信息化施工技术在路基工程中的应用

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随着我国经济实力的不断增长，我国公路建设的步伐也不断加快，国家相关部门对公路建设的要求也做出了相应的提高，但是由于地质条件的复杂性，隐蔽性以及勘探条件的局限性，致使地质勘探和测试资料不可能全面的揭示土地的本来面貌，加之施工中的不确定因素过多，故使信息化施工技术在公路建设，尤其路基建设中起到了重要作用。采用信息化施工技术，除可提高工程效率外，还可及时将施工中发现的工程地质变化、施工工艺问题等信息反馈给设计方，并据此对原有设计方案和施工工艺作出修正。本文及通过简单列举实例为大家展示信息化技术在路基建设中应用的优点。

一、路基变形预测在高速公路信息化施工中的应用

（1）预测方法简介

 预测路基变形的分析方法大致可归纳为两种类型：一类是理论公式法；另一类是数值分析法。其中数值分析法是近代上力学研究的产物,特别是随着计算机和有限元分析技术的发展,人们可以将复杂的土工计算问题编制成有限元计算程序,通过计算机运算,从而得到较准确的计算结果。本文采用了专门针对岩土工程中变形与稳定计算的有限元分析软件 PLAXIS,将实际工程模型化,计算得出所需要的数据和图形。近年来,许多科学领域中长期难以解决的复杂问题随着新兴横断学科的出现迎刃而解,人们对自然界和客观事物演化规律的认识也由于横断学科的出现而逐步深化。我国岩土工程研究人员将灰色理论引进了岩土工程领域, 用它来顶测路基变形, 并取得了一定的成果。

（二）变形预测在信息化施工中的应用

在水利、交通及能源等领域的路基工程中,由于工程线路长,大都要通过软土地区。软土地基的主要工程特性是含水量大、密度低、压缩性高、强度小,一般都要经过处理。“原位观测法”是软土地基处理施工中一种有效的方法,利用它可对软基处理及上部填筑或建筑物进行信息化施工, 所以又称信息化施工法。进行信息化施工有以下几个优点：

可使工程师在施工中进一步完善设计,使软基处理设计技术更优化；2.监测软土地基的应力与变形在施工中的发展规律,为建筑物基础填土施工选择最优的填筑速度,使工程取得最佳安全及经济效益；3.运用较长时间内的观测资料,可对软土路基的工作状态作出评价,得出最终沉降量及剩余沉降量,从而准确地指导上部构筑物（或路面）的施工；4.对由于工程事故而引起的责任和赔偿问题,观测资料有助于分析其原因与责任。

但信息化施工中也存在一些不足之处,首先在进行仪器的型号选定及其原位布置环节上,以往都是根据工程经验和设计要求来确定监测方案的,缺乏准确性和直观性。本文针对此问题引入了PLAXIS 有限元程序,辅助计算路基的沉降、侧向变形等工程指标,并输出较为直观的应力、应变图形,从而将这一过程科学化、系统化。再者在进行路基监测过程中,技术人员根据实测数据只对本次观测前的施工过程进行了分析和研究,而对以后的路基变形趋势缺乏科学的预测、预报。

针对此问题本文引入了灰色模型,利用已有的实测数据对沉降的未来发展规律进行科学的预测,一方面对己测数据进行校核,另一方面利用预测结果来指导后期施工。基于以上两点,本文对路堤信息化施工法进行了必要的补充。补充后的路堤信息化施工法的流程图如下所示：掌握详尽的地质勘测与设计资料→ 利用有限元软件（本文采用PLAXIS ）计算分析出危险断面及部位→ 设置原位观测系统、并采集观测数据→ 结合实测数据,利用预测模型（本文采用灰色模型）,对路基变形进行动态预测→ 分析计算结果,用以指导下一阶段监测和施工。

二、信息化施工技术在高边坡路基工程中的应用

（一）抗滑桩的信息化施工技术

抗滑桩设计一般是根据工程地质条件确定不稳定边坡的下滑力,根据下滑力的大小确定抗滑桩的间距、长度和截面尺寸[3]。其施工程序一般为挖孔、下钢筋笼、灌注混凝土。其设计、施工工艺流程为:地质调查→ 确定下滑力→ 确定锚固桩长度、间距、截面→ 确定施工工艺→ 挖孔→ 下钢筋笼→ 灌注混凝土。该程序为单一流向程序,各种信息单向流动,施工中获得的地质条件变化情况并不能反馈到设计、施工中。因地质条件复杂,地面以下的地质情况千变万化,抗滑桩在设计中存在一些不确定的因素,如滑动面位置,锚固段地层的地质条件等都会与设计条件有出入。因此,及时将施工挖孔过程中地层的变化反馈到设计中,以准确确定滑动面位置,从而修改设计,确保抗滑桩的抗滑效果显得十分重要。

（二）工程应用

 铜黄高速公路因工程地质条件复杂,在抗滑桩施工过程中遇到的地质条件千变万化,为确保抗滑桩施工的安全和抗滑桩的加固效果,使工程措施达到既经济又合理的要求,在抗滑桩施工过程中对每根桩开挖的地质情况都进行了编录,根据桩开挖的地质条件对桩的施工工艺和布置及时进行调整。正常桩的开挖施工工艺是分段开挖,分段护壁,在已挖段护壁施工完后,再开挖下层土体,施工下层护壁,如此循环直至桩的设计标高。

但是,在个别特殊情况下,仅采用此方法,桩根本无法开挖,还需要其他措施的配合,如个别桩在施工过程中不断出现孔壁坍滑情况,使桩的开挖无法进行。该信息反馈至设计后,针对实际的地质情况,及时调整了桩的施工工艺,即在桩孔壁上先超前施工小钢管,对孔壁四周土体进行预加固后,再开挖施工护壁。改进施工工艺后,保证了桩的顺利开挖。个别工点由于地质条件较差,抗滑桩施工后,因锚固段地层

强度低,提供的侧壁应力不足,在滑坡推力作用下,桩前土体被压缩产生屈服变形,使桩产生较大的偏转位移,给边坡的稳定带来不利的影响。针对这种情况,设计上及时调整了桩的设计,在桩上增设预应力锚索,以增加桩的抗滑力,使桩前土体应力重分布,减小桩的侧壁应力。同时改变施工工艺,停止开挖桩前土体,已开挖部分回填反压,待桩上锚索张拉锁定后,再开挖桩前土体。此外,信息施工技术在铜黄高速公路抗滑桩设计和施工中的运用,还表现在根据抗滑桩开挖的地质条件变化情况及路堑边坡的稳定性,及时调整抗滑桩的布置,如增加或减少抗滑桩,调整抗滑桩间距和抗滑桩长度。

三、基于GIS 的铁路路基三维可视化技术

 GIS 环境下路基三维可视化的实现思路：由于铁路线路长，同一线路的不同路段其组成也不尽相同；线路中间有桥梁、隧道，为了表达方便、计算速度快，对路基进行分段处理，在直线段长些，曲线段短些。

根据平面设计结果，计算出中线主点的大地坐标，按照《铁路工程制图标准（TB/T10058-98）》对线路初步设计的要求，完成中线绘制、里程标注、曲线要素标注等工作。以线路里程为枢纽，把平、纵设计结果及横断面地面线联系起来，按路基标准横断面的设定，计算出线路左、右两侧路肩边缘点和路基边坡与地面线交点的三维空间坐标，为避免在构建三角网的过程中，原始地形点对路基设计点的干扰，按一定规则在路基边坡上内插一些点。

将每段路基边坡与地面线的交点集按一定顺序连接可得到若干封闭多边形，每个封闭多边形在 GIS 中转化为一个面图层，与原始地形点集的点图层进行空间叠加运算，挖除路基范围内原始地形点，加入路基的点数据，最后将点集生成 TIN。文中把路基设计面模型视为地形表面模型的一部分，利用 GIS 软件生成地形和路基三角网模型，实现了地表和路基模型拓扑关系的统一。

四、结语

信息化施工是现代施工技术与管理技术相结合的产物,除了上述原位观测系统、预测分析方法等方面的内容外,还包括要正确处理工程项日施工进度、质量、成本和安全的关系等方面的内客。两者在信息化施工过程中都起着至关重要的作用,前者为保证工程质量和调整施工进度提供了科学依据,后者为保证工程项目整体目标的实现提供了宏观控制。

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