复杂地质条件下山区公路路基施工安全与质量控制如何做？

文/本刊记者 楚峰

供图 /浙江省交通运输科学研究院

浙江省素有“七山一水二分田”之称，地形以丘陵山地为主，地势由西南向东北呈阶梯状倾斜，地貌形态复杂，地域差异明显。

山区公路在建设过程中，受地形和线形等因素制约，线路往往不可避免地需要穿越滑坡体、岩溶、采空区等不良地质体，复杂地质条件等诸多不确定因素对公路施工安全与质量控制构成十分重要的影响。基于此，浙江省交通运输科学研究院针对复杂地质条件下公路路基施工安全与质量控制问题开展研究并形成成套关键技术——“复杂地质条件下山区公路路基施工安全与质量控制关键技术”（以下简称“关键技术”）成功入选2019年度交通运输重大科技创新成果库入库成果（交通运输科技成果推广项目）。入库后，成果推广应用范围得到进一步拓展，应用效益也得到进一步提升。例如，依托该项目研究成果开发的土石混填路基施工质量控制技术和方法在新疆S21阿勒泰至乌鲁木齐公路、四川九绵高速、江西昌九高速、福建G205上杭县陂下至东坑段、浙江杭绍台高速等10多条公路（累积里程超过410公里）建设工程项目中得到应用，实现了路基施工质量的快速无损检测与评价，为路基施工过程中及时发现质量问题、提高工程质量、保障施工进度、提升工程效益发挥了有益作用。项目技术成果的推广应用产生了良好的社会、生态、环境效益和显著的间接经济效益。截至今年上半年，新增成果转化与技术服务合同额1000余万元，成果推广效益已初具规模。其研究成果“山区高速公路穿越不良地质路基施工安全风险评估指南”（以下简称“评估指南”），填补了国内复杂地质条件下路基施工安全风险评估技术的空白。

室内模型试验

杭金衢高速公路拓宽工程

三大关键技术

依托两项浙江省交通运输厅科技项目（山区高速公路穿越不良地质路基施工安全风险评估研究和路基强度及刚度与路面结构力学响应关系研究），浙江省交通运输科学研究院系统开展了“关键技术”研究，形成了三个关键技术：

关键技术一：针对浙江省山区公路建设中遇到的滑坡、崩塌、岩溶、采空区等不良地质体的工程特点，建立了不良地质路基施工安全风险评估体系及风险分析与评价技术，对线路中各类不良地质路基施工过程进行有效的风险管理。

关键技术二：研发了用于研究不均匀路基对路面影响的可移动加载和测量系统，建立了宕渣路基缺陷影响路面结构力学性能和移动荷载作用下路基路面系统动力响应规律的分析方法。

（1）通过开展荷载作用下路基缺陷影响路面结构使用性能的物理模型试验，分析得到了宕渣路基强度及刚度不均匀性对路面力学性能的影响规律。

（2）通过研发用于研究不均匀路基对路面影响的可移动加载和测量系统，建立了宕渣路基缺陷影响路面结构力学性能和移动荷载作用下路基路面系统动力响应规律的分析方法。

关键技术三：基于GPS-RTK技术与落球无损检测技术相结合的方法，开展路基施工质量实时监测和评估研究，建立了基于可靠度的路基均匀性评价方法和路基强度评价方法，开发了土石混合填料路基施工质量控制信息化系统，实现了路基施工质量实时快速无损检测与评价。

（1）结合落球检测方法和GPS-RTK实时动态测量理论，研发了基于落球式岩土力学特性检测仪和智能RTK系统的路基施工智能检评系统。

（2）建立了基于可靠度的路基均匀性评价方法和路基强度评价方法。

（3）设计并开发了土石混合填料路基施工质量控制信息化系统，实现了对路基施工质量的实时快速无损检测和评估。

土石混合填料路基施工质量控制信息化系统

申嘉湖高速公路路基施工现场

有效的安全风险管理

杭绍台高速公路台州段起点天台三州乡，终点括苍互通接台金高速，是一条典型的山区高速公路，沿线多以中低山丘陵为主，地势起伏，相对高差大，线路地质条件复杂，差异性大，存在崩塌、断裂破碎带、软弱土等特殊地质，是目前浙江省内地质最复杂、建设难度最大的山区高速公路之一。

现场测试

诸多不确定性影响因素，对杭绍台高速公路建设安全与质量提出了较高的要求。为了对路基工程实施有效的安全风险管理，避免风险发生和减轻风险损失，指挥部积极开展施工安全风险评估工作，应用“关键技术”研究成果编制的“浙江省山区高速公路不良地质路基施工安全风险评估指南”，将崩坡积体等不良地质路基施工安全风险评估纳入专项风险评估工作中，通过对不良地质路基施工过程的风险源辨识、风险分析和风险估测，实现了不良地质路基施工中风险源的定量分析与评价，并提出了相应的风险控制措施。

在项目施工安全与质量管理工作中，结合工程实际与本项目成果应用情况，对研究成果中风险源辨识、风险控制措施的制订等提出了意见和建议，促进了研究成果的优化和完善。

目前，杭绍台高速公路已建成通车，项目实施过程中未发生施工安全事故与质量问题，路基施工安全管理工作取得了显著成效。这也充分表明，该项目应用课题研究成果所建立的路基施工安全与质量控制措施发挥了有效作用，验证了课题研究成果的科学性、可行性和合理性，研究成果对于提升路基工程施工安全与质量管理水平具有指导意义。

“浙江省山区高速公路不良地质路基施工安全风险评估指南”在实际应用中对工程中各类不良地质路基施工过程进行有效的安全风险管理，有效避免了风险发生和减轻风险损失。研究成果在杭新景高速公路建德寿昌至开化白沙关（浙赣界）、杭长高速公路北延（泗安至浙苏界）等50余个公路建设项目的安全管理工作中得到推广应用，为工程施工过程中及时发现安全隐患并采取有效措施降低安全风险，保障施工进度，提高工程效益发挥了有益作用，有效提高了各工程项目安全与质量管理工作水平。经统计，所应用的工程项目路基工程中没有发生安全事故，社会效益和间接经济效益显著提升。

“关键技术”针对山区公路建设中遇到的滑坡、崩塌、岩溶、采空区等不良地质体的工程特点，建立不良地质路基施工安全风险评估体系及风险分析与评价方法，对线路中各类不良地质路基施工过程进行有效的风险管理。

目前，国内外对公路建设中各关键工程开展安全风险评估和管理工作，还没有成熟和完善的标准可供参考，我国针对桥梁和隧道工程施工安全风险评估发布了《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》可供参考，但是对于不良地质路基施工安全风险评估工作而言，尚未见成熟的经验和可供参考的指南。“评估指南”填补了国内复杂地质条件下路基施工安全风险评估技术的空白，为专业技术人员开展安全风险评估工作并制定有效的风险控制措施，提供了参考和指导。研究成果总体达到国内领先水平。

“关键技术”成果应用为施工过程中开展风险源辨识、风险分析和风险估测提供了技术支撑，有效降低安全风险，提高工程质量，保障施工进度，提升工程效益，促进和提高了工程项目安全与质量管理水平。

全过程、全覆盖的质量控制

申嘉湖高速公路安吉孝源至唐舍段工程起于孝源互通，顺接已通车的申嘉湖高速公路湖州鹿山至安吉孝源段终点，项目沿线多以丘陵为主，地势起伏，相对高差较大，线路地质条件差异性大，存在崩坡积体、软弱土等特殊地质，路基施工安全与质量影响因素复杂，对公路建设安全与质量提出了较高的要求。

项目施工单位针对该项目复杂地质环境特点，结合并应用“关键技术”研究成果，制定了专项施工方案。路基填筑材料采用室内试验得到的推荐级配范围，严格控制路基填料的最佳含水率、最大干密度等参数；在取料现场将填筑材料中存在的大粒径块石进行剔除后再运至路基填筑场地，并经过严格的布料、分层摊铺、平整、精平后对路基进行碾压夯实、路面整形和坡度整修作业，应用土石混合填料路基施工质量控制信息化系统，实现了路基施工质量实时快速无损检测与评价。

目前，该项目路基工程已顺利完工，路基施工质量检测结果均符合相关规范要求，达到了工程施工质量管理预期目标，保证了路基工程施工进度。该项目应用课题研究成果所建立的路基质量控制措施发挥了有效作用，对于提升路基工程施工安全与质量管理水平具有指导意义。

此外，基于“关键技术”，项目研发了用于研究不均匀路基对路面影响的可移动加载和测量系统，建立了宕渣路基缺陷影响路面结构力学性能和移动荷载作用下路基路面系统动力响应规律的分析方法。

现阶段，国内外有关于路基强度、刚度与路面结构力学响应相关的研究多是基于数值模拟或是理论分析，所得结论在实际工程应用中存在一定的偏差。项目研发了用于研究不均匀路基对路面影响的可移动加载和量测系统，在此基础上开展能更接近真实路况的物理模型试验，得到路基缺陷影响路面结构力学性能和移动荷载作用下路基路面系统动力响应的规律。研究成果总体达到国内先进水平。

目前，国内外针对路基质量的检测方法多是人工检测，工作效率低，自动化和信息化水平较低。项目基于GPSRTK技术与落球无损检测技术，自主研发了土石混合填料路基施工质量控制信息化系统，通过云处理技术，对施工质量进行实时评估和控制；利用RTK技术将公路路基施工全过程的路基各测点力学特性以及地理信息建立联系，实现对路基全过程、全覆盖的质量监测，利用无线传输技术将路基施工质量信息上传，采用云计算技术对路基施工过程中的数据进行实时处理和评估，并将路基施工质量评估信息传回施工现场，在施工质量管理终端进行三维信息展示，从而对后续路基碾压施工工艺进行指导和控制，使得路基的刚性和均匀性得到保障，进而提高路基、路面的耐久性，延长公路的使用寿命。研究成果获实用新型专利1项、软件著作权2项。

可以看出，“关键技术”在推广应用方面已经取得一定的成效，下一步，课题组还将在前期研究成果推广应用的基础上，进一步开发路基病害精准诊断技术，并针对典型病害开展针对性的修复材料研发，构建公路智能诊断与养护决策技术体系，致力于为公路建设与养护工程提供核心技术支撑和系统解决方案。

在路基施工质量提升的基础上，进一步开发基于三维雷达图谱的公路结构内部病害智能识别方法，形成裂缝、脱空、松散等典型路基病害的三维探地雷达图谱判读依据，开发公路结构病害智能识别系统，实现路基病害精准诊断，提升三维探地雷达在路基病害诊断中的应用效能；同时，针对路基病害修复开发防自收缩高性能注浆材料，发挥其流动性强、早期强度高等性能优势，解决工程常用路基注浆材料自收缩开裂问题，为既有路基病害处治提供技术支持。

未来，随着我国公路建设的快速发展，针对路基施工质量控制和精准养护技术的需求日益增多，“关键技术”项目成果的推广应用在提升公路建设质量与养护管理水平的同时，涵盖了包括无损检测、人工智能、绿色养护等前沿技术的研发和应用，符合我国公路工程领域在数字公路、绿色公路建设的总体发展趋势和需求，具有广阔的推广应用前景。

三维探地雷达路基病害探测