原位渗透固化道路基层的施工控制方法及道路基层与流程

本发明属于道路施工，更具体地，涉及一种原位渗透固化道路基层的施工控制方法及道路基层。

背景技术：

1、道路基层是路面结构的重要组成部分，承担着分散荷载、传递应力的关键作用。传统道路基层施工通常采用水泥稳定碎石或二灰稳定碎石结构，其常规做法为：在拌合站将水泥、集料和水按设计配合比集中拌合后，运输至施工现场进行摊铺、碾压成型。该模式虽技术成熟、应用广泛，但存在固有局限，首先拌合站建设与混合料运输大幅增加了施工成本与能耗；其次，该工艺对集料的级配要求极为严格，需采用特定粒径范围的优质碎石，限制了低品位材料的利用空间。

2、此外，随着基础设施建设的持续推进，各类工程施工中产生了大量天然石渣废弃物。这些石渣通常被集中堆放或填埋，不仅占用宝贵的土地资源，其堆放过程中的粉尘和渗滤液还可能对周边环境造成污染。然而，受限于传统道路基层施工对集料级配的苛刻要求，这些天然石渣难以直接作为骨料使用，导致其资源化利用率长期处于较低水平。

3、针对上述问题，近年来本领域技术人员尝试利用废弃渣土和建筑垃圾制备道路基层材料，以缓解石渣处置压力并降低材料成本。例如，专利cn116003080a公开了一种基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料及其应用，处理方法简单，可实现废弃物的资源化再利用和城市的可持续发展。但其仍依赖集中拌合模式，需复杂预处理和闷料工序；对渣土级配要求严格，材料均匀性难以保证；养护周期长，施工成本高；专利cn116065435a公开了一种建筑渣土道路基层的处理方法，有效提高了建筑渣土制成的道路基层质量，抗渗、抗冻、抗冲击性等性能优异。但其需添加多种固化材料，成本高；施工工序繁琐，能耗大；对建筑垃圾粒径要求严格；固化材料分布均匀性控制困难；专利cn121248182a公开了一种利用建筑垃圾制备道路基层固化剂的方法，通过大量消耗建筑垃圾，减少填埋污染，实现资源循环利用；使用聚丙烯纤维与水溶性树脂材料协同作用，提升固化剂强度、韧性、耐久性。但其固化剂制备工艺极复杂，需9种以上原材料和多种专业设备；生产周期长、能耗高；不适用于天然石渣；强度难以控制。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种原位渗透固化道路基层的施工控制方法及道路基层，该方法通过电极阵列实时感知骨料层各空间位置的电阻率分布，结合孔隙率先验分布模型，采用贝叶斯反演推算出各空间网格的等效水灰比偏差以明确各网格浆液实际渗透状态，进而以各网格偏差平方和最小为优化目标，以喷洒压力、行进速度和在线水灰比为决策变量，通过滚动优化求解获得各网格的差异化最优参数组合，并在喷洒过程中持续执行闭环控制，有效解决了因孔隙率非均匀分布导致的浆液指流和堵塞问题，使非均质天然石渣在无需复杂预处理的条件下即可满足道路基层施工要求，摆脱了传统道路基层施工对集料级配和集中拌合的依赖，显著降低了施工成本。

2、为达到以上目的，按照本发明的一个方面，提供一种原位渗透固化道路基层的施工控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、s100：获取施工前的控制基准数据集，所述控制基准数据集包括天然石渣的级配数据、含泥量数据、目标水灰比、运行参数上下限值以及预设偏差阈值，建立孔隙率先验分布模型；

4、s200：在经处理的土路基上摊铺垫层，在所述垫层之上摊铺骨料层；在所述骨料层中沿施工宽度方向布置电极阵列，通过所述电极阵列获取多通道电阻率响应信号，根据所述电阻率响应信号确定所述骨料层的电阻率空间分布；

5、s300：结合所述电阻率空间分布与所述孔隙率先验分布模型，获得所述骨料层中各空间网格中的孔隙率分布数据和等效水灰比分布数据，根据所述等效水灰比分布数据与所述目标水灰比，计算等效水灰比偏差数据；

6、s400：根据所述等效水灰比偏差数据建立优化目标函数；利用所述优化目标函数及运行参数进行滚动优化求解，获得最优运行参数集；

7、s500：根据所述最优运行参数集配制水泥浆并对所述骨料层表面进行喷洒，喷洒过程中重复步骤s300和s400以获取更新运行参数集并继续喷洒，直至各空间网格的等效水灰比偏差数据在所述预设偏差阈值内；

8、s600：水泥浆喷洒完成后对道路表面进行标准养护。

9、进一步地，步骤s100中，所述孔隙率先验分布模型通过以下方式建立：

10、获取当前施工所用天然石渣的级配数据和含泥量数据，采用随机堆积算法在三维虚拟空间中生成多个天然石渣颗粒的随机堆积结构，所述随机堆积算法按照所述级配数据确定各粒径颗粒的数量比例，并通过随机投放和重力沉降模拟颗粒的自然堆积过程；

11、对各虚拟堆积结构分别计算其孔隙率与渗透率张量；

12、由所有虚拟结构的孔隙率与渗透率张量的统计分布确定所述先验分布模型。

13、进一步地，步骤s200中，所述垫层的厚度为20cm~25cm。所述骨料层的厚度为18cm~20cm；所述骨料层在摊铺完成后进行初步碾压，使所述骨料层保持20%~35%的初始孔隙率。

14、进一步地，步骤s200中，所述电极阵列为多个且分别设于所述骨料层的上部、中部和下部，所述上部电极排位于骨料层表面以下3cm~5cm处，所述中部电极排位于骨料层厚度1/2处，所述下部电极排位于骨料层底部以上3cm~5cm处；

15、所述各处的深度位置沿施工宽度方向布置至少4排电极排，每排电极排包含至少8对电极对，各电极对交替作为激励电极和测量电极，各电极对在施工宽度方向上等间距分布，相邻电极对的间距为10cm~20cm。

16、进一步地，步骤s300中，所述孔隙率分布数据和等效水灰比分布数据的获取，具体为：

17、以所述孔隙率先验分布模型作为先验约束，以所述电阻率空间分布作为观测输入，采用贝叶斯反演在离散空间网格上逐点计算，得到各空间网格的孔隙率分布数据φᵢ和等效水灰比分布数据wᵢ，其中i为空间网格编号，i=1,2,…,m，m为空间网格总数，m≥8；

18、所述等效水灰比偏差数据为各空间网格的等效水灰比与目标水灰比的差值：，其中w0为目标水灰比。

19、进一步地，步骤s400中，所述优化目标函数为各空间网格等效水灰比偏差的平方和：

20、

21、其中，j为优化目标函数值，δwᵢ为第i个空间网格的等效水灰比偏差；

22、所述运行参数包括喷洒压力p1、行进速度p2和在线水灰比p3；

23、所述滚动优化求解为：以所述优化目标函数j及所述运行参数p1、p2、p3作为决策变量，以所述运行参数上下限值作为约束条件；

24、在预测时域内求解使j最小的最优控制序列，并按空间网格索引输出各空间网格的最优参数组合数据{p1i，p2i，p3i}，其中p1i为第i个空间网格的最优喷洒压力值，p2i为第i个空间网格的最优行进速度值，p3i为第i个空间网格的最优在线水灰比值。

25、进一步地，所述运行参数上下限值中，所述喷洒压力p1的上下限值为0.2～0.8mpa，所述行进速度p2的上下限值为1～4m/min，所述在线水灰比p3的上下限值为0.4～1.6。

26、进一步地，步骤s500中，所述重复步骤s300和s400以获取更新运行参数集并继续喷洒，具体为：

27、持续通过所述电极阵列获取当前时刻的多通道电阻率响应信号，根据当前电阻率响应信号执行步骤s300以获得当前各空间网格的等效水灰比偏差数据，再执行步骤s400以获取更新后的各空间网格的最优运行参数集；

28、将更新后的最优运行参数集中的喷洒压力值和行进速度值实时输出以调节喷洒状态；若更新后的最优运行参数集中的在线水灰比值与当前配制的水泥浆水灰比不一致，则停止喷洒并重新配制水泥浆，再按更新后的参数集继续喷洒。

29、根据本发明的第二方面，提供一种道路基层，应用所述的一种原位渗透固化道路基层的施工控制方法制备而成。

30、进一步地，所述道路基层自下而上依次包括：土路基、铺设于所述土路基之上的垫层、位于所述垫层之上的骨料层，所述骨料层经水泥浆渗透固化后形成固化层。

31、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

32、1.本发明通过电极阵列实时感知各空间位置的电阻率分布，结合贝叶斯反演推算等效水灰比偏差，并基于滚动优化求解进行差异化调控的方法，替代了传统固定参数喷洒结合事后钻芯取样的施工模式，解决了现有原位渗透固化施工中因无法实时获知浆液渗透状态而导致的指流和堵塞问题，同时避免了传统集中拌合类方案中对集料级配和含泥量的苛刻要求与复杂预处理带来的高成本负担，大幅提升了道路基层固化质量的均匀性和施工效率、降低了材料预处理和返工成本。

33、2.本发明通过将骨料层离散为空间网格并以各网格等效水灰比偏差平方和最小为优化目标进行滚动优化求解，实现对各空间位置喷洒压力、行进速度和在线水灰比的独立、实时、精确调控，解决了传统方法中各空间位置采用统一喷洒参数导致浆液分布与孔隙特征不匹配的问题，达到使各空间网格等效水灰比均趋近于目标水灰比、实现全断面渗透均匀的效果。

34、3.本发明通过构建电极阵列实时感知、贝叶斯反演推算、滚动优化决策、执行机构动态调节的闭环控制链路，使质量控制贯穿施工全过程而非依赖于事后检测，能够有效保障各类级配条件下天然石渣的固化质量，使级配偏离理想曲线、含泥量超出常规集料控制标准的非均质天然石渣也能满足道路基层施工要求，实现工程石渣的高效资源化利用。