高速公路泥化透水性泥岩路基修筑关键技术

20162016 年度安徽省科学技术奖年度安徽省科学技术奖 推荐项目公示内容推荐项目公示内容 （科技进步奖） 项目名称项目名称 1 1、项目背景项目背景 高速公路泥化透水性泥岩路基修筑关键技术高速公路泥化透水性泥岩路基修筑关键技术 安徽省北沿江马巢高速公路及泛巢湖地区普遍发育泥岩， 泥岩具有抗压强度低、透水性强、 遇水易泥化、崩解等特点，容易引起路基沉降、边坡溜坍、路基翻浆等工程地质问题。废弃泥 岩不仅污染环境，而且将带来大面积的取土场及弃土场，工程造价大幅提高。为解决泥岩是否 能作为路基填料、如何作为路基填料、应采取何种措施问题，特成立课题组进行高速公路泥化 项 目 简 介 透水性泥岩路基修筑关键技术的研究。 2 2、主要研究内容及核心专利、主要研究内容及核心专利 主要研究内容主要研究内容：泥岩基本物理特性、路用性能研究；泥岩技术分级方法及其标准研究；泥 岩路基填筑优化组合施工方案；泥岩路堤沉降控制标准和措施；泥岩路基高边坡稳定性分析和 安全防护关键技术；泥岩路基典型断面设计；泥岩路基施工技术指南。 研究成果被同行知名专家鉴定为“达到国内领先水平”，获得与本项目相关专利授权 5 项， 另有 4 项专利处于实质审查阶段，获得学术论文 9 篇。针对泥岩路基修筑的问题，项目核心专 利如下： ①提出了“一种治理桥头跳车的过渡路基”（授权发明专利号：ZL20101 0560364.7） ，基本解 决了泥岩段路基路面沉降导致的桥头跳车问题，完善了公路路基填筑的施工技术体系。 ②提出了“一种用于确定冲击碾压最佳松铺厚度的方法” （申请发明专利号： 201510309355.3） 和“一种利用冲击碾压形成的多填料层路基结构”（授权实用新型专利号：ZL201520389473.5） ， 有效避免了盲目增加冲击轮的质量或碾压遍数以提高压实度的方法，节省工程造价，延长泥岩 路基使用寿命。 ③提出了“一种泥岩填方路基结构”（授权实用新型专利号：ZL201520929579.X）和“一种泥 岩填方路基结构及其施工方法”（发明专利申请号：201510805963.3） ，有效地提升路基整体稳定 性和强度，较少路基的不均匀沉降，保证路基修筑的工程质量。 3 3、技术创新、技术创新 ①通过大量泥岩物理特性和力学性能测试；依据现行规范，提出了基于物理特性与路用性 能的泥岩分类方法和分级标准。 ②提出了“破碎机+羊足碾+三层填筑振压+冲击补压”的最佳组合压实技术， 创新了根据冲击 压路机机具质量确定土体最佳分层补压厚度的方法。 ③建立了路基深度、粘土封水层厚度、雨后路基晾晒时间以及泥岩风化程度与路基含水率 的预估模型，创新了泥岩路基封水过渡层典型结构及关键施工技术。 ④从压实度、路面结构层附加应力、坡度、舒适度四个方面提出泥岩路基差异沉降度控制 标准及治理泥岩路基桥头跳车的过渡结构，构建基于多层次分析方法的边坡稳定影响因素权重 确定模型。 4 4、经济效益、经济效益 项目研究成果已成功应用于北沿江高速公路一期马鞍山至巢湖段，通过科学合理利用泥岩 填料，节省路基填料 84.47 万方，产生直接经济效益 3693.18 万元，节约工期约 90 余天。项目 研究成果正服务于北沿江高速公路二期巢湖至无为段，从2014 年至今，节省路基填料 42.34 万 方，已产生直接经济效益2317.12 万元，预计竣工后将获得直接经济效益4832.93 万元。 5 5、应用推广情况、应用推广情况 本项目研究成果已成功应用于北沿江高速公路一期马巢段和二期巢无段，已产生显著的经 济和社会效益，直接经济效益仍在持续增长中，马巢段通车两年来，泥岩段路基路面使用性能 良好，未见任何病害和不稳定迹象，研究成果不仅可应用于安徽，还能为全国泥岩段公路建设 提供科学指导。 主要完成单位及创新推广贡献主要完成单位及创新推广贡献 主要完成单位创新及推广贡献 项目负责单位，筹措研究资金，组织制定总体技术路线，全面 负责课题的组织与管理， 协调项目实施，并负责提供研究资料。 成功 地将项目的研究成果在北沿江高速公路马巢段第2～3 路基合同段进 行推广应用，目前正在应用于北沿江高速公路二期巢湖至无为段。 对泥岩的力学性能和路用性能进行了系统研究，揭示了马巢段 泥岩的物理特性和路用性能， 并进行技术分类和分级， 提出了相应的 处置措施。通过试验段铺设粘土封水层的试验， 建立了路基深度、 粘 土封水层厚度、 雨后路基晾晒时间以及泥岩风化程度与路基含水率的 安徽省交通控股集团有限公司 预估模型， 提出了泥岩路基封水过渡层典型结构及施工控制要求， 并 提出“破碎机+羊足碾+三层填筑振压+冲击补压”组合压实技术。提出 了 “ 一 种 泥 岩 填 方 路 基 结 构 ” （ 授 权 实 用 新 型 专 利 号 ： ZL201520929579.X）和“一种泥岩填方路基结构及其施工方法 ”（发 明专利申请号：201510805963.3） ，有效地提升路基整体稳定性和强 度，较少路基的不均匀沉降， 保证路基修筑的工程质量。 根据现场冲 击压实试验研究，得到了沉降量、压实度、土基回弹模量随压实遍数 的变化规律， 提出了冲击压实施工工艺和泥岩路堤沉降控制标准。 对 第 1、2、3 创新点做出重大贡献。 项目研究的主要技术依托单位，制定总体研究技术路线；对科 研的方向、创新点起到总体把关的技术作用。 通过密度实验、液塑限实验、颗粒分析与破碎试验、崩解与膨 胀率实验、击实实验、承载比实验、单轴抗压强度、泥岩回弹模量实 验等， 揭示了马巢段泥岩的物理特性和路用性能， 并进行技术分类和 分级，提出了相应的处置措施。 依据现场重型、轻型动力触探试验测 试， 得到振动碾压遍数与动力触探锤击次数间关系， 提出了泥岩路基 密实度分类标准和路基压实控制标准， 针对互通式立交桥头路段的路 基差异沉降， 提出了“一种治理桥头跳车的过渡路基”（授权发明专利 号 ZL201010560364.7） ，基本解决了泥岩段路基路面沉降导致的桥头 合肥工业大学 跳车问题。 针对人为选定及控制碾压厚度所存在的问题， 提出了“一种用于 确 定 冲 击 碾 压 最 佳 松 铺 厚 度 的 方 法 ” （ 申 请 发 明 专 利 号 ： 201510309355.3）和“一种利用冲击碾压形成的多填料层路基结构 ” （授权实用新型专利号：ZL201520389473.5） ，有效避免了盲目增加 冲击轮的质量或碾压遍数以提高压实度的方法， 节省工程造价， 延长 泥岩路基使用寿命。从压实度、路面结构层附加应力、 坡度、舒适度 四个方面提出泥岩路堤差异沉降度控制标准， 构建了基于多层分析方 法的边坡稳定影响因素权重确定模型，确定了14 个影响因子在边坡 稳定性评价中的权重值。 依据边坡稳定监测得到了应力、 应变随时间、 边坡高度的变化规律，对第1、2、4 创新点做出重要贡献。 泥岩作为路堤填料，有效解决了泥岩发育段筑路材料短缺和泥岩大量换填占用耕地、污染 环境等问题。研究成果的成功应用为泥岩发育地区高速公路征地取土困难和占用耕地、污染环 境等问题提供了一条新的有效解决途径，具有较好的工程推广应用价值。 推推 广广 应应 用用 情情 况