隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)公路建設(shè)的步伐也不斷加快，國(guó)家相關(guān)部門對(duì)公路建設(shè)的要求也做出了相應(yīng)的提高，但是由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，隱蔽性以及勘探條件的局限性，致使地質(zhì)勘探和測(cè)試資料不可能全面的揭示土地的本來(lái)面貌，加之施工中的不確定因素過(guò)多，故使信息化施工技術(shù)在公路建設(shè)，尤其路基建設(shè)中起到了重要作用。采用信息化施工技術(shù)，除可提高工程效率外，還可及時(shí)將施工中發(fā)現(xiàn)的工程地質(zhì)變化、施工工藝問題等信息反饋給設(shè)計(jì)方，并據(jù)此對(duì)原有設(shè)計(jì)方案和施工工藝作出修正。本文及通過(guò)簡(jiǎn)單列舉實(shí)例為大家展示信息化技術(shù)在路基建設(shè)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
一、路基變形預(yù)測(cè)在高速公路信息化施工中的應(yīng)用
?。?）預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)介
預(yù)測(cè)路基變形的分析方法大致可歸納為兩種類型：一類是理論公式法；另一類是數(shù)值分析法。其中數(shù)值分析法是近代上力學(xué)研究的產(chǎn)物,特別是隨著計(jì)算機(jī)和有限元分析技術(shù)的發(fā)展,人們可以將復(fù)雜的土工計(jì)算問題編制成有限元
計(jì)算程序,通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算,從而得到較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。本文采用了專門針對(duì)巖土工程中變形與穩(wěn)定計(jì)算的有限元分析軟件 PLAXIS,將實(shí)際工程模型化,計(jì)算得出所需要的數(shù)據(jù)和圖形。近年來(lái),許多科學(xué)領(lǐng)域中長(zhǎng)期難以解決的復(fù)雜問題隨著新興橫斷學(xué)科的出現(xiàn)迎刃而解,人們對(duì)自然界和客觀事物演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)也由于橫斷學(xué)科的出現(xiàn)而逐步深化。我國(guó)巖土工程研究人員將灰色理論引進(jìn)了巖土工程領(lǐng)域, 用它來(lái)頂測(cè)路基變形, 并取得了一定的成果。
?。ǘ┳冃晤A(yù)測(cè)在信息化施工中的應(yīng)用
在水利、交通及能源等領(lǐng)域的路基工程中,由于工程線路長(zhǎng),大都要通過(guò)軟土地區(qū)。軟土地基的主要工程特性是含水量大、密度低、壓縮性高、強(qiáng)度小,一般都要經(jīng)過(guò)處理。“原位觀測(cè)法”是軟土地基處理施工中一種有效的方法,利用它可對(duì)軟基處理及上部填筑或建筑物進(jìn)行信息化施工, 所以又稱信息化施工法。進(jìn)行信息化施工有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1.可使工程師在施工中進(jìn)一步完善設(shè)計(jì),使軟基處理設(shè)計(jì)技術(shù)更優(yōu)化；2.監(jiān)測(cè)軟土地基的應(yīng)力與變形在施工中的發(fā)展規(guī)律,為建筑物基礎(chǔ)填土施工選擇最優(yōu)的填筑速度,使工程取得最佳安全及經(jīng)濟(jì)效益；3.運(yùn)用較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的觀測(cè)資料,可對(duì)軟土路基的工作狀態(tài)作出評(píng)價(jià),得出最終沉降量及剩余沉降量,從而準(zhǔn)確地指導(dǎo)上部構(gòu)筑物（或路面）的施工；4.對(duì)由于工程事故而引起的責(zé)任和賠償問題,觀測(cè)資料有助于分析其原因與責(zé)任。
但信息化施工中也存在一些不足之處,首先在進(jìn)行儀器的型號(hào)選定及其原位布置環(huán)節(jié)上,以往都是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求來(lái)確定監(jiān)測(cè)方案的,缺乏準(zhǔn)確性和直觀性。本文針對(duì)此問題引入了PLAXIS 有限元程序,輔助計(jì)算路基的沉降、側(cè)向變形等工程指標(biāo),并輸出較為直觀的應(yīng)力、應(yīng)變圖形,從而將這一過(guò)程科學(xué)化、系統(tǒng)化。再者在進(jìn)行路基監(jiān)測(cè)過(guò)程中,技術(shù)人員根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)只對(duì)本次觀測(cè)前的施工過(guò)程進(jìn)行了分析和研究,而對(duì)以后的路基變形趨勢(shì)缺乏科學(xué)的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。針對(duì)此問題本文引入了灰色模型,利用已有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)沉降的未來(lái)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè),一方面對(duì)己測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核,另一方面利用預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)后期施工?；谝陨蟽牲c(diǎn),本文對(duì)路堤信息化施工法進(jìn)行了必要的補(bǔ)充。補(bǔ)充后的路堤信息化施工法的流程圖如下所示：掌握詳盡的地質(zhì)勘測(cè)與設(shè)計(jì)資料→利用有限元軟件（本文采用PLAXIS ）計(jì)算分析出危險(xiǎn)斷面及部位→設(shè)置原位觀測(cè)系統(tǒng)、并采集觀測(cè)數(shù)據(jù)→結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),利用預(yù)測(cè)模型（本文采用灰色模型）,對(duì)路基變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)→分析計(jì)算結(jié)果,用以指導(dǎo)下一階段監(jiān)測(cè)和施工。
二、信息化施工技術(shù)在高邊坡路基工程中的應(yīng)用
（一）抗滑樁的信息化施工技術(shù)
抗滑樁設(shè)計(jì)一般是根據(jù)工程地質(zhì)條件確定不穩(wěn)定邊坡的下滑力,根據(jù)下滑力的大小確定抗滑樁的間距、長(zhǎng)度和截面尺寸[3]。其施工程序一般為挖孔、下鋼筋籠、灌注
混凝土。其設(shè)計(jì)、施工工藝流程為:地質(zhì)調(diào)查→確定下滑力→確定錨固樁長(zhǎng)度、間距、截面→確定施工工藝→挖孔→下鋼筋籠→灌注混凝土。該程序?yàn)閱我涣飨虺绦?各種信息單向流動(dòng),施工中獲得的地質(zhì)條件變化情況并不能反饋到設(shè)計(jì)、施工中。因地質(zhì)條件復(fù)雜,地面以下的地質(zhì)情況千變?nèi)f化,抗滑樁在設(shè)計(jì)中存在一些不確定的因素,如滑動(dòng)面位置,錨固段地層的地質(zhì)條件等都會(huì)與設(shè)計(jì)條件有出入。因此,及時(shí)將施工挖孔過(guò)程中地層的變化反饋到設(shè)計(jì)中,以準(zhǔn)確確定滑動(dòng)面位置,從而修改設(shè)計(jì),確?？够瑯兜目够Ч@得十分重要。
?。ǘ┕こ虘?yīng)用
銅黃高速公路因工程地質(zhì)條件復(fù)雜,在抗滑樁施工過(guò)程中遇到的地質(zhì)條件千變?nèi)f化,為確?？够瑯妒┕さ陌踩涂够瑯兜募庸绦Ч?使工程措施達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又合理的要求,在抗滑樁施工過(guò)程中對(duì)每根樁開挖的地質(zhì)情況都進(jìn)行了編錄,根據(jù)樁開挖的地質(zhì)條件對(duì)樁的施工工藝和布置及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。正常樁的開挖施工工藝是分段開挖,分段護(hù)壁,在已挖段護(hù)壁施工完后,再開挖下層土體,施工下層護(hù)壁,如此循環(huán)直至樁的設(shè)計(jì)標(biāo)高。但是,在個(gè)別特殊情況下,僅采用此方法,樁根本無(wú)法開挖,還需要其他措施的配合,如個(gè)別樁在施工過(guò)程中不斷出現(xiàn)孔壁坍滑情況,使樁的開挖無(wú)法進(jìn)行。該信息反饋至設(shè)計(jì)后,針對(duì)實(shí)際的地質(zhì)情況,及時(shí)調(diào)整了樁的施工工藝,即在樁孔壁上先超前施工小鋼管,對(duì)孔壁四周土體進(jìn)行預(yù)加固后,再開挖施工護(hù)壁。改進(jìn)施工工藝后,保證了樁的順利開挖。個(gè)別工點(diǎn)由于地質(zhì)條件較差,抗滑樁施工后,因錨固段地層
強(qiáng)度低,提供的側(cè)壁應(yīng)力不足,在滑坡推力作用下,樁前土體被壓縮產(chǎn)生屈服變形,使樁產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)位移,給邊坡的穩(wěn)定帶來(lái)不利的影響。針對(duì)這種情況,設(shè)計(jì)上及時(shí)調(diào)整了樁的設(shè)計(jì),在樁上增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索,以增加樁的抗滑力,使樁前土體應(yīng)力重分布,減小樁的側(cè)壁應(yīng)力。同時(shí)改變施工工藝,停止開挖樁前土體,已開挖部分回填反壓,待樁上錨索張拉鎖定后,再開挖樁前土體。此外,信息施工技術(shù)在銅黃高速公路抗滑樁設(shè)計(jì)和施工中的運(yùn)用,還表現(xiàn)在根據(jù)抗滑樁開挖的地質(zhì)條件變化情況及路塹邊坡的穩(wěn)定性,及時(shí)調(diào)整抗滑樁的布置,如增加或減少抗滑樁,調(diào)整抗滑樁間距和抗滑樁長(zhǎng)度。
三、基于GIS 的鐵路路基三維可視化技術(shù)
GIS 環(huán)境下路基三維可視化的實(shí)現(xiàn)思路：由于鐵路線路長(zhǎng)，同一線路的不同路段其組成也不盡相同；線路中間有橋梁、
隧道，為了表達(dá)方便、計(jì)算速度快，對(duì)路基進(jìn)行分段處理，在直線段長(zhǎng)些，曲線段短些。
根據(jù)平面設(shè)計(jì)結(jié)果，計(jì)算出中線主點(diǎn)的大地坐標(biāo)，按照《鐵路工程制圖標(biāo)準(zhǔn)（TB/T10058-98）》對(duì)線路初步設(shè)計(jì)的要求，完成中線繪制、里程標(biāo)注、曲線要素標(biāo)注等工作。以線路里程為樞紐，把平、縱設(shè)計(jì)結(jié)果及橫斷面地面線聯(lián)系起來(lái)，按路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面的設(shè)定，計(jì)算出線路左、右兩側(cè)路肩邊緣點(diǎn)和路基邊坡與地面線交點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，為避免在構(gòu)建三角網(wǎng)的過(guò)程中，原始地形點(diǎn)對(duì)路基設(shè)計(jì)點(diǎn)的干擾，按一定規(guī)則在路基邊坡上內(nèi)插一些點(diǎn)。將每段路基邊坡與地面線的交點(diǎn)集按一定順序連接可得到若干封閉多邊形，每個(gè)封閉多邊形在 GIS 中轉(zhuǎn)化為一個(gè)面圖層，與原始地形點(diǎn)集的點(diǎn)圖層進(jìn)行空間疊加運(yùn)算，挖除路基范圍內(nèi)原始地形點(diǎn)，加入路基的點(diǎn)數(shù)據(jù)，最后將點(diǎn)集生成 TIN。文中把路基設(shè)計(jì)面模型視為地形表面模型的一部分，利用 GIS 軟件生成地形和路基三角網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)了地表和路基模型拓?fù)潢P(guān)系的統(tǒng)一。
四、結(jié)語(yǔ)
信息化施工是現(xiàn)代施工技術(shù)與管理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,除了上述原位觀測(cè)系統(tǒng)、預(yù)測(cè)分析方法等方面的內(nèi)容外,還包括要正確處理工程項(xiàng)日施工進(jìn)度、質(zhì)量、成本和安全的關(guān)系等方面的內(nèi)客。兩者在信息化施工過(guò)程中都起著至關(guān)重要的作用,前者為保證工程質(zhì)量和調(diào)整施工進(jìn)度提供了科學(xué)依據(jù),后者為保證工程項(xiàng)目整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了宏觀控制。
