復雜地質條件下山區公路路基施工安全與質量控制如何做？

文/本刊記者 楚峰

供圖 /浙江省交通運輸科學研究院

浙江省素有“七山一水二分田”之稱，地形以丘陵山地為主，地勢由西南向東北呈階梯狀傾斜，地貌形態復雜，地域差異明顯。

山區公路在建設過程中，受地形和線形等因素制約，線路往往不可避免地需要穿越滑坡體、巖溶、采空區等不良地質體，復雜地質條件等諸多不確定因素對公路施工安全與質量控制構成十分重要的影響?；诖耍憬〗煌ㄟ\輸科學研究院針對復雜地質條件下公路路基施工安全與質量控制問題開展研究并形成成套關鍵技術——“復雜地質條件下山區公路路基施工安全與質量控制關鍵技術”（以下簡稱“關鍵技術”）成功入選2019年度交通運輸重大科技創新成果庫入庫成果（交通運輸科技成果推廣項目）。入庫后，成果推廣應用范圍得到進一步拓展，應用效益也得到進一步提升。例如，依托該項目研究成果開發的土石混填路基施工質量控制技術和方法在新疆S21阿勒泰至烏魯木齊公路、四川九綿高速、江西昌九高速、福建G205上杭縣陂下至東坑段、浙江杭紹臺高速等10多條公路（累積里程超過410公里）建設工程項目中得到應用，實現了路基施工質量的快速無損檢測與評價，為路基施工過程中及時發現質量問題、提高工程質量、保障施工進度、提升工程效益發揮了有益作用。項目技術成果的推廣應用產生了良好的社會、生態、環境效益和顯著的間接經濟效益。截至今年上半年，新增成果轉化與技術服務合同額1000余萬元，成果推廣效益已初具規模。其研究成果“山區高速公路穿越不良地質路基施工安全風險評估指南”（以下簡稱“評估指南”），填補了國內復雜地質條件下路基施工安全風險評估技術的空白。

室內模型試驗

杭金衢高速公路拓寬工程

三大關鍵技術

依托兩項浙江省交通運輸廳科技項目（山區高速公路穿越不良地質路基施工安全風險評估研究和路基強度及剛度與路面結構力學響應關系研究），浙江省交通運輸科學研究院系統開展了“關鍵技術”研究，形成了三個關鍵技術：

關鍵技術一：針對浙江省山區公路建設中遇到的滑坡、崩塌、巖溶、采空區等不良地質體的工程特點，建立了不良地質路基施工安全風險評估體系及風險分析與評價技術，對線路中各類不良地質路基施工過程進行有效的風險管理。

關鍵技術二：研發了用于研究不均勻路基對路面影響的可移動加載和測量系統，建立了宕渣路基缺陷影響路面結構力學性能和移動荷載作用下路基路面系統動力響應規律的分析方法。

（1）通過開展荷載作用下路基缺陷影響路面結構使用性能的物理模型試驗，分析得到了宕渣路基強度及剛度不均勻性對路面力學性能的影響規律。

（2）通過研發用于研究不均勻路基對路面影響的可移動加載和測量系統，建立了宕渣路基缺陷影響路面結構力學性能和移動荷載作用下路基路面系統動力響應規律的分析方法。

關鍵技術三：基于GPS-RTK技術與落球無損檢測技術相結合的方法，開展路基施工質量實時監測和評估研究，建立了基于可靠度的路基均勻性評價方法和路基強度評價方法，開發了土石混合填料路基施工質量控制信息化系統，實現了路基施工質量實時快速無損檢測與評價。

（1）結合落球檢測方法和GPS-RTK實時動態測量理論，研發了基于落球式巖土力學特性檢測儀和智能RTK系統的路基施工智能檢評系統。

（2）建立了基于可靠度的路基均勻性評價方法和路基強度評價方法。

（3）設計并開發了土石混合填料路基施工質量控制信息化系統，實現了對路基施工質量的實時快速無損檢測和評估。

土石混合填料路基施工質量控制信息化系統

申嘉湖高速公路路基施工現場

有效的安全風險管理

杭紹臺高速公路臺州段起點天臺三州鄉，終點括蒼互通接臺金高速，是一條典型的山區高速公路，沿線多以中低山丘陵為主，地勢起伏，相對高差大，線路地質條件復雜，差異性大，存在崩塌、斷裂破碎帶、軟弱土等特殊地質，是目前浙江省內地質最復雜、建設難度最大的山區高速公路之一。

現場測試

諸多不確定性影響因素，對杭紹臺高速公路建設安全與質量提出了較高的要求。為了對路基工程實施有效的安全風險管理，避免風險發生和減輕風險損失，指揮部積極開展施工安全風險評估工作，應用“關鍵技術”研究成果編制的“浙江省山區高速公路不良地質路基施工安全風險評估指南”，將崩坡積體等不良地質路基施工安全風險評估納入專項風險評估工作中，通過對不良地質路基施工過程的風險源辨識、風險分析和風險估測，實現了不良地質路基施工中風險源的定量分析與評價，并提出了相應的風險控制措施。

在項目施工安全與質量管理工作中，結合工程實際與本項目成果應用情況，對研究成果中風險源辨識、風險控制措施的制訂等提出了意見和建議，促進了研究成果的優化和完善。

目前，杭紹臺高速公路已建成通車，項目實施過程中未發生施工安全事故與質量問題，路基施工安全管理工作取得了顯著成效。這也充分表明，該項目應用課題研究成果所建立的路基施工安全與質量控制措施發揮了有效作用，驗證了課題研究成果的科學性、可行性和合理性，研究成果對于提升路基工程施工安全與質量管理水平具有指導意義。

“浙江省山區高速公路不良地質路基施工安全風險評估指南”在實際應用中對工程中各類不良地質路基施工過程進行有效的安全風險管理，有效避免了風險發生和減輕風險損失。研究成果在杭新景高速公路建德壽昌至開化白沙關（浙贛界）、杭長高速公路北延（泗安至浙蘇界）等50余個公路建設項目的安全管理工作中得到推廣應用，為工程施工過程中及時發現安全隱患并采取有效措施降低安全風險，保障施工進度，提高工程效益發揮了有益作用，有效提高了各工程項目安全與質量管理工作水平。經統計，所應用的工程項目路基工程中沒有發生安全事故，社會效益和間接經濟效益顯著提升。

“關鍵技術”針對山區公路建設中遇到的滑坡、崩塌、巖溶、采空區等不良地質體的工程特點，建立不良地質路基施工安全風險評估體系及風險分析與評價方法，對線路中各類不良地質路基施工過程進行有效的風險管理。

目前，國內外對公路建設中各關鍵工程開展安全風險評估和管理工作，還沒有成熟和完善的標準可供參考，我國針對橋梁和隧道工程施工安全風險評估發布了《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》可供參考，但是對于不良地質路基施工安全風險評估工作而言，尚未見成熟的經驗和可供參考的指南?！霸u估指南”填補了國內復雜地質條件下路基施工安全風險評估技術的空白，為專業技術人員開展安全風險評估工作并制定有效的風險控制措施，提供了參考和指導。研究成果總體達到國內領先水平。

“關鍵技術”成果應用為施工過程中開展風險源辨識、風險分析和風險估測提供了技術支撐，有效降低安全風險，提高工程質量，保障施工進度，提升工程效益，促進和提高了工程項目安全與質量管理水平。

全過程、全覆蓋的質量控制

申嘉湖高速公路安吉孝源至唐舍段工程起于孝源互通，順接已通車的申嘉湖高速公路湖州鹿山至安吉孝源段終點，項目沿線多以丘陵為主，地勢起伏，相對高差較大，線路地質條件差異性大，存在崩坡積體、軟弱土等特殊地質，路基施工安全與質量影響因素復雜，對公路建設安全與質量提出了較高的要求。

項目施工單位針對該項目復雜地質環境特點，結合并應用“關鍵技術”研究成果，制定了專項施工方案。路基填筑材料采用室內試驗得到的推薦級配范圍，嚴格控制路基填料的最佳含水率、最大干密度等參數；在取料現場將填筑材料中存在的大粒徑塊石進行剔除后再運至路基填筑場地，并經過嚴格的布料、分層攤鋪、平整、精平后對路基進行碾壓夯實、路面整形和坡度整修作業，應用土石混合填料路基施工質量控制信息化系統，實現了路基施工質量實時快速無損檢測與評價。

目前，該項目路基工程已順利完工，路基施工質量檢測結果均符合相關規范要求，達到了工程施工質量管理預期目標，保證了路基工程施工進度。該項目應用課題研究成果所建立的路基質量控制措施發揮了有效作用，對于提升路基工程施工安全與質量管理水平具有指導意義。

此外，基于“關鍵技術”，項目研發了用于研究不均勻路基對路面影響的可移動加載和測量系統，建立了宕渣路基缺陷影響路面結構力學性能和移動荷載作用下路基路面系統動力響應規律的分析方法。

現階段，國內外有關于路基強度、剛度與路面結構力學響應相關的研究多是基于數值模擬或是理論分析，所得結論在實際工程應用中存在一定的偏差。項目研發了用于研究不均勻路基對路面影響的可移動加載和量測系統，在此基礎上開展能更接近真實路況的物理模型試驗，得到路基缺陷影響路面結構力學性能和移動荷載作用下路基路面系統動力響應的規律。研究成果總體達到國內先進水平。

目前，國內外針對路基質量的檢測方法多是人工檢測，工作效率低，自動化和信息化水平較低。項目基于GPSRTK技術與落球無損檢測技術，自主研發了土石混合填料路基施工質量控制信息化系統，通過云處理技術，對施工質量進行實時評估和控制；利用RTK技術將公路路基施工全過程的路基各測點力學特性以及地理信息建立聯系，實現對路基全過程、全覆蓋的質量監測，利用無線傳輸技術將路基施工質量信息上傳，采用云計算技術對路基施工過程中的數據進行實時處理和評估，并將路基施工質量評估信息傳回施工現場，在施工質量管理終端進行三維信息展示，從而對后續路基碾壓施工工藝進行指導和控制，使得路基的剛性和均勻性得到保障，進而提高路基、路面的耐久性，延長公路的使用壽命。研究成果獲實用新型專利1項、軟件著作權2項。

可以看出，“關鍵技術”在推廣應用方面已經取得一定的成效，下一步，課題組還將在前期研究成果推廣應用的基礎上，進一步開發路基病害精準診斷技術，并針對典型病害開展針對性的修復材料研發，構建公路智能診斷與養護決策技術體系，致力于為公路建設與養護工程提供核心技術支撐和系統解決方案。

在路基施工質量提升的基礎上，進一步開發基于三維雷達圖譜的公路結構內部病害智能識別方法，形成裂縫、脫空、松散等典型路基病害的三維探地雷達圖譜判讀依據，開發公路結構病害智能識別系統，實現路基病害精準診斷，提升三維探地雷達在路基病害診斷中的應用效能；同時，針對路基病害修復開發防自收縮高性能注漿材料，發揮其流動性強、早期強度高等性能優勢，解決工程常用路基注漿材料自收縮開裂問題，為既有路基病害處治提供技術支持。

未來，隨著我國公路建設的快速發展，針對路基施工質量控制和精準養護技術的需求日益增多，“關鍵技術”項目成果的推廣應用在提升公路建設質量與養護管理水平的同時，涵蓋了包括無損檢測、人工智能、綠色養護等前沿技術的研發和應用，符合我國公路工程領域在數字公路、綠色公路建設的總體發展趨勢和需求，具有廣闊的推廣應用前景。

三維探地雷達路基病害探測