高填方路基快速施工關鍵技術研究與應用

摘要 文章揭示了超厚層土體大噸位壓實機理，提出了與典型土體目標壓實度相匹配的激振頻率來指導施工機械的選擇；建立了基于土體壓實過程控制的機械參數動態調控機制，提出了超厚層路基快速施工工藝，指導現場碾壓施工；建立了適用于大噸位振動壓路機路基超厚層壓實質量快速檢測方法。研究表明：新技術施工效率高，大幅縮短了工期，節約了勞動成本。

關鍵詞 高填方路基；快速施工；技術應用

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0115-03

0 引言

在強夯施工過程中，通常存在一些問題如施工質量控制困難、施工效率低下以及對環境和結構的影響等。因此，該文研發了一種智能強夯監測設備，此設備在現有強夯機施工規范的基礎上，根據設置的強夯機自動控制算法及無線定位技術，實現強夯機的自主學習功能及對強夯機的行走路線、夯沉點位置、夯沉量等數據的實時監測，實測數據經過控制終端處理分析后，結合現場視頻監控，實現強夯機的自動行走、自動夯擊、夯擊點連續夯擊、夯沉量監控等功能。在此基礎上引入強夯段落分區、區域分層和分層面定位的創新功能，該研發成果具有重要的理論和實際意義。

該工程屬于典型的山區高填方工程，地形復雜，多處V字形地帶，最大填方高度40 m，如何處理好高填方邊坡的穩定性，將成為影響后期拱形骨架等防護工程質量、進度與安全的一個重點問題。經科技創新，技術突破，下路堤智能強夯、上路堤與下路床超厚碾壓、上路床鋪設HDPE土工格室是解決上述問題的三個有效途徑。

1 基于集成北斗衛星系統強夯機智能施工系統

1.1 強夯機智能施工系統特點

該系統集成北斗衛星高精度定位技術、無線通信技術、傳感器技術、大數據分析處理技術于一體，將強夯機行進路線、夯沉點、夯沉量等關鍵數據實時傳輸至顯示終端。通過攝像頭及定位系統對強夯機行進路線、夯沉點進行數據編程，實現強夯機自動行進，自動連續夯擊[1]。

1.2 操作要點與實施效果分析

1.2.1 操作要點

在強夯機的起吊機構安裝傳感器組，對于起吊機構總壓、鋼繩表面旁壓、夯錘的重量等數據進行精確測量，系統根據目標夯沉量實時調整夯擊動作。

1.2.2 實施效果

（1）實現自動夯擊動作、夯沉量的監控以及夯擊點的連續夯擊動作。夯沉量數值測量誤差小、精度高。

（2）通過對強夯機夯錘力的計算替代人工劃線標記夯沉點的方式，提高了施工效率。

1.3 推廣前景與效益分析

1.3.1 推廣前景

該系統可實現自動夯擊動作、夯沉量的監控以及夯擊點的連續夯擊動作，通過對強夯機夯錘力的計算替代了人工劃線標記夯沉點的方式，極大地提高了施工效率，且夯沉量數值測量誤差小、精度高。項目部運用該系統進行施工，施工效率高，大幅縮減了工期，節約了勞動成本，工程質量高，具有良好的推廣應用前景。

1.3.2 經濟效益

通過采用該系統進行施工，與現有的強夯機施工方式相比，代替了人工駕駛強夯機、人工劃線標記，節約了勞動力成本20萬元；提高了施工效率，縮短了工期30天；夯沉量測量精度高。該項工程施工共計節約工程造價100萬元。

1.3.3 社會效益

通過采用該系統進行施工，強夯機自動移動到現場，實現自動夯擊動作、夯沉量的監控以及夯擊點的連續夯擊動作，智能化程度高、施工效率高，且夯沉量測量精度高、誤差小，該系統的成功應用，獲得了業界內一致認可和好評。

2 超厚層土體大噸位壓實技術

（1）對高速公路路基快速施工關鍵技術進行研究與應用，通過研究發現土體中動應力傳遞受激振頻率影響顯著，敏感頻率區間內，動應力可放大18.6%～25.3%，應力傳遞效率提高。提出了基于頻率控制法的“低碳節能”的碾壓工藝，共振頻率區間為19～25 Hz，共振作用下振動幅值放大10.2%～16.7%，在24 Hz激振頻率作用下，油耗顯著降低5.56%～6.25%[2]。

（2）通過填石路堤和細粒土路堤施工現場試驗，分別確定了其最優松鋪厚度為75 cm和55 cm；優選超填寬度為1.0 m，優選施工工藝為：

1）填石路堤：36 t靜壓1遍、36 t強振碾壓2遍、36 t弱振碾壓2遍、36 t靜壓1遍；

2）細粒土路堤：22 t靜壓1遍、36 t強振碾壓3遍、36 t弱振碾壓1遍、22 t靜壓1遍。

6遍碾壓結束后，填石路堤和細粒土路堤均能達到壓實質量控制要求。

（3）基于室內外試驗，評估多種檢測方法（壓實度、孔隙率、沉降差、動態變形模量EVD、地基系數K30、彎沉、累計沉降量等）在超厚層路基壓實質量檢測中的適用性，通過與壓實度和孔隙率相關性分析，優選動態變形模量作為高速公路路基壓實質量快速檢測方法，對于軟質巖石下路堤建議控制值取65 MPa，對于低液限黏質土路基建議94區控制值取60 MPa。

3 上路床鋪設HDPE土工格室

3.1 技術的合理性和有效性分析

該技術所采用的HDPE土工格室是一種伸縮性好、材質輕、物理化學性能穩定的三維蜂窩結構，通過在其空腔內回填填料可形成具有一定側向限制的剛體。該技術提出了用土工格室調控路床以提升路基整體性能的設計理念，分析了填料類型、土工格室設計參數（焊距、高度、加固位置）對調控后的路基承載性能、變形特性的影響，揭示了土工格室調控路基性能機制，形成了較為系統的設計理論和方法。通過現場埋設監測元件和多種路基性能檢測手段，驗證了技術的合理性和有效性[3]。

3.2 應用效果分析

該項目修筑了長100 m的路基新技術應用試驗段。10 cm土工格室調控后的路基動模量將提升約70%以上；彎沉降低約40%以上；貫入度降低約50%以上。同時，土工格室運輸體積小、連接方便，可提高路基的施工速度。

3.3 經濟效益分析

以高6 m、長100 m的路堤為例，分別采用該技術（土工格室）和傳統技術（石灰改良）對距路床頂面25 cm范圍內的路基進行處治，通過比較工程費用以定量分析該技術的經濟效益。石灰改良方案中，石灰摻率為5%。根據相關統計資料確定土工格室價格為2.2 元/米，石灰單價為500 元/噸，石灰改良土壓實方單價為80 元/立方米，填料回填壓實方單價為7.5 元/米。填料壓實干密度為1.74 t/m3，石灰土壓實密度為1.88 t/m3。為便于計量，僅計算了主要施工材料的用量及價格，施工機械臺班費及人工費等不納入計算。土工格室方案可顯著降低工程造價，與石灰改良相比僅材料成本就可節約46%。這是由于相較于價格低廉的土工格室，石灰成本相對比較昂貴，造成工程總造價劇增。此外，考慮施工周期長短也會顯著影響工程造價，土工格室方案相較于石灰改良可極大縮短工期，更能大幅提高經濟效益。

4 高填方路基的應用實例與質量控制

4.1 工程特點

（1）項目所在地交通狀況差，施工便道修筑困難，山區無平坦場地，臨建工程量大，費用高。尤其工期緊張，需快速施工。單位工程計劃工期見表1。

（2）路基土石方最大開挖深度68.4 m，最大填筑高度40 m。

4.2 技術應用

2024年進行了基于靶向定位功能的強夯智能化施工監測系統的應用。

4.2.1 應用要點

（1）該技術研發了一種智能強夯監測設備，結合強夯機自動控制算法和無線定位技術，實現強夯機的自主學習功能和實時監測夯機的行走路線、夯沉點位置、夯沉量等數據。

（2）創新增設強夯段落分區、區域分層和分層面定位功能。通過將施工區域劃分為多個小段落，并根據土質和夯擊效果的差異進行分層處理，實現施工質量的精確控制和效率的提升。

（3）通過后臺系統查看監測數據并進行數據分析，可輕松獲取每個段落的夯擊效果、地基密實度、區域面積和層數等數據，為工程質量評估和優化提供準確的依據。這一創新點使得施工管理更加科學和便捷，提高了工程監測和決策的效率。

4.2.2 應用效果

該創新技術實現了施工質量以及效率的提高，并減少對環境以及結構的不良影響，通過采用強夯段落分區、區域分層和分層面定位的創新功能，效率提升了50%。施工中可以輕松查看每個段落的監測數據，包括夯擊效果、密實程度以及各個層次的數量。

4.3 高填方路基的質量控制

（1）主要管控內容：路肩壓實控制、路基沉降控制；路基挖方工程。

（2）主要管控要點與優化措施

高填方路基的質量控制要點如圖1所示。高填方路基的質量檢測項目見表2。

1）切斷地表水補給且按圖紙及規范要求做好基底處理，清除淤泥、雜草樹根、腐殖土是保證路基穩定的必要措施。

2）每層填料每側寬于路基0.5～1 m且采用較細的材料填筑，嚴禁將大顆粒集中于坡側以確保邊坡順暢、密實。

3）采用液壓夯對路基邊坡夯實的同時用重型振動壓路機對路肩寬填部位重點壓實，對路肩壓實度進行檢測后發現問題立即找出原因并進行整改。

4）按照圖紙要求，上道工序不合格則不準進入下道工序，嚴格執行隱蔽工程驗收制，每填高3 m進行重夯補強處理。簽證隱蔽工程驗收證明以確保每層填筑的工程質量。

5）在施工前根據施工現場情況做好排水設施并與永久排水設施相結合，雨季施工時在路塹上邊坡頂以外臨時開挖截水溝。每挖一層土之前都在挖土層斷面提前挖出縱向排水溝并經常維護臨時排水設施以保證水流暢通。

5 結束語

綜上所述，該研究主要形成以下結論：

對于最大填方高度40 m以上的高填方路基，采取以下三種技術：

（1）下路堤智能強夯技術，可自動定位與提高夯沉量測量精度。

（2）上路堤與下路床超厚碾壓技術，超厚層土體大噸位壓實效果良好。

（3）上路床鋪設HDPE土工格室是高填方路基快速施工的關鍵技術之一。土工格室—填料復合體可在路床形成一層硬殼層，有效地降低路基內部動應力，提升路基的整體剛度。該段路基目前已運營近兩年，從沉降量觀測和路表情況來看，取得了良好的應用效果。

參考文獻

[1]康葉建，閆瓊，郭文勇，等.一種路基施工強夯機構[P].陜西省：CN219886779U，2023-10-24.

[2]王術劍，蔣紅光，王宗寶，等.基于全比尺現場試驗的大厚度路基高能級壓實效果評價（英文）[J].Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics Engineering），2022（11）：933-944.

[3]鄧東平，羅振宇，石柱，等.一種用于坡地地形填方路堤邊坡修筑的釘縫式加固結構及施工方法[P].湖南省：

CN115627782A，2023-01-20.