對路基智能壓實系統的認識

謝維平 張國前

對路基智能壓實系統的認識

謝維平 張國前

分析了路基智能壓實系統的工作原理,以蘭新鐵路二線路基工程為例,詳細闡述了智能壓實系統控制路基質量

時的監理應用及作用,從而對智能系統有了進一步認識,為該系統的推廣應用奠定了基礎。

路基壓實,監理控制,智能系統

蘭新鐵路第二雙線在甘肅省境內張掖以西段路基長度占線路長度比例大,個別施工標段的路基長度占本標段線路長度比例達 88%,為進一步控制路基填筑的施工質量,增加路基質量的控制手段,蘭新鐵路甘青公司對管段內路基比例較大路段推廣應用路基智能壓實過程控制系統,在壓路機上安裝Trimb le CCS900GPS智能壓實系統,但并不代替路基填筑施工中的常規檢測項目,僅作為常規檢測的補充與完善。鑒于此,本文重點分析該系統的特點,充分理解系統的優點利用好該系統。

1 工作原理

路基填筑智能壓實系統采用GPS實時動態定位控制技術和壓實傳感器監測技術,通過智能控制系統實時處理獲知的壓路機鋼輪準確三維位置和姿態信息,以及壓實傳感器實時監測到的鋼輪振動量,以圖形和數值方式顯示CMV(壓實質量目標測定值)值、碾壓遍數、碾壓范圍、壓實厚度、薄弱區域等信息,引導操作手工作。這種技術集中體現在計算機技術、精密傳感技術和GPS定位技術的綜合應用,實現了工業化生產、信息化控制。

智能壓實系統由可移動或固定的 GPS基準站通過差分信號與安裝在液態式振動機械壓路機駕駛室頂的 GPS接收機和無線電接收器、固定在壓路機鋼輪上的壓實傳感器、駕駛室中的PC顯示器、小型打印機組成。可對壓實機械通過GPS天空衛星系統實現實時定位,準確地顯示機械位置、工作時間、機械作業面積,同時可以顯示CMV值、碾壓遍數的薄弱區域(可精確到1m2)。

2 智能壓實系統控制質量時的監理應用及作用

2.1 路基填筑工藝性試驗階段

監理督促施工單位根據設計的取土場數量實施數量相當的工藝性試驗,如果在同一取土場的填料性質發生變化時須相應增加工藝性試驗。工藝性試驗的目的不但要針對不同的壓實機械、不同的鋪筑厚度、碾壓遍數對壓實系數 K、地基系數 K30及動態變形模量 Evd進行檢測對比,而且要采集不同碾壓遍數后的智能系統CMV測定值和保證率。一般而言,根據經驗所得在碾壓第4遍時開始采集常規檢測參數及智能系統參數。隨著碾壓遍數的增加,壓實系數K、地基系數K30及動態變形模量Evd、目標值 CMV平均值及保證率均會提高;填筑厚度和機械參數均固定時,在碾壓第 N遍結束,通過常規檢測各項指標均合格,此時系統顯示的平均CMV值、碾壓遍數、厚度(均按不大于 30 cm)可以確定為同一種填料、同等功率壓實機械的目標控制值,大于CMV目標值的百分比可達到 95%以上,平均值也會大于目標值。

2.2 監理對工藝性試驗的總結

在填料與壓實機械不變的情況下,分析總結碾壓遍數增加與CMV值的提高對應關系,不同的CMV值與壓實系數K、地基系數K30及動態變形模量Evd之間的對應關系是在今后質量控制時的關鍵一步,因為系統顯示的實際平均碾壓遍數有可能與設定值會存在偏差,如果操作手的原因超出了設定碾壓范圍,這種偏差會增大,僅僅從系統打印小票來分析可認定碾壓不足,但實際壓實質量已達到要求。

2.3 填筑過程的監理控制

1)要求施工單位針對不同的填料或不同的取土場、不同機械采集的 CMV目標值、填筑厚度、設備編號、施工圖號(施工段落里程)、CMV值薄弱區及碾壓遍數較弱點數進行技術交底和設定。值得注意的是,根據《客運專線鐵路工程施工質量驗收標準》規定,每層路基填筑沿線路縱向左、中、右每 100m抽樣檢測壓實系數 6點,當有反壓護道時每100m增加 2點;相應在設定薄弱區時根據填筑縱向長度確定顯示屏和打印小票上顯示的點數,否則在常規檢測時難以確定實測位置。2)在設定碾壓遍數時按傳統碾壓遍數的 2倍設置,因為壓路機正、反向行駛碾壓時對土粒施加的壓實功不同,反向時壓實功會降低 20%,該系統只自動記錄壓路機正向行駛壓實遍數,對于壓路機在碾壓時的搭接寬度通過系統已自動忽略,與規范要求的輪跡搭接并不存在沖突。為了保證填筑層厚度顯示的準確性,在每段路基填筑前對地基處理后地面高程進行實測記錄,輸入系統默認。3)系統對當前填筑層在駕駛室顯示屏上通過圖形的方式顯示整個填筑范圍內的壓實質量CMV值分布,指引操作手對CMV值分布顯示高亮部位進行補充碾壓直至顯示合格。施工單位正式報驗前監理要求提供該段本層的機打小票,通過對小票的分析來確定需見證檢測點的位置。4)監理對機打小票分析時的關鍵注意事項：a.實際平均填筑厚度、最大填筑厚度、最小填筑厚度、超過設定填筑厚度 10%的比率,如果平均厚度超過了設定厚度,要分析超過設定厚度所占的比率。根據在施工中智能系統檢測與實際檢測對比,對這樣的問題依然通過“四區段、八流程、掛線網格化”作業解決。b.進行實際碾壓遍數與設定值的對比分析,平均碾壓遍數是否超過設定值,如果超出說明操作手根據顯示屏對局部進行了補壓;如果未達到設定值,要分析實際不同碾壓遍數所占比例,如果顯示有設定值/2的遍數,此層可以認定局部碾壓不足,可要求對本層局部進行重新碾壓,一般出現這種情況時大多是在線路中線沉降觀測桿距離較近的地段;如果設定值 ±1遍所占比例的總數超過75%,碾壓過程是比較規范的。c.平均CMV值與設定值的對比,如果平均值比設定值小,如果沒有設備故障方面的原因,常規檢測指標不能一次合格,個別點的檢測值與規定值存在偏差。如果系統信號正常,平均CMV值大于設定值,常規檢測值均能達到規定值要求。d.根據CMV薄弱區和碾壓遍數薄弱區選擇常規檢測點,尤其按碾壓遍數較弱點進行常規檢測。監理可以根據薄弱區域的顯示位置要求施工單位進行檢測或平行檢測。

2.4 智能系統的使用對監理在路基填筑事前、事中、事后控制發揮了積極的作用

1)事前控制作用,可以針對不同填料進行室內土工試驗及參數(CMV值確定)的確定,使得施工作業流程更加清晰,杜絕了填料已經更換,但前期的試驗未完成,檢測依據錯誤,導致實際檢測時出現偏差,影響施工指導及質量的判定。不但可以保證填料性質確定,同時保證了土工試驗的規定頻次。同時,使監理人員對不同性質的填料及不同的碾壓遍數所對應的目標值有了進一步的掌握;2)在路基填筑的攤鋪、碾壓過程中,由于智能系統實現了實時檢測,駕駛室所打印的小票可以在一定程度上代替監理對松鋪厚度、碾壓遍數、碾壓輪跡的搭接、平整度的控制,監理只需對自卸車的篩網、網格的設置、下層頂面標高進行確認即可以將本層的填筑過程由最后的檢測來評定;不但減輕了監理的工作量,而且使過程控制手段變得更加科學;3)碾壓結束后,通過對打印小票的分析,針對CMV值、碾壓遍數薄弱區域的常規檢測對比,避免了事后對壓實質量檢測的人為因素,使得監理平行檢測更加公正、科學。

3 對智能系統的認識

1)作為高速鐵路控制路基填筑質量的新興手段、信息化的技術,打破了傳統的以點蓋面的檢測方法,使過程控制更加科學,實現了路基填筑全過程、全方位的質量控制;同時也打破了傳統的碾壓工藝,使過去對路基填筑層的正反向碾壓改變為正向碾壓,使得壓實功更進一步的提高。對作業操作手的技能要求也更高,不但要對路基碾壓進行實時監控,對作業人員的知識水平、責任心有了更高的要求,真正實現了質量形成過程的全員參與。

2)GPS基站受地形條件及外界的電磁干擾較大,大風及雨天對系統的正常使用也有影響,一臺基站的覆蓋范圍僅在 15 km左右,移動基站電池充電需專人負責,不同的原因造成使用過程中出現小票無法打印或者差分信號無法接收的情況,所以將來的很長時間內無法替代原有的常規檢測手段。

3)由于該系統僅僅處在推廣應用階段,不受施工合同的約束,參建單位對系統的應用認識不統一,作為質量控制及監理控制手段的一門新技術,出現了過分強調或忽視智能系統的作用,過分強調時會影響進度,忽視時會出現檢測不合格—復壓—再檢測現象,延長了檢測的時間,降低了施工工效。

4)系統無法實現多臺壓路機在同一段落施工,這樣會導致壓實質量打印小票各項數據紊亂而無法進行分析;當機械出現故障時如果進行車載系統的轉換,數據須進行重新錄入進行轉換設置,對作業人員要求更高,多數情況下會出現前一臺壓路機所采集數據丟失。

4 結語

路基填筑智能壓實系統作為質量控制的高端技術,雖然在使用過程中由于外在的原因經常出現使用不正常,但是無法掩蓋其對傳統施工方法的沖擊和變革;對于填筑質量控制方面的作用和意義更加明顯。如果能在信息化傳輸方面與計算機實現連接,將使質量控制尤其是監理對質量的控制方法、手段更加趨于完善。該系統值得在將來的高速鐵路路基填筑過程運用更完善的方法進行推廣應用。

[1] 楊永輝,唐 尋.路基壓實度的測試方法和影響因素的探析[J].山西建筑,2010,36(8)：276-277.

The cognition of subgrade intelligent com paction system

XIE Wei-ping ZHANG Guo-qian

This paper analysised the work principle of roadbed intelligent compaction system.Take theexampleof Lanzhou-Xinjiang railway second-line subgrade engineering,introduces the app lication and effect of the process while intelligent elaborated systems controls the quality of roadbed,thuswe have a further understanding about intelligent system so that to laid a foundation for the popularization and app lication of this system.

roadbed compaction,supervision control,intelligent system

U 416

A

1009-6825(2011)09-0154-03

2010-11-27

謝維平(1973-),男,工程師,甘肅鐵科建設工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730030

張國前(1984-),男,助理工程師,甘肅鐵科建設工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730030