花崗巖殘積土路基智能建養(yǎng)的聯(lián)合攻關(guān)

文|江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司安遠(yuǎn)至定南高速公路項(xiàng)目辦 費(fèi)倫林

同濟(jì)大學(xué) 錢勁松

花崗巖殘積土具有天然含水率高、性能變異大、易遇水軟化等不良工程性質(zhì)。用于山區(qū)高速公路路基填筑時(shí)，面臨系列技術(shù)難題。在江西省交通運(yùn)輸廳的支持下，相關(guān)單位依托寧定高速公路安遠(yuǎn)至定南段與定南聯(lián)絡(luò)線建設(shè)工程，從路用原理、設(shè)計(jì)方法、施工控制和運(yùn)營監(jiān)測等方面，對(duì)山區(qū)花崗巖殘積土路基智能建養(yǎng)技術(shù)展開了系統(tǒng)研究，取得了系列成果，并形成了產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的良好示范效果。

應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的公路航拍圖

圍繞四大技術(shù)難題聯(lián)合攻關(guān)

我國花崗巖分布廣泛，且在南方地區(qū)相對(duì)集中出露。因花崗巖節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化作用可沿裂隙向內(nèi)部蔓延，形成厚層、巨厚層的紅色風(fēng)化殼，從而構(gòu)成贛南乃至我國東南部的特色花崗巖地貌?；◢弾r殘積土則是花崗巖經(jīng)物理、化學(xué)風(fēng)化后殘留在原地的碎屑物，具有天然含水率高、性能變異大、易遇水軟化等不良工程性質(zhì)，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中存在碾壓施工困難、壓實(shí)質(zhì)量難以保證、長期性能大幅衰減等難題，易導(dǎo)致運(yùn)營期路基路面病害頻發(fā)。

為保障路基修筑質(zhì)量及長期穩(wěn)定，需系統(tǒng)研究山區(qū)花崗巖殘積土路基智能建養(yǎng)技術(shù)。江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司、同濟(jì)大學(xué)等相關(guān)單位在前期長時(shí)間調(diào)研和預(yù)研基礎(chǔ)上，依托寧定高速公路安遠(yuǎn)至定南段與定南聯(lián)絡(luò)線建設(shè)工程，針對(duì)花崗巖殘積土的特殊工程性質(zhì)，圍繞特殊填料的評(píng)價(jià)和利用、特殊路基的長期性能與保障、壓實(shí)控制與智能檢測、運(yùn)營期智能監(jiān)測四大技術(shù)難題，開展了產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)。

激光粒度分析

礦物成分分析

在工程調(diào)研、文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，以室內(nèi)土工試驗(yàn)為手段，掌握花崗巖殘積土基本工程特性及路用性能，結(jié)合數(shù)值模擬方法，分析花崗巖殘積土路基變形特性及邊坡失穩(wěn)機(jī)理。現(xiàn)場開展連續(xù)壓實(shí)試驗(yàn)和無核密度儀壓實(shí)度檢測試驗(yàn)，開發(fā)了多指標(biāo)連續(xù)壓實(shí)控制方法和系統(tǒng)，提出了無損快速檢測技術(shù)。選取代表性路段，構(gòu)建路基性能長期監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。在此過程中，分別在填料高效利用技術(shù)、路基長期性能保障技術(shù)、路基連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)、壓實(shí)度無損快速檢測技術(shù)，以及運(yùn)營期路基長期監(jiān)測技術(shù)等方面取得顯著突破，實(shí)現(xiàn)了“高效利用、精細(xì)設(shè)計(jì)、智能施工和實(shí)時(shí)監(jiān)測”，形成了成套山區(qū)花崗巖殘積土路基智能建養(yǎng)技術(shù)。

動(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)

為類似項(xiàng)目提供可借鑒樣版

無核密度儀現(xiàn)場試驗(yàn)

“山區(qū)花崗巖殘積土路基智能建養(yǎng)技術(shù)”項(xiàng)目依托工程——寧定高速安遠(yuǎn)至定南段與定南聯(lián)絡(luò)線，為江西省“四縱六橫八射線”公路網(wǎng)主骨架的“第四射”南昌至定南高速公路的南段，主線全長90公里，總投資66.5億元，采用雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80公里，該條高速公路建成后將極大地分流大廣和濟(jì)廣高速公路的交通量，緩解日益緊張的南北向交通壓力，改善江西中南部地區(qū)縱向高速公路道路不足的瓶頸，同時(shí)可增強(qiáng)入粵出海的快速通道，對(duì)于完善江西高速公路路網(wǎng)，提升區(qū)域交通運(yùn)輸效率，促進(jìn)贛南蘇區(qū)經(jīng)濟(jì)振興有著十分重要的意義。

該項(xiàng)目的研究成果在依托工程中得到了充分應(yīng)用。

花崗巖殘積土施工含水率確定方法和分類利用方法的應(yīng)用，充分利用了地域特殊填料，減小了工程棄方，縮短了建設(shè)工期；邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，有效保障了花崗巖殘積土路基的安全穩(wěn)定，減少了工程病害。

寧定高速公路

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)和壓實(shí)度無損快速檢測技術(shù)的應(yīng)用，提高了路基壓實(shí)的檢測效率，保障了路基修筑質(zhì)量。

運(yùn)營期路基長期監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了花崗巖殘積土路基長期性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線分析和提前預(yù)警。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，依托工程共利用花崗巖殘積土440.6萬方，依據(jù)該項(xiàng)目的研究成果，縮短四分之一工期，減少取、棄土場2200畝，節(jié)省征地費(fèi)用1320萬元，節(jié)約直接建設(shè)費(fèi)用8800萬元，總效益達(dá)1.01億元。

實(shí)際應(yīng)用過程中，該項(xiàng)目的研究成果，在寧都至安遠(yuǎn)高速公路和廣昌至吉安高速公路等工程項(xiàng)目中得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在上述兩處推廣應(yīng)用項(xiàng)目中，共成功利用花崗巖殘積土220.1萬方，節(jié)約建設(shè)直接費(fèi)用4695萬元，并減少取、棄土場807畝，節(jié)省征地費(fèi)用484萬元，總效益5179萬元。目前，該項(xiàng)目研究成果，在全國多個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目中得到持續(xù)的推廣、應(yīng)用及進(jìn)一步開發(fā)。

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用效果，總結(jié)得出該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了花崗巖殘積土的高效利用、精細(xì)設(shè)計(jì)、智能施工和實(shí)時(shí)監(jiān)測，為保障路基長期性能和運(yùn)營安全提供了技術(shù)支撐，也為類似工程的建設(shè)提供了借鑒示范。該項(xiàng)目研究及其成果的推廣應(yīng)用，提升了交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量和水平，提高了路網(wǎng)的服務(wù)水平，推動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)影響。

五個(gè)可借鑒點(diǎn)

該項(xiàng)目為江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司與同濟(jì)大學(xué)等單位聯(lián)合開展的產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，依托建設(shè)工程，面向花崗巖殘積土在工程應(yīng)用中的問題，開展了針對(duì)性的研究，并將成果及時(shí)應(yīng)用，從而在開發(fā)新技術(shù)的同時(shí)，又保障了工程建設(shè)順利進(jìn)行。

水泥處治試驗(yàn)現(xiàn)場

路基長期監(jiān)測系統(tǒng)

智能壓實(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場

連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)

花崗巖殘積土路基施工現(xiàn)場

在研究過程中，產(chǎn)、學(xué)、研有效結(jié)合，相互協(xié)同，保障了質(zhì)量，提升了效益，該項(xiàng)目中值得總結(jié)與借鑒的點(diǎn)，主要有如下五項(xiàng)。

研究的針對(duì)性：面向花崗巖殘積土變異性和不均勻性強(qiáng)的特點(diǎn)，有針對(duì)性地開展花崗巖殘積土連續(xù)壓實(shí)控制檢測方法和快速無損檢測方法的研究，確定花崗巖殘積土連續(xù)壓實(shí)控制檢測方法，提高了花崗巖殘積土路基壓實(shí)質(zhì)量檢測速率和效率，保障了花崗巖殘積土路基的施工質(zhì)量，降低了花崗巖殘積土變異性和不均勻性對(duì)路基性能的影響。

研究成果的有效性：通過試驗(yàn)及理論分析，提出了花崗巖殘積土路基施工含水率確定方法，通過數(shù)值建模分析了路基初始狀態(tài)對(duì)長期路用性能的影響，驗(yàn)證了施工含水率確定方法的有效性。此外，在現(xiàn)場施工中得到應(yīng)用和驗(yàn)證，進(jìn)一步保證了研究成果的有效性。

研究成果的先進(jìn)性：該項(xiàng)目開展了在世界范圍內(nèi)較為先進(jìn)的連續(xù)壓實(shí)控制檢測技術(shù)和長期性能監(jiān)測技術(shù)的研究，并制定了連續(xù)壓實(shí)控制方法，搭建了長期性能監(jiān)測平臺(tái)，保證了研究成果的先進(jìn)性。

研究制度的完善性：在江西省高速公路投資集團(tuán)有限公司的統(tǒng)籌領(lǐng)導(dǎo)下，同濟(jì)大學(xué)等合作單位齊心協(xié)力，共同完成了該項(xiàng)目的研究，并取得一系列技術(shù)成果，這充分說明了研究制度的完善性。

研究成果的及時(shí)應(yīng)用：該項(xiàng)目提出了花崗巖殘積土路基施工含水率確定方法，確定了路基連續(xù)壓實(shí)控制方法指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。這些工程技術(shù)方法及時(shí)有效的在安定高速公路花崗巖殘積土路基施工中得以應(yīng)用，保障了研究成果的及時(shí)應(yīng)用，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。

廣昌至吉安高速公路