高等级公路路基病害快速综合诊断

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1、高等级公路路基病害快速综合诊断 及加固新技术研究长沙理工大学 郑健龙 2015年5 月22日二. 项目实施情况一. 项目概况汇报提纲三. 项目研究成果四. 成果总结路基的主要功能是为路面提供坚实、稳定而又均匀的支承一. 项目概况路基应具有足够的强度、刚度、稳定性及耐久性 1. 立项背景及研究目标路基病害是导致路面损毁的主要原因之一。路基变形引起道路损毁不均匀沉降引起路面开裂路基软化承载力降低路基失稳破坏及时发现并修复路基病害是路网安全运营的重要保障。一. 项目概况1. 立项背景及目标对于路面工程，国内外已建立了相对完善的集检测装备、评 价体系、养护决策与维修技术于一体的成套技术。而路基属于 隐

2、蔽工程，探测难度大，现有的路基检测手段、评价方法及处 治技术相对比较落后。一. 项目概况1. 立项背景及目标公路养护应遵循“预防为主，防治结合”的原则。因此，加 强路基预防性养护是公路养护管理的发展方向。路基工作性能的检测、评价及加固是路基预防性养 护的关键技术一. 项目概况1. 立项背景及目标2011年交通运输部作为重大科技专项立项开展 “新一代公路 基础设施维护关键技术、重大装备与示范”的研究高等级公路路基病害快速综合诊断及加固新技术一. 项目概况1 立项背景及目标长沙理工大学研究目标一揭示路基性能衰变机 理，建立一套路基性 能评价指标体系填补技术空白研究目标二开发一套路基状况快 速综合数

3、据集成分析 平台，形成路基快速 检测技术体系提高检测效率研究目标三发展加固新技术及路 基预防性养护对策提高加固水平一. 项目概况2. 主要研究内容（1 ）路基破坏机理及发展演化规律研究 路基病害特征及成因机理研究 路基工作性能劣化规律研究 路基病害的发展演化规律（2 ）路基工作性能评价技术研究 评价指标研究 评价指标的量化计算方法研究 评价标准研究一. 项目概况2. 主要研究内容（3 ）路基状况快速综合检测技术研究（4 ）路基注浆加固新技术研究 路基注浆加固理论研究 路基注浆材料研究 信息化智能注浆管控技术研究 路基状况快速综合检测应用技术研究 路基快速无损检测的测试参数标定技术研究 路基状况

4、快速综合数据集成分析平台研究二. 项目实施情况1. 研究方案与技术路线路基性能衰变机理路基性能衰变机理路基工作性能评价标路基工作性能评价标 准与方法准与方法总 体 研 究 思 路 和 技 术 路 线高等级公路路基病害快速综合诊断及加固新技术研究 资料收集、现场调研、室内外试验、理论研究路基工作性能评价指 标路基工作性能评价指 标路基工作性能快速检路基工作性能快速检 测理论测理论路基工作性能快速检 测技术与方法路基工作性能快速检 测技术与方法路基工作性能快速检 测装备路基工作性能快速检 测装备路基注浆加固理论路基注浆加固理论信息化注浆技术与智 能管控系统信息化注浆技术与智 能管控系统新型路基注浆

5、材料新型路基注浆材料二. 项目实施情况2. 资料调研与路基病害调查选取了湖南、江西二省6 条高速公路和2 条普通公路进行路 基病害现场调查。调查总里程达643.5km。二. 项目实施情况3. 路基病害开挖与钻探2012年8 月2013年10月，在湖南省耒宜高速公路、临长高 速公路、莲易高速公路、邵怀高速、江西昌樟高速公路共选 取了22个断面、110 个勘察点，开展了钻孔、坑探取样及天然 含水率和天然密度测试。 钻探进尺880 多米 坑探取样400 多个 扰动土样1500kg掌握了路基病害点土性的第一手资料二. 项目实施情况4. 路基病害对路面力学行为影响的模拟试验在长沙绕城高速公路干杉连接线选

6、取了6 处典型断面，分别 设置了高含水率、欠压实病灶，通过预设的动土压力盒、光栅 光纤应力应变传感器、钢筋应力计等测试元件对车辆荷载作用 下的路基路面动力响应进行了测试分析。（1 ）长沙绕城高速公路典型病灶模拟试验二. 项目实施情况4. 路基病害对路面力学行为影响实体模型试验（2 ）邵怀高速公路路基变形力学响应的现场测试选择了邵怀高速公路K 1309+500处典型路基沉陷点，进行了 不同类型汽车荷载作用下的动力响应测试，获得了近千组不同 类型汽车作用下的路面力学响应测试数据。二. 项目实施情况5. 室内外土工试验为了研究典型路基土的稠度、压实度与路基土回弹模量之 间的关联性，选取了湖南、江西及

7、重庆3 地区共计7 种土样， 开展了： 干法击实试验（56组） 湿法击实试验（56组） 常规C B R 试验（56组） 回弹模量测试（56组）为路基性能评价的研究提供了试验依据二. 项目实施情况6. 标定试验选取了3 种典型路基土，制作成不同含水量和压实度的试件， 在实验室内分别用G P R 、高密度电法和瑞雷波法测量这些试件 的反射系数、视电阻率和波速，建立了典型土样的无损检测数 据和含水量、压实度的关系曲线。为无损检测数据标定提供了实用方法二. 项目实施情况7. 快速检测技术的对比与验证在长沙含浦大道与湘潭九华开发区市政道路的路基上选取了 130 个点位进行了单一无损检测、联合无损检测与传

8、统检测方 法的对比试验，对比分析了不同检测方法的检测精度与效率。（1 ）提出了路基平衡湿度预测模型与方法三. 项目研究成果1. 揭示了路基的破坏机理及发展演化规律汽态中的热流量土颗粒中的热流量土中储热量11wwvv vvww wwssyyggPPsDDkkxxyyxxyyt液态水流量汽态水流量土中储水量vv vvvvttvPPTTTLDLDxxyyxxyyt水量平衡方程热量平衡方程ln vvvsPRTsWP吸力的热力学方程方程的边界条件决定于路基所在地区的环境状况（1 ）提出了路基平衡湿度预测模型与方法三. 项目研究成果242218202616242218202616重量含水率/%运营时间/

9、年重量含水率/%运营时间/ 年路基土塑限24.2%路基初始含水率18.0% 按传统方法设计的施工控制含水率路基初始含水率22.2% 按最大承载力设计的施工控制含水率路基底部 路基中部 路基顶部路基底部 路基中部 路基顶部路堤几何模型及有限单元划分通过路基湿度演变的数值模拟得出： 路基湿度平衡过程为810年 平衡含水率接近塑限运营期内路堤湿度随时间的变化路基土塑限24.2%路基含水率显著高于设计值，压实度显著低于设计值通过全断面开挖测定路基含水率及压实度变化情况，发现 路基运营期含水率和压实度均有显著变化。距老路路床顶面 距离/cm压实度/%含水率/%设计值实测值设计值实测值109587.121

10、5.824.264087.7218.877085.2522.4090 9382.64 16.324.4112083.6223.61三. 项目研究成果（2 ）揭示了路基湿度与压实度的演变与平衡规律通过现场开挖试验得到：气候环境的长期作用导致路基含水率 显著增大，路基平衡含水率与塑限含水率接近。昌樟高速公路路堤含水率检测结果（2013年检测）1996年施工控制含水率13.6%均值22.5%塑限21.2%横断面一：310 个测点三. 项目研究成果均值19.4%塑限21.2%1996年施工控制含水率13.6%横断面二：36个测点（2 ）揭示了路基湿度与压实度的演变与平衡规律三. 项目研究成果开挖试验表

11、明路基湿度变化导致其压实度变化，从而导致路 基工作性能衰变，证明了路基湿度状态是影响路基工作性能 的关键因素。 C B R =3.3%C B R =23.9%1996年2013年下降86.2%含水率增大导致路基压实度降低、承载力减小1996年施工控制压实度93%均值86.2%（2 ）揭示了路基湿度与压实度的演变与平衡规律（3 ）建立了路基压实度与路基工作性能（刚度）的相关性通过现场开挖试验可以发现，回弹模量随压实度的增加而增 大，随稠度的增加而增大。路基病害区的工作状况主要表现为 路基压实度降低、含水率升高，进而导致路基回弹模量降低。三. 项目研究成果路基回弹模量与路基压实度、稠度有较好的相关

12、性临长高速公路开挖试验结果耒宜高速公路开挖试验结果2. 开发了高速公路路基工作性能评价技术（1 ）提出了路基工作性能评价指标 路基工作性能劣化主要因含水率和干密度变化所致 路基的含水率和干密度变化导致路基刚度衰减 提出了以路基回弹模量的衰变比例作为路基工作性能的评价指标 三. 项目研究成果根据9 省区225 组回弹 模量的现场实测数据， 基于二元回归，建立了 土基回弹模量与压实度、 稠度的统计关系：（2 ）揭示了路基回弹模量、压实度及稠度的相关性954. 1c509. 237.56KE （n=225，R=0.986）三. 项目研究成果回弹模量与压实度、稠度的 经验关系图（3 ）建立了路基工作性

13、 能的评价标准与方法研究发现：标准重型击实 下，路基回弹模量随稠度 变化具有明显的分段特征。 拐点处的回弹模量与最佳 含水率对应的回弹模量值 之比约为50% 。 压实度为95% 的回弹模量与最佳含水率对应的回弹模量之比约为80% 。含浦大道粘土试验结果潇湘大道粘土试验结果三. 项目研究成果参照分段点的稠度与模量的特征值，结合路基干湿状态的 界限稠度，建立了路基工作性能评价标准。优良合格不合格0.8JEE0.80.5JJEEE0.5JEEE 为路基实测回弹模量；EJ为竣工验收回弹模量（3 ）提出了路基工作性能的评价标准三. 项目研究成果干湿类型平均稠度干湿类型平均稠度干燥潮湿中湿过湿1.00mB

14、 1.000.75mB0.750.5mB 0.5mB 3. 提出了路基工作性能快速检测综合技术 针对层状介质特征，提出了两层 介质中电磁波传播时延的快速计 算方法，计算效率提高20倍（1 ）优化了探地雷达数据处 理方法 利用延时曲线上散射波的统计特 征，设计了一种加权因子，成像 聚焦图增强了近10倍探地雷达算法流程图三. 项目研究成果 通过小波分解滤除高频小幅干扰信号 利用权函数增强瑞雷波分量（有用信号） 方便了大范围数据段有效数据的提取（2 ）改进了瑞雷波反演算法共振干扰处理后共振干扰处理前三. 项目研究成果集成平台基本架构（3 ）开发了路基工作性能综合解译专用软件实现检测数据综合管理 参数

15、标定数据库 异常区域定位 路基状况评定以多传感器综合解译、联 合调用为基础，开发了路基 工作区快速综合检测集成分 析平台，其功能如下：三. 项目研究成果（4 ）改造了高密度电法、瑞雷波法的检测装备 将高密度电法的插入式电极改造为接触式导电泡棉电极 将瑞雷波法分置插入式检波器改造为接触式检波器串 用新型自动控制震源取代人工锤击震源新型检波器导电泡棉电极传统电极传统检波器传统人工锤击震源新型自动控制震源三. 项目研究成果提高了检测效率，为实现高密度电法 和瑞雷波法的快速检测创造了条件（5 ） 研发了集成瑞雷波及高密度电法的综合快速检 测装备三. 项目研究成果 探地雷达快速普查 高密度电法、瑞雷波法联合详细探测（6 ）提出了多种检测技术联合测试的路基工作性能快速检测方法三. 项目研究成果?m?ns?00.511.522.50510152025303540规范了无损检测数据的现场标定和室内标定程序。（7 ）提出了含水率及压实度检测数据的标定方法三. 项目研究成果 现场标定 采用G P R 、高密度电法和瑞