红砂岩质土高速公路路基智能化压实施工工法.pdf

1、红砂岩质土高速公路路基智能化压实施工工法 1 前前 言言 红砂岩在我国西南、西北、中南及东南等地区广泛分布，具有强度低、易破碎、遇水后易崩解与软化的特点，不宜直接用于路基填筑。同时，传统路基压实方法智能化程度低，施工过程难以监控。因此，利用红砂岩进行路基填筑并实现智能化压实，对于减少弃渣、保护环境、实现信息化施工、提高路基压实质量具有重要意义。G60沪昆高速公路金华互通至浙赣界段TJ04标段起点桩号K356+140，终点桩号K409+000，长约52.86km，路堑挖方以红砂岩为主，若将其直接作为路基填料，会导致路基沉陷、开裂、表层松散、承载力不足等病害，加上工期要求严格，给路基施工带来了巨大

2、挑战。针对上述问题，集团公司联合高校共同研发了“红砂岩质土高速公路路基智能化压实施工工法”，成功将挖方红砂岩用于路基填筑，解决了红砂岩地区优质填料匮乏问题，践行了绿色施工理念。同时采用智能压实技术，实现了施工过程的信息化管理，提高了工效，保证了路基的压实质量。工法关键技术经浙江省科技信息研究院查新，经分析比较：通过红砂岩的物理力学性质试验发现：遇水崩解后的红砂岩质土颗粒会发生重组黏聚现象及强化作用，证明红砂岩消解处理后是良好的路基填料；利用红砂岩质土颗粒消解处理后发生重组黏聚现象及强化作用，在路基填筑施工时先将红砂岩充分破碎、润湿、静置，再用于路基填筑，上述特点在所检国内外文献中未见具体述及。

3、工法关键技术申请2项实用新型专利（一种能指示路基松铺厚度及夯填度的土工格栅固定装置，专利申请号：202120124641.3；一种路面施工过程中的压实装置，专利申请号：202120124323.7）。2 工法特点工法特点 2.0.1 施工速度快。本工法采用智能化路基压实技术，实现了红砂岩质土路基填筑施工过程中对碾压遍数和速度的精准控制，做到了路基碾压施工监控可视化、数据采集动态化、历史数据可查化，避免了路基重复碾压与欠压提高了施工效率，缩短了工期。2.0.2 施工质量高。本工法改良了常规高速公路路基施工工艺，利用红砂岩遇水崩解特性及消解后土颗粒的重组黏聚并强化的性质，增加红砂岩充分破碎、润湿、

4、静置工序，提高红砂岩质土的抗剪强度，避免红砂岩填料崩解导致的工后病害，保证了路基压实质量。2.0.3 经济和社会效益显著。本工法将挖方的红砂岩用于路基填筑，解决了红砂岩地区优质填料匮乏问题，减少了弃渣运输费用和公路工程对外借方，节约了成本；同时减少了弃渣污染，有利于环境保护，经济和社会效益显著。3 适用范围适用范围 适用于红砂岩地区的路基工程施工。4 工艺原理工艺原理 利用红砂岩遇水崩解性质进行消解预处理。利用红砂岩遇水崩解性质进行消解预处理。红砂岩含有伊利石和蒙脱石等黏土矿物，遇水易崩解。通过红砂岩的崩解试验发现：消解处理后的红砂岩质土颗粒将发生黏聚重组现象及强化作用，黏聚重组后的土体的耐崩

5、解性、压缩性及强度均有显著提高，证明红砂岩消解处理后是良好的路基填料，因此先将红砂岩充分破碎、润湿、静置，再用于路基填筑，可有效降低红砂岩路基病害发生，如图 4.0.1 和图4.0.2 所示。图图4.0.1 红砂岩红砂岩洒水洒水崩解图崩解图 图图4.0.2 红砂岩破碎处理红砂岩破碎处理 采用信息化技术实现路基采用信息化技术实现路基智能压实智能压实。智能压实技术基于物联网技术的应用形成摊铺碾压动态监控系统，该系统包括实终端，服务器端和客户端三个部分，具有实时压实引导、压实遍数显示及统计，压实度监控，轨迹监控，速度监控，权限管理，压实报告输出等功能。其原理为：通过外置摄像头和内置GPS定位系统采集

6、和分析碾压过程压路机运行参数和运行轨迹，反馈至服务器，动态实时监测和评估路基的压实效果，并在电脑和手机终端实时查看设备、桩号、里程、压实面积、压实遍数、压实层数等信息，根据终端显示的颜色指示条判别各区域压实情况，实时调整碾压机械的运行参数，对未达到压实遍数和欠压区域进行补压，并根据最终的压实报告判断压实质量，实现了路基的智能化压实。如图4.0.3所示。图图4.0.3 路基路基智能压实智能压实技术原理图技术原理图5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程施工工艺流程 施工工艺流程如图5.1.1所示。图图 5.1.1 智能压实施工工艺智能压实施工工艺 5.2 操作施工要

7、点操作施工要点 5.2.1 施工准备施工准备 1 测量放样测量放样 路基填筑前做好测量工作，如图5.2.1-1所示。其内容包括恢复线、路中线、测设征地红线、复核原地面高程数据、导线、中线水准点复测、横断面检查与补测、增加水准点等工作。施工放样时，根据路线中桩、设计图表和施工工艺准确放出路基中线、路堤坡脚及边沟具体桩位，并在路基边线处设置控制桩，控制桩间隔不宜大于50m，标明下一层的填筑高度。图图5.2.1-1 测量放样测量放样 2 智能压实设备准备智能压实设备准备 选择两台XS263J型26t的智能压路机，进场前对设备进行验收，保持性能良好，并配备专业司机。如图5.2.1-2所示。图图5.2.

8、1-2 智能压实设备准备智能压实设备准备 3 红砂岩运至现场红砂岩运至现场 将主线路堑挖方产生的红砂岩运至预处理场地，按指定位置堆放，如图5.2.1-3所示。图图5.2.1-3 红砂岩运至现场红砂岩运至现场 5.2.2 红砂岩红砂岩预预处理处理 利用机械设备将块状红砂岩进行破碎处理，并用洒水车对红砂岩均匀洒水，待红砂岩充分润湿48h后，使其完全崩解，并充分发挥黏聚重组及强化作用，如图4.0.1图4.0.2所示。5.2.3 清表清表 对原路基表面的腐殖土、表土、草皮和垃圾等进行清理，将树根全部挖除，坑穴填平夯实，如图5.2.3所示。图图5.2.3 清表清表 5.2.4 对对清表后的清表后的地面进

9、行压实地面进行压实 对清理后的路基表面进行碾压密实，如图5.2.4所示。图图5.2.4 对清表后的对清表后的地面地面进行进行压压实实 5.2.5 压实度检测及标高测量压实度检测及标高测量 采用灌砂法进行压实度检测，利用水准仪测量标高，如图5.2.5-1和图5.2.5-2所示。压实度需满足设计及规范要求，见表5.2.5所示。图图5.2.5-1 压实度检测压实度检测 图图5.2.5-2 测量标高测量标高 表表5.2.5 路基填筑材料及压实度要求路基填筑材料及压实度要求 项目分类 路面底面以下深度（cm）填料最大粒径（cm）填料最小强度（CBR）重型压实度（%）固体体积率（%）填方路基 上路床 03

10、0 10 8 97 87 下路床 30120 10 5 97 87 上路堤 120190 15 4 95 85 下路堤 190 15 3 94 83 5.2.6 堆料和整平堆料和整平 根据松铺厚度和方量用石灰画出网格线，按网格布料，如图5.2.6-1所示。按路宽均匀摊铺，摊铺厚度为30cm，每层填料的两侧铺设宽度较设计宽度超30cm。随后先用推土机大致整平，如图5.2.6-2所示。填料含水量应控制在最佳含水量的 2%。若填料低于最佳含水量，应根据施工面积确定洒水量，进行水车洒水；对于含水量过大的填料应进行晾晒，然后开始智能压实施工。图图 5.2.6-1 石灰网格线石灰网格线 图图 5.2.6-

11、2 推土机摊铺整平推土机摊铺整平 5.2.7 智能压实智能压实 利用上海瑞路公路压实质量实时监控系统，进行路基压实质量的实 时 监 控。在 浏 览 器 里 输 入 访 问 网 址：114.115.205.183:9600/inter2017/public/preview.html，初始页面如图5.2.7-1所示，可记录采样点坐标、行进速度、采样时间、差分状态、振动频率、单位体积压实功以及压实监测指标。另外，可通过在指令窗口中输入特定指令代码来实现表格数据的筛选和排序调整。为后续数据查询整理等提供服务。图图 5.2.7-1 软件数据库存储软件数据库存储 在对施工区进行施工监控过程中，监控客户端从

12、数据库中读取监测数据信息，如图5.2.7-2图5.2.7-3所示，并利用这些数据信息在监控端中实时绘制并显示压路机碾压轨迹、振动频率及路基压实监测指标CV和单位体积压实功E值等信息，并生成压实报告，如图5.2.7-4所示。施工过程中可实现对监控区域任何位置信息查询以及通过工具栏可对监控区域进行操作等。当压路机振动状态不满足要求、超速、碾压遍数不达标或者压实监测指标不合格时，应用服务器向监控端PC和分控中心及现场PDA（手机）发出警告，现场施工人员或者司机根据报警信息指导现场施工，进行反馈施工。图图 5.2.7-2 软件电脑端实时监控界面软件电脑端实时监控界面 图图 5.2.7-3 移动端实时监

13、控界面移动端实时监控界面 图图 5.2.7-4 智能压实报告实时查看界面智能压实报告实时查看界面 5.2.8 铺设土工格栅铺设土工格栅 最后一层红砂岩摊铺碾压前进行土工格栅的铺设。填料土工格栅铺设时底面应平整、密实，应平铺，拉直、不得重叠，不得卷曲、扭结，相邻的两幅土工格栅需搭接0.3m，沿路基横向对土工格栅搭接部分每隔1m用8号铁丝进行穿插连接，并在铺设的格栅上每隔1.5m2m用一种具有路基松铺厚度及夯填度指示功能的“h”形土工格栅固定装置（实用新型专利）固定于地面，如图5.2.8-1图5.2.8-2所示。图图5.2.8-1 铺设土工格栅铺设土工格栅 图图5.2.8-2 h形土工格栅固定装置

14、形土工格栅固定装置 5.2.9 最后一层填料的摊铺和压实最后一层填料的摊铺和压实 按上述摊铺和压实工艺进行最后一层填料的摊铺和压实。5.2.10 检测签证检测签证 每层填筑施工完成后，利用生成的压实报告判断最终压实质量，人工检测路基强度是否达到标准，并将施工段填筑后的压实度、弯沉值、纵断高程、中线偏位、宽度、横坡、边坡等检测项目进行统计和整理，经监理工程师签认。如不满足要求，则及时整改，直至路基填筑各项指标满足要求。5.3 劳动力组织劳动力组织 路基填筑和碾压配置的主要劳动力见表5.3.1。表表5.3.1 劳动力组织表劳动力组织表 材材6 料料与与设设备备 工工6.1 程程材材料料 红砂岩方量

15、为 3183000m3、土工格栅。6.2 机械设备机械设备 以试验段为例，主要机械设备见表 6.2.1。表表6.2.1 主要施工机械设备主要施工机械设备 序号 设备名称 型号 数量 1 智能压路机 XS263J型 2 2 平地机 徐工GR200 1 3 推土机 徐工DT140B 1 4 自卸汽车 15t 2 5 挖掘机 PC200 2 6 洒水车 15t 2 7 镐头机 PC200 2 7 质量控制质量控制 序号 工种 人数（名）主要工作内容 1 现场施工负责人 1 组织协调、安全、质量管理 2 路基专业工程师 1 施工技术管理 3 测量人员 3 施工测量作业 4 试验人员 3 进行试验测试

16、5 现场施工员 2 负责现场施工技术交底 6 驾驶人员 14 进行各机械作业 7 工人 5 负责各项施工作业 7.1 质量控制标准质量控制标准 本工法严格执行以下国家及行业相关规范、标准：1）公路路基施工技术规范（JTG/T 3610-2019）；2）公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2017）；3）公路水运工程安全生产监督管理办法（交通部令 2007 年第 1 号）；4）公路工程施工安全技术规范（JTG F90-2015）；5）公路工程技术标准（JTG B01-2014）。7.2 质量控制措施质量控制措施 7.2.1 利用机械设备将块状红砂岩进行破碎处理时，用洒水车对红砂岩均匀洒

17、水，保证红砂岩充分浸润，待红砂岩充分润湿 48h，完全崩解并充分发挥黏聚重组及强化作用后方可用于路基填筑。7.2.2 松铺厚度控制在 30cm，采用智能压路机碾压，确保工程质量。松铺厚度、松铺系数、碾压方式及碾压遍数通过试验段确定，严格监控碾压遍数，不应出现少压、漏压等现象。7.2.3 路基顶面做成路拱，横坡度控制在 2%4%，以利排水，填筑宽度宜比设计要求宽 30cm50cm，经过边坡修整，使路基宽度符合设计要求，并保证路基边缘的压实度。7.2.4 施工技术人员需定期登录电脑和手机终端实时查看设备、桩号、里程、压实面积、压实遍数、压实层数等信息，并根据终端显示的颜色指示条判别各区域压实情况，

18、实时调整碾压机械的运行参数，对未达到压实遍数和欠压区域进行补压。8 安全措施安全措施 8.0.1 路基填筑前，必须了解土质、地下水等情况，查清地下埋设的管道、电缆和有毒有害气体等危险物并加以标记，设置防护栏杆。8.0.2 智能碾压机械作业时，要求有一定的配合人员，随机作业，保持人机间的安全距离，以防止机械作业中发生伤人事故。8.0.3 配合机械作业的清底、平地、修坡等人员，应在机械回转半径以外工作。当必须在回转半径以内工作时，应停止机械回转并制动好后，方可作业。8.0.4 整修边坡时，应从上而下顺序进行，坡面上的松碎石、石块必须及时清理。严禁在边坡下方工作、休息和存放机具。边坡上方有人工作时，

19、边坡下方不准站人。9 环保措施环保措施 9.0.1 施工期间，施工物料如水泥、油料、化学品等堆放应严格管理，防止在雨季或暴雨将物料随雨水径流排入地表及附近水域造成污染。9.0.2 禁止机械在运转中和维修时产生的含油污水未经处理直接排放，应对含油污水进行隔油处理后再行排放。9.0.3 采取有效措施保护线路两侧原有植被地貌，减少环境污染。9.0.4 施工中修建的临时设施，必须在工程交验后规定时间内予以拆除，尽可能进行造地复耕，恢复原有地形地貌。10效益分析效益分析 红砂岩质土高速公路路基智能化压实施工工法施工速度快、节约工期，并且增加了红砂岩消解处理步骤，使红砂岩质土颗粒充分崩解、重组、黏聚、强化

20、，改良后的红砂岩质土用于路基填筑施工不仅减少了弃渣运输费用和公路工程对外借方，节约施工成本，还有利于环境保护，避免了红砂岩填料崩解导致的工后病害，提高了路基工程质量。采用本工法施工，累计可节约工期49天，节约成本约70%，合计4306.7万元，经济和社会效益显著，得到了业主及监理等单位的一致好评。具体经济效益分析见表10.1所示。表表 10.1 经济效益分析经济效益分析 施工工艺 填筑方量（m3）碾压时间（天）人工费（万元）机械费（万元）材料投入（万元）合计（万元）红砂岩智能 碾压施工 3183000 231 954.9 2228.1 3751 6934 借方填筑常规碾压施工 3183000

21、280 1157.5 3080.6 7002.6 11240.7 合计 49 202.6 852.5 3251.6 4306.7 11 应用实例应用实例 实例一：实例一：G60 沪昆高速公路金华互通至浙赣界段 TJ04 标段二工区起点桩号 K375+740，终点桩号 K386+455，长约 10.715km。其中路基挖方约 315879m3、路基填方 424134m3。挖方路基老路路堑边坡以岩质边坡为主，地质条件清晰，岩性以红砂岩为主。采用本工法施工，达到了“高质、高效、智能、环保”的效果，避免了资源浪费，提升了工作效率，保证了施工质量，节省了材料设备、人力投入。二工区开工时间：2019 年

22、9 月开工，完工时间：2020 年 8 月完工。共节约成本约 574 万元，缩短工期 49 天，使红砂岩路基填筑工程提前高质量完成，经济效益与社会效益显著，得到了业主及监理等单位的一致好评。实例二：实例二：G60 沪昆高速公路金华互通至浙赣界段 TJ04 标段三工区起点桩号 K386+455，终点桩号 K409+000，长约 22.545km。其中路基挖方约 485495m3、路基填方 698699m3。挖方路基老路路堑边坡以岩质边坡为主，地质条件清晰，岩性以红砂岩为主。采用本工法施工，达到了“高质、高效、智能、环保”的效果，避免了资源浪费，提升了工作效率，保证了施工质量，节省了材料设备、人力

23、投入。三工区开工时间：2019 年 9 月开工，完工时间：2020 年 8 月完工。共节约成本约 945 万元，缩短工期 55 天，使红砂岩路基填筑工程提前高质量完成，经济效益与社会效益显著，得到了业主及监理等单位的一致好评。实例三：实例三：G60 沪昆高速公路金华互通至浙赣界段改扩建工程土建第 05 标段项目起点桩号 K409+000，增设柯城互通（上跨杭金衢高速），经后坞停车区，过五里枢纽，在既有樊村隧道分离式路基两侧新建隧道，既有樊村隧道 1-1#和 1-2#隧道左线开挖成四车道路基，过常山东互通、在大洋滩连拱隧道两侧分离增建隧道、过常山互通，跨常山港特大桥，经常山服务区、常山西互通、球川停车区后，至本项目终点浙赣主线收费站，终点设计桩号 K457+284，长约 48.284km，其中路基挖方约 290.8 万 m3、路基填方 243 万 m3。挖方路基老路路堑边坡以岩质边坡为主，地质条件清晰，岩性以红砂岩为主。采用本工法施工，达到了“高质、高效、智能、环保”的效果，避免了资源浪费，提升了工作效率，保证了施工质量，节省了材料设备、人力投入，缩短了工期，使红砂岩路基填筑工程提前高质量完成，经济效益与社会效益显著，得到了业主及监理等单位的一致好评。