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(biāo)壓實度相匹配的激振頻率來指導(dǎo)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(shù)動態(tài)調(diào)控機制，提出了超厚層路基快速施工工藝，指導(dǎo)現(xiàn)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(zhì)量快速檢測方法。研究表明：新技術(shù)施工效率高，大幅縮短了工期，節(jié)約了勞動成本。

關(guān)鍵詞 高填方路基；快速施工；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號 U416 文獻標(biāo)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(zhì)量控制困難、施工效率低下以及對環(huán)境和結(jié)構(gòu)的影響等。因此，該文研發(fā)了一種智能強夯監(jiān)測設(shè)備，此設(shè)備在現(xiàn)有強夯機施工規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)置的強夯機自動控制算法及無線定位技術(shù)，實現(xiàn)強夯機的自主學(xué)習(xí)功能及對強夯機的行走路線、夯沉點位置、夯沉量等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，實測數(shù)據(jù)經(jīng)過控制終端處理分析后，結(jié)合現(xiàn)場視頻監(jiān)控，實現(xiàn)強夯機的自動行走、自動夯擊、夯擊點連續(xù)夯擊、夯沉量監(jiān)控等功能。在此基礎(chǔ)上引入強夯段落分區(qū)、區(qū)域分層和分層面定位的創(chuàng)新功能，該研發(fā)成果具有重要的理論和實際意義。

該工程屬于典型的山區(qū)高填方工程，地形復(fù)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(wěn)定性，將成為影響后期拱形骨架等防護工程質(zhì)量、進度與安全的一個重點問題。經(jīng)科技創(chuàng)新，技術(shù)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(shè)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(wèi)星系統(tǒng)強夯機智能施工系統(tǒng)

1.1 強夯機智能施工系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)集成北斗衛(wèi)星高精度定位技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)于一體，將強夯機行進路線、夯沉點、夯沉量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時傳輸至顯示終端。通過攝像頭及定位系統(tǒng)對強夯機行進路線、夯沉點進行數(shù)據(jù)編程，實現(xiàn)強夯機自動行進，自動連續(xù)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(gòu)安裝傳感器組，對于起吊機構(gòu)總壓、鋼繩表面旁壓、夯錘的重量等數(shù)據(jù)進行精確測量，系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)夯沉量實時調(diào)整夯擊動作。

1.2.2 實施效果

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

1.3.2 經(jīng)濟效益

通過采用該系統(tǒng)進行施工，與現(xiàn)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(biāo)記，節(jié)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(jié)約工程造價100萬元。

1.3.3 社會效益

通過采用該系統(tǒng)進行施工，強夯機自動移動到現(xiàn)場，實現(xiàn)自動夯擊動作、夯沉量的監(jiān)控以及夯擊點的連續(xù)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(tǒng)的成功應(yīng)用，獲得了業(yè)界內(nèi)一致認(rèn)可和好評。

2 超厚層土體大噸位壓實技術(shù)

（1）對高速公路路基快速施工關(guān)鍵技術(shù)進行研究與應(yīng)用，通過研究發(fā)現(xiàn)土體中動應(yīng)力傳遞受激振頻率影響顯著，敏感頻率區(qū)間內(nèi)，動應(yīng)力可放大18.6%～25.3%，應(yīng)力傳遞效率提高。提出了基于頻率控制法的“低碳節(jié)能”的碾壓工藝，共振頻率區(qū)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(xiàn)場試驗，分別確定了其最優(yōu)松鋪厚度為75 cm和55 cm；優(yōu)選超填寬度為1.0 m，優(yōu)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(jié)束后，填石路堤和細粒土路堤均能達到壓實質(zhì)量控制要求。

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

3 上路床鋪設(shè)HDPE土工格室

3.1 技術(shù)的合理性和有效性分析

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

3.2 應(yīng)用效果分析

該項目修筑了長100 m的路基新技術(shù)應(yīng)用試驗段。10 cm土工格室調(diào)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(jīng)濟效益分析

以高6 m、長100 m的路堤為例，分別采用該技術(shù)（土工格室）和傳統(tǒng)技術(shù)（石灰改良）對距路床頂面25 cm范圍內(nèi)的路基進行處治，通過比較工程費用以定量分析該技術(shù)的經(jīng)濟效益。石灰改良方案中，石灰摻率為5%。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)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(jié)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(jīng)濟效益。

4 高填方路基的應(yīng)用實例與質(zhì)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(qū)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(shù)應(yīng)用

2024年進行了基于靶向定位功能的強夯智能化施工監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。

4.2.1 應(yīng)用要點

（1）該技術(shù)研發(fā)了一種智能強夯監(jiān)測設(shè)備，結(jié)合強夯機自動控制算法和無線定位技術(shù)，實現(xiàn)強夯機的自主學(xué)習(xí)功能和實時監(jiān)測夯機的行走路線、夯沉點位置、夯沉量等數(shù)據(jù)。

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

（3）通過后臺系統(tǒng)查看監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)分析，可輕松獲取每個段落的夯擊效果、地基密實度、區(qū)域面積和層數(shù)等數(shù)據(jù)，為工程質(zhì)量評估和優(yōu)化提供準(zhǔn)確的依據(jù)。這一創(chuàng)新點使得施工管理更加科學(xué)和便捷，提高了工程監(jiān)測和決策的效率。

4.2.2 應(yīng)用效果

該創(chuàng)新技術(shù)實現(xiàn)了施工質(zhì)量以及效率的提高，并減少對環(huán)境以及結(jié)構(gòu)的不良影響，通過采用強夯段落分區(qū)、區(qū)域分層和分層面定位的創(chuàng)新功能，效率提升了50%。施工中可以輕松查看每個段落的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括夯擊效果、密實程度以及各個層次的數(shù)量。

4.3 高填方路基的質(zhì)量控制

（1）主要管控內(nèi)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(yōu)化措施

高填方路基的質(zhì)量控制要點如圖1所示。高填方路基的質(zhì)量檢測項目見表2。

1）切斷地表水補給且按圖紙及規(guī)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(wěn)定的必要措施。

2）每層填料每側(cè)寬于路基0.5～1 m且采用較細的材料填筑，嚴(yán)禁將大顆粒集中于坡側(cè)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(fā)現(xiàn)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(zhǔn)進入下道工序，嚴(yán)格執(zhí)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(zhì)量。

5）在施工前根據(jù)施工現(xiàn)場情況做好排水設(shè)施并與永久排水設(shè)施相結(jié)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(jīng)常維護臨時排水設(shè)施以保證水流暢通。

5 結(jié)束語

綜上所述，該研究主要形成以下結(jié)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(shù)：

（1）下路堤智能強夯技術(shù)，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(shù)，超厚層土體大噸位壓實效果良好。

（3）上路床鋪設(shè)HDPE土工格室是高填方路基快速施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。土工格室—填料復(fù)合體可在路床形成一層硬殼層，有效地降低路基內(nèi)部動應(yīng)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(yīng)用效果。

參考文獻

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CN115627782A，2023-01-20.