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2012-12-30 09:28 来源:
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《运营期路基安全监测与评价技术》科研成果简介

   一、项目的基本情况

  运营期路基安全监测与评价技术为2008年度西部交通建设科技项目公开招标项目,2008年7月交通运输部科教司下发了中标通知书,并签署了合同书,合同编号:2008-318-80107,项目的承担单位为吉林省交通科学研究所,参加单位为同济大学交通运输工程学院和吉林大学交通学院。

  1. 运营期路基安全问题的阐述界定和分类

  为保障路基安全界定的全面性和科学性,课题组对西南地区、西北地区及东北地区的11条二级以上公路进行了路基安全病害调查,包括路基塌陷、边坡滑移、冻胀融沉、差异变形及强度过度衰减等多种表现形式,根据不同类型路基安全问题的特征和表现形式,指出运营期的路基安全是指路基结构在运营过程中所发生的变形不超过安全的临界状态,从而能够保证路基的整体稳定性和良好的路面使用性能,并将其划分为四种类型,依次为路堤失稳坍塌安全病害、软基路堤工后不均匀沉降安全病害、季冻区路基冻胀融沉安全病害;及路基水毁安全病害。

  鉴于安全监测工作的特点,已经发生安全病害(或病害征兆)及安全病害隐患较大的路基是运营期监测的主要对象,对于筛选和确定监测路段,提出了以路基安全病害隐患为评价目标的三层模糊综合评价方法,并依据多年的工程实践,合理的确定了隶属度和权重,实现了路基安全病害隐患的科学判定。

  2. 路基安全机理研究

  不同工况条件下路基结构发生的安全病害类型不同、成因机理各异,路基安全机理是确定监测方案和评价方法的基础,在已有研究成果基础上,归纳整理各种典型路基安全病害的成因及发展规律,为安全监测方案的制定及安全评价指标及标准的确定提供理论依据。

  3. 确定安全监测方案,并实现监测系统的集成

  在路基安全机理分析的基础上,针对不同工况条件下路基安全病害提出了运营期的监测方案(包括监测项目、测点布设位置、监测周期、监测手段等),在已有监测、检测及传输技术调研的基础上,结合运营期路基安全监测要求,提出监测和检测、运营期监测和施工期监测相结合的思想,并以长松公路农安段修筑了监测工程介绍了监测系统的集成过程。

   4. 路基安全监测数据预处理及分析方法研究

  路基监测数据不可避免的存在误差,依据路基等岩土体在环境和外荷载作用下的变形特点,提出了监测数据预处理的原则,和粗差的判别和处理方法,并以长松公路农安监测工程为例,采用莱茵达法和未确知有理数滤波法进行了应用和验证。

   针对典型路基工况和安全病害类型,在数理统计回归分析法、灰色理论方法等岩土安全监测数据分析方法的对比分析后,根据路基安全评价的要求及监测信息的类型,提出与相适应的分析模型与方法,并采用工程实例进行验证,效果良好。

  5. 路基安全评价指标与标准研究

  路基安全监测项目较多,但路基变形是最直接的体现,以满足路基结构稳定性要求和路面结构使用性能要求为依据,在两者破坏模式分析的基础上,比选各种变形指标,从路基安全监测和数据分析技术、行业规范要求以及工程经验及普遍认可的做法等多方面依据出发,制定了一套针对典型路基工况和不同安全问题类型的结构安全评价指标和标准体系,作为路基安全评价和预警的基础和关键。

  6. 路基安全预警及养护对策研究

  根据路基安全监测数据,及时反应路基现状和发展趋势并采取一定措施防止不利事件发生是路基安全监测的最终目标,依据路基安全评价标准将路基分成不同的安全状态,划分预警等级。

  在当前路基典型养护对策归纳分析的基础上,提出运营期路基安全养护的原则,并结合运营期路基处治典型案例,提出运营期路基安全养护对策。

  7. 基于项目成果,开发运营期路基安全养护管理系统并编写指南

  在项目研究成果基础上,设计了运营期路基结构安全养护管理系统框架,并采用计算机图形技术、计算机辅助设计和交互技术等,开发了养护管理系统软件,为便于研究成果应用于工程实践,编写了《运营期路基安全监测与评价技术指南》。

  截至2012年底项目组完成了全部的研究内容,并于2013年2月1日通过了由交通部西部交通建设科技项目管理中心组织的鉴定和验收,与会专家对项目成果和应用情况给予了很高的评价,成果总体达到国际先进水平,其中基于路基整体稳定和路面使用性能的路基安全监测技术与预警体系达到了国际领先水平。

  二、项目的目的及意义

  近年来,我国公路建设取得了巨大的成就,伴随着西部经济开发的深入开展,公路建设向地形地质地貌条件复杂、气候条件恶劣的西部地区不断延伸,工程建设大规模展开,公路网的通达和覆盖率不断提高,有效提升了西部地区公路通达水平,有力保障了当地社会经济建设的快速健康发展。

  然而,伴随着高速公路向西部地区的延伸,由于受地形地质及水文条件的限制和公路线形指标的制约,高填深挖、地质不良及低填浅挖路段十分普遍,加之不利气候条件和重载交通的影响,公路病害问题尤其是路基塌陷、边坡滑移、冻胀融沉、差异变形及强度过度衰减等路基工程病害问题日益凸显。

   路基是指按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物,是路面的基础,承受由路面传来的行车荷载。“安全”的路基应能够在不同的气候环境、水文地质条件影响和交通荷载作用下,保持长期稳定性,使路面具有良好的使用功能。因此,运营期路基安全是指公路正式通车后,大、中修或改扩建工程实施前的期间内,在不同气候环境、水文地质条件影响和交通荷载作用下,路基结构不出现塌陷、边坡滑移、冻胀融沉、差异变形及强度过度衰减等破坏。
   路基病害产生的原因复杂,与工程设计、施工以及运营期的养护管理整个过程密切相关。路基病害一方面会对公路造成破坏,严重威胁司乘员的生命安全;另一方面,路基病害会造成路面结构性能的损害,影响行车舒适性,增加养护维修成本。可见,解决公路路基病害问题是关系到我国高速公路事业健康发展的重大问题。

  三、经济社会效益

  以鹤大公路监测实体工程为例,由于该路段为2003年建成通车,按照公路运营及养护要求,通车5-10年为病害频发期,该路段已进入病害频发期。采用路基安全监测可代替人工和检测机械现场巡查,按照公路检测机械每两天巡查一次,人工每天巡查一次的频率,检测机械巡查一次按照200元计,人工巡查按照每天50元计,3年的监测周期中,共可以节省16.3万元。

  采用路基安全养护管理系统对该路段实施养护决策,以保证养护决策的科学性和合理性,优化养护方案,实时把握运营期公路路基的安全性态,掌握路基是否会存在安全隐患及产生的规模有多大,什么时候可能会发生,以及针对可能发生安全问题采取何种应对或加固措施等,变被动养护为主动维护,成为急待解决的问题。尤其是过去几十年高等级公路建设的快速发展、总量提高,使得建成运营的公路基础设施的各种病害养护问题变得十分突出,因此需要大力发展监测和养护技术,降低养护成本,提高设施使用寿命。同时路基使用状态的提高及养护决策科学性可带动交通运输的快速发展,保障行车安全,因此又具有显著的社会效益。

  四、未来的发展前景

  根据我国公路交通发展规划纲要“到2020年我国公路路网规划高速公路总里程超过10万公里”的总体目标。目前我国既有高速公路和将要建设的高速公路中,超过60%的路段处于高填路堤、软土地基路基和具有冻胀或水毁隐患的路段,随着极端气候条件的影响(如暴雨、极端低温等),多数路段路基存在安全隐患。因此,采用路基安全监测与评价技术,对于提高我国公路特别是安全隐患路段路基安全性能,降低由于路基失稳等安全病害造成的道路行车事故率,节约养护维修资金具有重要意义。(文:秦卫军)