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  促进膨胀土地区公路修筑成套技术成果在广西的推广应用  
  日期:2012-02-13    来源:  
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  膨胀土地质灾害一直是西部公路建设中突出的工程问题之一。广西南宁盆地、百色盆地和宁明盆地是我国著名的膨胀岩土分布区,广西公路建设面临严峻的膨胀土工程问题。为将膨胀土地区公路修筑成套技术在广西进行推广示范,并在此过程中进一步完善相关理论、技术和方法,使之标准化和规范化,交通运输部于2008年设立“广西膨胀土地区公路修筑技术研究与应用示范”项目。西部交通建设科技项目管理中心就该项目立项的意义、应用示范和技术完善等方面的问题采访了项目负责人、长沙理工大学郑健龙校长。
  1.西部交通建设科技项目已经有膨胀土地区公路修筑成套技术,为什么还要设立此项目?借鉴了膨胀土地区公路修筑成套技术的哪些成果?
  膨胀土地质灾害一直西部公路建设中突出的工程问题之一。2002年6月原交通部启动了西部交通建设科技项目“膨胀土地区公路修筑成套技术研究”。项目由长沙理工大学主持,联合15家高校、科研、设计和施工单位攻关,在公路膨胀土边坡的滑坍治理、膨胀土弃方的合理利用、膨胀土的判别分类、构造物地基基础设计及环境保护等关键技术方面有重大突破和实质性创新,取得了集理论、方法以及勘察、设计、施工技术于一体的膨胀土地区公路建设成套技术,使我国公路膨胀土处治技术跃居国际领先水平。
尽管交通部西部科技项目已取得系列创新性研究成果,但因膨胀土地质灾害及工程问题的复杂性和严重性,各地膨胀土工程性质存在较大差异,加之成套技术项目的研究阶段主要完成的是从膨胀土工程处治实践(大量实体工程修建)上升到总结提出理论、设计方法的第一阶段,建立的理论体系正确与完整性还需通过理论指导下的工程再实践过程来加以检验,只有理论体系完善且经得起再实践检验的技术才是真正的新技术,才有可能在工程中推广应用。因此说开展推广项目研究是实施理论指导实践的第二阶段,是非常必要的检验和完善膨胀土处治新技术的过程。通过对已有研究成果的认真分析总结,已找到还存在的不足及待完善提高之处,具体就膨胀土路基处治新技术而言,在项目推广时需着重解决的问题可归纳如下:
  1)以非饱和土理论为基础,通过系统的室内试验和理论研究进一步完善平衡含水率理论,建立膨胀土路基与大气相互作用的数值模拟方法,为膨胀土直接填筑路堤的物理处治技术提供理论依据;
  2)通过系统的土性试验、路用性能试验及示范工程修筑进一步验证膨胀土填料分类分级三指标体系的合理性;
  3)通过膨胀土路堑边坡滑坍破坏过程的统计分析,进一步完善膨胀土路堑边坡滑坍破坏的地质理论,建立膨胀土堑坡滑坍的地质模型,为膨胀土边坡的稳定与加固提供理论依据;
  4)从不同方面应用不同的手段验证并完善膨胀土干湿循环显著影响区深度快速勘测方法;
  5)针对北方干旱地区沉积型膨胀土(岩)的特征和膨胀土松散堆积体路堑边坡稳定的需要,进一步完善柔性支护技术。
  为此,在膨胀土地区公路修筑成套技术的基础上,“广西膨胀土地区公路修筑技术研究与应用示范”项目,主要借鉴并进一步完善膨胀土地区公路勘察技术、膨胀土直接填筑路堤的物理处治技术和膨胀土路堑边坡柔性支护技术。
  2.该项目有哪些应用示范的举措?起到了什么效果?对于推动广西膨胀土地区公路建设有什么作用?
  项目历时3年,将公路膨胀土勘察设计技术、膨胀土路堤物理处治技术和膨胀土路堑边坡柔性支护技术,在广西、北京、河南、湖南5条高速公路建设中进行了应用示范,在应用示范过程中采取了以下措施:
  1) 通过现场调查、室内外试验、理论研究、数值模拟、现场监测等多种手段,对相关理论和技术进行了进一步研究和完善,以更好的指导应用示范工程的设计和施工。
  2) 技术的应用示范过程中,项目负责人郑健龙教授带领主要研究人员多次前往工程现场,进行踏勘、调研并对示范工程建设相关单位的人员进行宣讲和交流;修筑过程中,为了确保按既定方案进行施工,保证质量,并对施工技术人员进行培训,项目组主要研究人员常驻工地,全程指导现场施工,并就地对施工技术人员讲解施工工艺和注意事项。同时,注重设计部门、建设单位对新技术的意见和建议,不断改进新技术的设计方法和施工工艺。
  3) 加大新技术宣讲和应用示范工程的宣传力度。自2008年6月以来,课题组主持召开了2010国际膨胀土学术研讨会,分别在北京、成都、南宁、重庆、沈阳等地的重要学术会议上就本项目所研究和应用示范的成果和技术进行了技术交流(共11场);分别在广西、河南、北京和海南开展了公路膨胀土工程技术培训,如中国公路学会成立30周年庆典暨2008年学术年会、2010年四川省公路学会道路专业委员会、中国公路学会养护与管理分会暨2010年学术年会等;对推广应用示范工程(百色、南宁、北京、平顶山)的建设、管理和设计单位的技术人员,分别开展了4次业务培训及进行技术交底。
  4) 成立项目组织机构,加强研究工作的管理。校、院领导对本项目十分重视,经常了解并掌握本项目研究和应用示范的进展情况,并由西部项目管理办公室领导专门对本项目进行协调,充分调动全校的相关技术力量,在设备购置与使用、人员安排、资金保障和各方协调方面保证项目按量、按质完成。
  通过以上措施,取得了以下效果:
  1) 通过研究进一步完善了膨胀土干湿循环显著影响区、路基与大气相互作用和路基平衡含水率等相关基础理论,以及膨胀土填料评价、膨胀土路堤物理处治和膨胀土路堑边坡柔性支护等相关技术,获国家发明专利2项,发表论文32篇(SCI,EI收录15篇),为示范工程的设计和施工发挥了重要的指导作用;
  2) 新技术在不同地区不同地质条件下得到了应用示范,示范工程相关设计和建设单位对技术提出了许多宝贵的意见和建议,项目组从中受到启发,并及时对设计和施工工艺进行了完善,使得技术更加便捷实用,更容易被公路工程人员所接受。通过研究和应用示范,将新技术纳入最新修订的《公路土工合成材料应用技术规范》,编写了《广西膨胀土路基设计与施工技术指南》,出版专著《公路膨胀土工程》,为广西和其它膨胀土分布区的公路建设提供了指导性的技术文件。
  3) 通过国际交流,让国内外膨胀土工程领域相关研究者和工程技术人员了解了本项目的研究成果,扩大了交通部西部交通推广项目的影响。通过积极的技术宣讲,让我国更多省市区公路管理、设计、建设、养护单位的人员了解、熟悉甚至初步掌握了新技术,让“节约资源、保护环境”的理念更好地贯彻到膨胀土地区公路建设当中,为我国西部交通建设培养了一大批专业技术人才。
  4) 通过项目组研究人员刻苦钻研、积极宣传,示范工程相关单位的积极配合,新技术得以在广西、北京、河南和湖南多条高速公路建设中得以应用示范。至今,项目共完成膨胀土路堤物理处治技术示范路段25段,累计4854m;膨胀土边坡柔性支护技术示范路段46段,累计10759m,保证了工程质量、降低了工程造价、节约了建设用地、保护了路域生态环境,取得了显著的工程、社会、环境和经济效益,受到的广大公路建设部门的欢迎和好评。
  3.主要开展了哪些研究?
  “广西膨胀土地区公路修筑技术研究与应用示范”项目目的是为了将膨胀土地区公路修筑成套技术在广西进行推广示范,并在此过程中进一步完善相关理论、技术和方法,使之标准化和规范化。
  该项目结合广西地区特点,主要对膨胀土地区公路勘察技术、膨胀土路堤物理处治技术和膨胀土边坡柔性支护技术开展了深入研究,并通过实际应用得以完善。
  在膨胀土地区公路勘察技术方面,提出了利用土水特征曲线和现场体积含水率监测结果预测干湿循环显著影响区深度的方法,建立采用标准贯入击数随深度变化的变异系数快速测定边坡干湿循环显著影响区的新方法,综合采用三种先进吸力控制方法进行大吸力范围内膨胀土应力相关土水特征的测试方法。
  在膨胀土路堤物理处治技术方面,建立了水热耦合分析的路基与大气相互作用计算方法,提出了膨胀土路基平衡含水率理论及其预测技术。
  在膨胀土边坡柔性支护技术方面,建立了残积型膨胀土路堑边坡双层滑动的半定量破坏模型,为膨胀土路堑边坡柔性支护结构的研究提供了必要的地质理论基础;改进了柔性支护技术的防排水系统,提出了适用于富地下水条件下松散堆积体开挖边坡的片石垛+碎石垫层+大渗沟的内部排水系统,并应用于松散堆积体开挖边坡坡内滞水的疏排,起到了降低滞水层水位、隔断暗流的作用。
  4.研究与应用示范之间有什么关系?
  研究是为了进一步完善膨胀土地区公路勘察技术、膨胀土直接填筑路堤的物理处治技术和膨胀土路堑边坡柔性支护技术相关的理论和方法,为新技术在应用示范中的设计和施工提供理论基础和指导。
  应用示范过程中又可以进一步对研究中所提出的新理论和方法进行检验,又可进一步完善和改进相应的理论和方法。
  5.该项目成果是否能够满足广西膨胀土地区公路建设的需要?是否可以在全国推广?在全国推广的难点是什么?如何解决这些难点?
  广西南宁盆地、百色盆地和宁明盆地是我国著名的膨胀岩土分布区,广西膨胀土地质灾害的严重性和复杂性很早就受到相关部门和国内研究学者的高度关注。根据广西高速公路网规划,至2020年全区高速公路通车里程将达到5590公里,截至目前,待建公路3377公里,广西公路建设将面临严峻的膨胀土工程问题。
  本项目研究和应用示范的膨胀土地区公路勘察技术进一步揭示了干湿循环作用下膨胀土路基的胀缩活动规律和破坏特征,完善了膨胀土干湿循环显著影响区深度快速测定方法,为快速测定膨胀土路基处治范围提供了理论与技术;膨胀土路堤物理处治技术可使膨胀土的利用率提高50%,工期缩短60%,造价降低70%,减少了借弃土占地和土方运输燃油消耗。膨胀土路堑边坡柔性支护技术,彻底解决了膨胀土路基"逢堑必滑"的世界性技术难题,可边坡处治的工期缩短75%,降低造价60%。总之,本项目应用示范的技术实用性强,安全可靠,具有显著的工程、社会和经济效益,可解决完全满足广西膨胀土地区公路建设的需要。
  本项目的技术已先后在广西、北京、河南等10省区27条高速公路和南水北调工程中广泛应用。技术的推广过程中需要根据当地的气候和工程地质条件对相应的技术的设计和施工方法进行改进,做到因地制宜。新技术要被设计部门的普遍接受还需要一个很长时间的过程,当前膨胀土地区公路设计阶段,大多仍采用弃土换填和边坡刚性加固传统措施对膨胀土路基进行设计,新技术的推广应用大多要对公路原设计进行设计变更后才能实施。今后,需要加强对公路管理、设计和施工部门新技术的宣传工作,尽可能将新技术在公路设计阶段就能得以推广应用。

 

 

                   (长沙理工大学供稿)

  
 
 
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