高速公路泥化透水性泥岩路基修筑关键技术

2016年度安徽省科学技术奖

推荐项目公示内容（科技进步奖）项目名称 高速公路泥化透水性泥岩路基修筑关键技术1、项目背景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透水性泥岩路基修筑关键技术的研究。2、主要研究内容及核心专利主要研究内容：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。项目简介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：项目简介①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、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、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

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。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，节省路基填料84.47万方，节省工期90天，产生了巨大的经济和社会效益，合计节约工程投资费用3693.18万元，在土地、环保、农业等方面产生间接经济效益2.12亿元。北沿江高速公路马鞍山至巢湖段通车两年以来，

主要完成人情况表姓名技术职称工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献曾获科技奖励情况陈发根高工安徽省交通控股集团有限公司安徽省交通控股集团有限公司负责项目的总体协调以及技术路线的制定，对第1、2、3创新点做出重大贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利」4、5，以及附件6中学术论文1、3。1、“公路泥岩路基修筑关键技术研究”，2015年安徽省交通科技进步奖二等奖，编号：2015-2-9-R1；2、主持并参与研究的“通透式拱梁傍山隧道修建技术研究”获得省政府科学技术二等奖；3、参与修建的“六武高速中大别山隧道群”，获得第十一届中国土木工程詹天佑奖；4、参与主持的“铜（陵）黄（山）高速公路汤口至屯溪段高边坡稳定性及支护设计优化系统研究”，获得中国公路学会科学技术一等奖。刘凯副教授合肥工业大学合肥工业大学全面负责本课题的研究工作，对第1、2、3、4创新点均做出重大贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利2、3、4、5、6，以及附件6中学术论文1、3。1、“公路泥岩路基修筑关键技术研究”，2015年安徽省交通科技进步奖二等奖，编号：2015-2-9-R2；2、“发热电缆快导融冰雪桥面铺复合功能层施工技术研究”，中国公路建设行业协会2014年公路工程科技创新成果二等奖，编号：2014-2-10；3、第八届全国大学生交通科技大赛指导作品获，三等奖”：环保型融冰雪路面系统实现及其负荷能力设计；李润清高工安徽省交通控股集团有限公司安徽省交通控股集团有限公司技术负责人，对第2、4创新点做出重大贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利」4、5,以及附件6中学术论文4。“公路泥岩路基修筑关键技术研究”，2015年安徽省交通科技进步奖二等奖，编号：2015-2-9-R3。姚春江高工安徽省交通控股集团有限公司安徽省交通控股集团有限公司负责模拟分析，试验研究，对第2、3创新点做出贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利」5，以及附件6中学术论文8。“公路泥岩路基修筑关键技术研究”，2015年安徽省交通科技进步奖二等奖，编号：2015-2-9-R9陈自福高工安徽省高速公路控股集团有限公司安徽省高速公路控股集团有限公司参与施工技术研究，通过系统分析影响边坡稳定性的多个因素和模拟计

算边坡坡度、降雨强度、锚杆对边坡应力、位移的影响规律，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，对第2、3创新点做出重大贡献。杨新苏高工安徽省高速公路控股集团有限公司安徽省高速公路控股集团有限公司负责模拟分析，试验研究，对第2、3创新点做出贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利」5，以及附件6中学术论文8。孙志彬讲师合肥工业大学合肥工业大学建立模型，数值仿真，具体负责边坡稳定性模拟分析的研究，对第2、4创新点做出重大贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利」2、3、6，以及附件6中学术论文6、9。1、“公路泥岩路基修筑关键技术研究”，2015年安徽省交通科技进步奖二等奖，编号：2015-2-9-R52、“高速铁路浅埋小净距大跨度隧道群关键技术研究”，中国铁路工程总公司科学技术一等奖。马天高工安徽省高速公路控股集团有限公司安徽省高速公路控股集团有限公司试验研究，整理资料。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。对第1、2创新点做出贡献。董满生副教授合肥工业大学合肥工业大学技术顾问，力学试验负责人，对第1、4创新点做出重大贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利」1，以及附件6中学术论文7。1、“公路泥岩路基修筑关键技术研究”，2015年安徽省交通科技进步奖二等奖，编号：2015-2-9-R82、“磷石膏在公路路基路面中的应用技术研究”，2004重庆市科学技术奖（科技进步奖）三等奖。徐良工程师安徽省高速公路控股集团有限公司安徽省高速公路控股集团有限公司主要负责施工技术研究和项目的总体协调，对第1、2创新点做出重大贡献。具体见附件1核心知识产权证明中专利5。

主要知识产权目录（不超过10件）知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明一种治理桥头跳车的过渡路基中国ZL201010560364.72012.06.13969708合肥工业大学董满生；赵佳佳；侯超群；郑小燕；胡晴；余志平授权实用新型一种利用冲击碾压形成的多填料层路基结构中国ZL201520389473.52015.09.234638911合肥工业大学刘凯；卢林；王芳；陈发根；孙志彬；李润清；张明伟授权发明一种用于确定冲击碾压最佳松铺厚度的方法中国ZL201510309355.32016.03.30合肥工业大学刘凯；卢林；王芳；陈发根；孙志彬；李润清；张明伟授权实用新型一种泥岩填方路基结构中国ZL201520929579.X安徽省交通控股集团有限公司李润清；刘凯；陈发根；于春江；康家鼎；姚春江授权发明一种泥岩填方路基结构及其施工方法中国安徽省交通控股集团有限公司李润清；刘凯；陈发根；于春江；康家鼎；周基群；姚春江；张卫华；徐良；赵可肖实质审查发明一种确定弱固结软岩路基雨后翻挖深度的方法中国合肥工业大学刘凯；张明伟；孙志彬；王