机理。
（2）加宽路基工程会存在沉降差异，导致路面出
现裂缝、路基边坡出现明显下滑，故应注重土工格栅、
开挖边坡、填料选择。软土地基沉降差异、高填方路
基沉降差异等导致路面开裂，针对目前地基结构状况，
路基底面设置约束条件，分析不均匀沉降量的力学影
响 [2]。工程施工建设过程中，应收集现场各项参数，
运用有限元计算软件对公路路基沉降进行预测，以行
车舒适性为原则，确定路基差异沉降相关指标。基于
相关研究，采用固化土加宽高速公路，可以控制差异
沉降问题，在工程施工建设过程中具有一定可行性。
2 固化土加宽高速公路路基现场调研
2.1 项目区域自然地理基本特征
某工程地形起伏较大，相对高差20 m，最大高差
可达 50 m，坡度在20°范围内，坡度较缓，在风沙作
ening; differential settlement
分类号：U416.1
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工程前沿 2022 年 第 15 期 总第 119 期 工程技术研究
用下，路基岩层裸露，侵蚀沟宽度在200 m左右，地
势较为平缓 [3]。沿线地势存在一定差异性，水网系统
及地貌类型复杂。沿线项目年平均风速为2.7 m/s，风
力最大月份集中在夏季，气候和水文条件符合扩容改
造后路面运营需求。
2.2 沿线工程地质概况
地层岩性包括淤泥质土、碎石土、中粗砂、紫红
粉砂岩、铁、暗紫红色砾粒，局部夹泥质粉砂岩、灰
黑色泥质灰岩、灰白结构砂岩等。沿线水网系统复杂，
水位变化具有一定周期性，地下水位受降水影响较大，
填方路基段地下水量较小，路基稳定性较弱，为了控
制地面塌陷，应密切观测岩溶地下水水位。
2.3 沿线路面及加宽路基病害调查
宽路基排水系统包括渗沟、边坡设置截水沟、急
流槽，虽然未发现路堤坡脚冲刷病害，但存在盖板缺
失、排水沟淤塞问题。各匝道路基防护效果较好，未
发现垮塌、沉陷问题。由于交通量大，匝道宽度不够，
给道路施工及日常养护带来较大困难，应加强对现有
路段的加宽施工，缓解交通压力。
高速公路改扩建，新路基较旧路基沉降量大，二
者应力分布不同，当结合面强度荷载的应力过大时，
会发生侧向位移，导致填土沿结合部位出现位移，增
加路基坡度，影响车辆通行安全。
3 不同配比下固化土的物理力学特性
3.1 固化土力学性能指标
第一，试件制备及养生。借助击实试验确定固化
土的最大干密度和最佳含水率，并取试样测量高度、
质量，最后进行养护。第二，无侧限抗压强度。固化
剂掺量不同，无侧限抗压强度就有所区别。当固化剂
用量达到 0.020%时，抗压强度增长速率达到顶峰；当
固化剂掺量为0.025%时，抗压强度出现下降 [4]。固化
剂、土体、水泥发生离子交换，生成稳定配位化合物，
缩短水化时间，早期强度有所增加。
3.2 固化土物理性能指标
确定固化土的物理性能指标，即确定最佳含水率
和最大干密度。固化剂掺量为0%、0.015%、0.020%、
0.025%，配比水泥做击实试验。实验表明，当填土与
水泥比为94∶6时，最大干密度为1.96 g/cm3，最佳
含水率为 12%。当加入0.015%固化剂时，最大干密度
为 1.93 g/cm3，最佳含水率为12.8%。当加入0.020%固
化剂时，最大干密度为1.92 g/cm3，最佳含水率为12.6%。
当加入0.025%固化剂时，最大干密度为1.92 g/cm3，
最佳含水率为 12.4%。
3.3 固化土耐久性
水稳实验以龄期 28 d和90 d进行对比分析，分析
最佳配比固化剂水稳定性系数。随着养护龄期的增加，
不添加固化剂的水稳定系数达到 78%，增加0.02%固
化剂，水稳定系数为90%。这主要是因为固化剂中的
聚丙烯酰胺及水玻璃会形成溶胶链结构，起到一定填
充作用和稳定作用，随着龄期增加，密实度逐渐增高，
沉降作用减小 [5]。
3.4 固化土抗冻能力
当气温下降时，路基冻胀，导致路基强度下降，
甚至出现开裂病害。掺入一定固化剂，冻融抗压强度
明显增加，高于未添加固化剂的情况，表明掺入固化
剂有利于低温环境高速公路项目施工应用。相同固化
剂，养护龄期越长，耐冻指数越高，抗冻性能越强。
3.5 固化剂改良机理
选取固化土试验式样，通过扫描电镜试验，选择
素土、7 d、28 d固化土做对比分析，符合固化集中的
CaSO4、Na2O·nSiO2、C6H15NO3、(C3H5NO)n 与无机混合料、
土体发生离子交换以及水化反应，生成的物质可以对
土体孔隙起到填充作用，控制土体变形。
4 固化土加宽高速公路路基差异沉降参
数影响因素及防治措施
4.1 不同加宽宽度下固化土加宽路基差异沉降
响应
结合项目施工作业现场实际情况，加宽宽度分别
取 6 m、8 m、10 m、12 m。随着路基宽度的增加，顶
面沉降也会变大，距离原路基10 m内的路基顶面沉降
不大，而距离原路中心10～16 m，加宽宽度对路基顶
面沉降的影响逐渐变大，呈现出先缓慢增长至稳定状
态，然后不断减小变缓，斜率最大值为新旧路基结合
部位，距离原路中心线12.5 m，路基外缘形成最大沉
降。对普通路基填料与固化土路基填料进行比较来看，
固化土路基填料沉降规律与普通路基相近，可沉降量
会呈现出大幅度降低趋势，最大差异沉降也有所减少，
固化土路基填料沉降可减幅至 57%左右。由此可见，
固化土对减小新旧路基结合部位差异沉降有显著效果。
对于公路改扩建工程项目，新旧路基结合部位
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工程技术研究 第 7 卷 总第 119 期 2022 年 8 月
为竖向沉降，调整不同加宽宽度可以优化地基上部荷
载，使应力重新分布，导致路基结合部位应力变得集
中，结合部位出现差异沉降，但由于固化路基弹性模
量、压缩模量变大，形成的竖向位移比普通路基填料小。
不同加宽宽度情况下，路基顶面水平位移呈勺形分布，
距离原路基 10 m内，在不同加宽宽度下的路基顶面水
平位移均不大，距离原路中心10～16 m，加宽宽度会
对路基顶面水平位移产生更大的影响，呈现出先缓慢
变大至稳定状态，然后不断变小变缓，水平移位最大
值出现在新旧路基结合部位。
不同加宽宽度条件下，普通路基填料与固化土路
基填料地基顶面沉降，会出现随着加宽宽度变大而变大
的现象，在距离原路基10 m内，不同加宽宽度条件下
的地基顶面沉降量比较小，而距离原路中心10～15 m，
不同宽度对路基顶面沉降的影响变大，过程为先缓慢
变大至稳定状态，再不断减小。从对比分析结果中发
现，固化土路基填料地基顶面沉降与普通路基相近。
固化土路基水平位移值比较小，但随着加宽宽度的变
大，位移控制也更为明显。但新路基采用台阶法施工，
会对原路基形成水平向推力，地基顶面会向路基一侧
发生移动，临近新路基一侧的地基还没有达到稳定状
态，会沿着路基边坡向下方移动，顶面则会向外移动，
坡脚水平位移会随着加宽宽度变大而增加，坡肩水平
位移会随着加宽宽度变大而降低，水平位移值不大。
4.2 不同填筑高度下固化土加宽路基差异沉降
响应
填筑高度分别取4 m、6 m、8 m和10 m，不同填
筑高度对路基差异沉降影响出现在新旧路基结合部位。
改变填筑高度就是改变地基土上部荷载，使路基内部
出现应力重新分布，新旧路基结合部位应力集中使沉
降变大，在进行设计时需要合理调整填筑高度，这样
可以减小结合部位差异沉降。水平位移会向着路基外
移动，距离原路基中心12～17 m，路基顶面水平位移
会不断减小至边缘。顶面水平位移呈现出先变大至稳
定状态，再不断变缓，顶面水平位移最高值为新旧路
基结合部位。坡脚水平位移与坡顶水平位移会随着填
筑高度变大而增加，新路基采用固化土则水平位移有
所减小，这就表明固化土路基侧向位移值更低，有利
于保持路基稳定性。
4.3 不同地基压缩模量下固化土加宽路基差异
沉降响应
地基压缩模量分别取 3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa
和 8 MPa，随着压缩模量的变大，路基顶面沉降减小。
地基压缩模量变大会使顶面产生最大差异沉降，新旧
路基结合部位不会存在协调变形，沉降减幅可达到
88%左右，可减小新旧路基结合部位差异沉降。提升
地基压缩模量可减小竖向沉降，这是因为地基承担自
重和附加应力，在两种外力共同作用下，地基土会形
成竖向位移，提升压缩模量可以对地基沉降进行有效
控制，制约竖向位移而具有良好的路基沉降效果。水平
位移向路基外部移动，距离原路基中心11 m内，水平
位移值不断变大且达到峰值，距原路基中心11～16 m，
路基顶面水平位移不断减小至路基边缘。
随着地基压缩模量的变大，顶面沉降也会不断变
少，顶面沉降变化呈现出先缓慢变大至稳定状态，再
不断减小至路基边缘，再增大至新路基边缘，沉降最
大值在新旧路基结合部位。当压缩模量为3 MPa时，
达到最大沉降量，表明提升地基压缩模量可以减小地
基顶面沉降，采用固化土施工有利于对沉降进行更好
的控制。
5 结束语
文章分析复合固化剂在离子交换及水化反应作用
下，确定最佳配合比土∶水泥∶固化剂=94∶ 6∶0.02，
证实了养护龄期 90 d无侧限抗压强度、水稳系数、耐
冻指数最佳。通过现场试验，证实高速公路加宽采用
固化土施工可以明确沉降发展趋势，为高速公路施工
提供理论指导。
参 考 文 献
[1] 郑勇.旧路拓宽工程新老路基差异沉降分析及工程应用[D].长沙:
湖南大学,2018.
[2] 胡志文.高速公路拓宽工程路基差异沉降分析与控制技术研究[D].
重庆: 重庆交通大学,2017.
[3] 李刚,郭艳玲.高速公路改扩建新旧路基差异沉降影响因素分析[J].
公路交通科技,2021,38(7):22-28.
[4] 马加存,赵全满,张明虎,等.高速公路改扩建中路桥过渡段差异沉
降控制方法及标准研究[J]. 公路,2021,66(10):76-83.
[5] 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(自然科学版),2018,49(5):772-776.

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