一、项目名称:深厚软土地基泡沫轻质土路基应用关键技术研究
二、提名者:合肥市科技局;提名意见:同意提名。
三、项目简介:
广佛江快速通道江门段一标段位于广东省江门市西侧,路线全长20.446km,其中软土地基路段总长3.403km,最大软土深度为19.0m,分布于K10+600~K11+000之间,其余段软土深度在5.0~16.0m之间,总体软土深度较大。此外,路基填土高度受线位地形和桥隧构造物的控制,最大高度达到11.8m。鉴于该工程软土性质差、厚度大、路基填土高等特点,软土地基采用了塑料排水板、水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩等措施进行处理。但根据工程进展需要和工期要求,软土地基处理路段预压期被缩短或取消,部分路段路基填筑速率过快,导致路基出现沉降过大,高填路段路基稳定性不足,高挡土墙地基承载力不足等工程问题。为确保本工程软土地基处理工程的成功实施,有效控制工后沉降量,同时提高道路运营期行车的舒适性,保证路基路面结构的耐久性,确定采用减轻路基荷载的换填泡沫轻质土方案。然而,由于我国对泡沫轻质土的研究起步较晚,目前国内对泡沫轻质土技术还没有形成一个统一的标准,尤其是关于泡沫轻质土在深厚软土地基高填路基处理方面的应用经验和研究工作很少,没有成功应用的案例。鉴于此,中铁上海工程局集团第三工程有限公司联合多家科研单位,依托广佛江快速通道江门段一标段深厚软土地基工程,对深厚软土地基泡沫轻质土路基应用中所涉及的各个关键技术开展科技攻关,取得了一系列技术含量高、实用性强的研究成果。主要创新点如下:
(1)深厚软基厚垫层泡沫轻质土路基施工工艺:自主研发并应用了一种用于深厚软基路段的厚垫层泡沫轻质土新型路基结构,通过采用厚垫层和分块施工方法,明确了泡沫轻质土路基合理的施工参数,提出了一种适用于深厚软土地基的厚垫层泡沫轻质土路基施工工艺和质量控制标准。
(2)泡沫轻质土路基抗疲劳性能评价方法:首次采用UTM-100试验系统研究泡沫轻质土的抗疲劳性能,预测了泡沫轻质土路基在行车荷载作用下的疲劳寿命,实现了对泡沫轻质土力学性能稳定性的有效评价。
(3)软土地基泡沫轻质土路基路面一体化设计:揭示了泡沫轻质土路基对软土地基横向不均匀沉降的行为反应,提出了各因素综合影响下不均匀沉降路面附加应力计算公式,总结形成了一种考虑不均匀沉降的路基路面一体化设计方法和一套深厚软土地基泡沫轻质土路基超载预压控制标准,明确了合理的超载厚度和卸载时机。
(4)软土地基扶壁式挡土墙填筑泡沫轻质土结构优化:采用自主研发的模型试验箱,揭示了扶壁式挡土墙填筑泡沫轻质土的受力及变形特征,优化了挡土墙结构设计,明确了泡沫轻质土填筑施工参数。
项目成果获得实用新型专利2项,发表学术论文14篇(其中EI检索5篇),企业级工法1部,培养硕士研究生4名,并成功应用在广佛江快速通道江门段一标段深厚软土地基处理中。相比原先拟定的路改桥方案和传统软土地基处理方法,工程成本节省了1100万,有效节约工期50%以上,对既有道路破坏及影响较小,保护了施工环境,降低了施工能耗,施工作业条件得到了极大的改善,具有显著的经济及社会效益,项目成果推广应用前景广阔。
四、客观评价:
(一)科技查新
经陕西国际联机信息检索中心(国防一级科技查新咨询单位)查新表明:本项目四个查新点所述的深厚软基厚垫层泡沫轻质土路基施工工艺、泡沫轻质土路基抗疲劳性能评价方法、软土地基泡沫轻质土路基路面一体化设计、软土地基扶壁式挡土墙填筑泡沫轻质土结构优化,除项目组成员的成果外,国内外尚未见相关文献报道。
(二)成果鉴定
项目由中铁上海工程局集团第三工程有限公司联合中铁珠三角投资发展有限公司、中交第一公路勘察设计研究院有限公司、长安大学等单位共同完成,由中铁上海工程局集团有限公司科学技术委员会组织专家进行成果科技鉴定,与会专家认为:自主研究并应用的深厚软基厚垫层泡沫轻质土路基结构,与现场实际有机结合,分层分块实施,节约工期,保证了路基质量;形成了深厚软土地基泡沫轻质土的施工工艺及质量控制标准,解决了深厚软土地基高路堤沉降大、工期紧等难题;预测了泡沫轻质土路基在行车荷载作用下的疲劳寿命,实现了对泡沫轻质土力学性能稳定性的有效评价;采用自主研发的模型试验箱,揭示了扶壁式挡土墙填筑泡沫轻质土的受力及变形特征,优化了挡土墙结构设计,明确了泡沫轻质土填筑施工参数;该技术成功应用于广佛江快速通道江门段工程,社会、经济、环境效益明显,关键技术处于国内领先水平,具有广泛的推广应用前景。
(三)项目成果
项目成果获得实用新型专利2项,发表学术论文14篇(其中EI检索5篇),企业级工法1部,培养硕士研究生4名,并成功应用在广佛江快速通道江门段一标段深厚软土地基处理中。相比原先拟定的路改桥方案和传统软土地基处理方法,工程成本节省了1100万,有效节约工期50%以上,对既有道路破坏及影响较小,保护了施工环境,降低了施工能耗,施工作业条件得到了极大的改善,具有显著的经济及社会效益。
五、应用情况:
本科研项目在广佛江快速通道江门段一标段软土路基处理工程的成功实施,解决了深厚软土地基高路堤沉降大、工期紧等难题。提高了地基处理水平,提高了道路运营期行车的舒适性,有效控制工后沉降量,保证路基路面结构的耐久性,全面提升软土地基高速公路建设的质量。为同类工程项目提供了技术参考数据,具有很强的针对性和适用性,并为我国今后在该领域上的发展提供了技术支持,为类似工程项目建设提供了科学依据和有效保障,具有非常好的应用推广前景。