中德路基連續(xù)壓實質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)對比分析

賈莉浩，董學(xué)軍

（1.武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢430023；2.武漢市城市管理局材料站，湖北 武漢430012）

中德路基連續(xù)壓實質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)對比分析

賈莉浩1，董學(xué)軍2

（1.武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢430023；2.武漢市城市管理局材料站，湖北 武漢430012）

壓實質(zhì)量評價方法與指標(biāo)是路基壓實的重要內(nèi)容。在對比中德兩國路基連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了兩國在壓實程度和壓實穩(wěn)定性評判方面的共性與差異。分析得出：在壓實程度評價指標(biāo)方面，相比德規(guī)采用的雙變量指標(biāo)，我國采用的單變量指標(biāo)未能考慮不合格區(qū)域壓實值；在壓實穩(wěn)定性方面，我國規(guī)范未考慮土體對水的敏感性。故我國連續(xù)壓實質(zhì)量評價體系與德國的體系相比仍存在一定的差距，尤其是相關(guān)質(zhì)量評價指標(biāo)體系還需要進行改進。最后，針對規(guī)范存在的問題，提出了進一步改進的思路。

路基壓實；連續(xù)壓實控制；壓實程度；壓實穩(wěn)定性

0　引言

常規(guī)質(zhì)量檢測采用抽樣方式進行，費時費力，只能檢測局部點的壓實質(zhì)量屬于事后檢測，較難滿足路基壓實質(zhì)量要求［1］。而能夠?qū)φ麄€碾壓面壓實質(zhì)量進行全面監(jiān)控和檢測的連續(xù)壓實控制技術(shù)為路基填筑質(zhì)量提供了一個嶄新的途徑［2］。近年來，此技術(shù)在土體壓實方面得到了廣泛的應(yīng)用。

建立合理的連續(xù)壓實控制規(guī)范是連續(xù)壓實控制技術(shù)應(yīng)用于路基壓實的重要前提，國內(nèi)外均制定了相應(yīng)的連續(xù)壓實規(guī)范。美國眾多州與聯(lián)邦公路管理局（FHWA）聯(lián)合進行了大量的現(xiàn)場壓實試驗并制定了相應(yīng)的規(guī)范［3］；德國經(jīng)過相關(guān)試驗制定了ZTVE-StB系列規(guī)范［4］；瑞典推出了相應(yīng)的BYA系列規(guī)范；奧地利推行了RVS 8S.02.6規(guī)范。我國于2011年12月1日施行了TB 10108-2011《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)程》［5］以下簡稱《規(guī)程》）。本文從壓實程度、壓實穩(wěn)定性及壓實均勻性的判定三方面分析我國現(xiàn)行《規(guī)程》與德國ZTVE-StB-2010規(guī)范（以下簡稱《德規(guī)》）中評判標(biāo)準(zhǔn)的異同及優(yōu)缺點，并在此基礎(chǔ)上指出兩國規(guī)范現(xiàn)存的問題，以及針對這些問題可采取的方法。

1　壓實程度判標(biāo)對比

1.1中國壓實程度判定指標(biāo)

壓實程度是指路基在碾壓過程中，表征碾壓層物理力學(xué)狀態(tài)的指標(biāo)達到規(guī)定值的程度。《規(guī)程》中，壓實程度是通過檢測單元壓實值與設(shè)定的目標(biāo)振動壓實值比較進行判定。第i個檢測單元壓實程度按式（1）計算。式中：VCVi表示第i個檢測單元振動壓實值的檢測結(jié)果；［VCV］是由相關(guān)性校驗確定的目標(biāo)振動壓實值。

當(dāng)滿足式（1）時，表明第i個檢測單元壓實程度合格。《規(guī)程》規(guī)定碾壓面壓實程度按合格檢測單元數(shù)占總檢測單元數(shù)的比例不小于95%進行控制。

1.2德國壓實程度判定指標(biāo)

德國于2008年發(fā)布的ZTVE-StB-08規(guī)范在假設(shè)連續(xù)壓實值符合正態(tài)分布的基礎(chǔ)上，提出了壓實通過率須大于90%的規(guī)定（見圖1），可得當(dāng)通過率為90%時對應(yīng)的臨界壓實值大小為μ±1.28·σ。當(dāng)滿足式（2）時，通過壓實程度驗收。

圖1　壓實程度判定示意圖

式中：MVi為點i的壓實值，μ為壓實值均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

此方法基于統(tǒng)計學(xué)中的置信區(qū)間的概念，但當(dāng)出現(xiàn)下列情況時，會出現(xiàn)一定誤判：在情況B中，雖然通過率大于90%（置信率為10%），但是不合格壓實值過小，屬于薄弱區(qū)域，需進行補壓；而在情況A中，雖然通過率小于90%，但不合格值均非常接近壓實目標(biāo)值，通常的驗收標(biāo)準(zhǔn)常會接受這樣的表面（見圖2）。

圖2　兩種特殊的壓實值分布情況曲線圖

鑒于上述方法未考慮不合格區(qū)域壓實值與壓實目標(biāo)值的關(guān)系，ZTVE-StB-10規(guī)范在綜合不合格區(qū)域面積和不合格壓實值的基礎(chǔ)上，提出了壓實程度判定新指標(biāo)U，具體見下式：

式中，MVi為點i的壓實值；Tm為壓實目標(biāo)值；Bi為MVi對應(yīng)的面積。

由U的定義可以看出，U是無量綱的指標(biāo)，且當(dāng)U越小，則壓實程度越好。《德規(guī)》根據(jù)大量現(xiàn)場試驗，規(guī)定了不同工況下的U的目標(biāo)值Ut，具體見表1所列。

表1　不同壓實工況下的Ut值表

1.3優(yōu)缺點分析

《規(guī)程》在利用面積通過率指標(biāo)進行壓實程度評價時，僅考慮了不合格區(qū)域所占比例，并未考慮不合格壓實值與壓實目標(biāo)值相差多少，有可能出現(xiàn)圖2所示的誤判情況。為此，《德規(guī)》綜合不合格區(qū)域所含比例，以及不合格壓實值的大小，利用面積與壓實值大小的加權(quán)，提出了同時考慮兩者的指標(biāo)并驗證了其合理性及適用性，較《規(guī)程》提出的單變量指標(biāo)（面積通過率指標(biāo)）更全面合理。

2　壓實穩(wěn)定性指標(biāo)對比

2.1中國壓實穩(wěn)定性判定指標(biāo)

壓實穩(wěn)定性表示在振動壓路機振動壓實工藝參數(shù)一定的情況下，路基壓實狀態(tài)隨碾壓遍數(shù)變化的性質(zhì)，是控制填筑體物理力學(xué)性能穩(wěn)定程度的重要措施。《規(guī)程》認為隨著碾壓遍數(shù)的增加，連續(xù)壓實指標(biāo)值呈增加趨勢，當(dāng)碾壓遍數(shù)增加到一定量的時候，壓實指標(biāo)值增長緩慢，最終理論上會趨于零，壓實穩(wěn)定性應(yīng)按同一碾壓輪機上前后兩遍振動壓實值VCV變化率不大于進行控制，如圖3所示。VCVi表示碾壓面上第i個檢測單元振動壓實值。《規(guī)程》采用相關(guān)方程，按照對應(yīng)的常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)（如K30，Evd等）的變化率確定穩(wěn)定性評判指標(biāo)。常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化率不大于5%時，壓實穩(wěn)定性滿足要求。鐵道部相關(guān)研究結(jié)果表明，地基系數(shù)K30的變化率為5%時，對應(yīng)的振動壓實值的變化率約為1%～2%，所以穩(wěn)定性參照不大于2%的精度進行。

圖3　碾壓遍數(shù)與壓實穩(wěn)定性曲線圖

此穩(wěn)定性控制方法需要對每個單元的變化率都進行計算，實際操作控制中不方便。所以《規(guī)程》規(guī)定可根據(jù)實際情況，取一段長度（如5 m）的壓實平均值計算其變化率。

2.2德國壓實穩(wěn)定性判定指標(biāo)

《德規(guī)》在研究了不同類型填料壓實特性的基礎(chǔ)上提出了穩(wěn)定性控制指標(biāo)。根據(jù)填料對水的敏感度，將填料分成粗粒土和混合顆粒土（含細顆粒土），在保證相同試驗條件下，得到的兩類填土碾壓遍數(shù)與振動壓實值的變化規(guī)律如圖4所示。

從圖4可以看出，在壓實過程中，兩類土開始的壓實值都呈上升趨勢，是一個從松動狀態(tài)到其致密化的一個過程，在壓實遍數(shù)達到一定數(shù)值時，兩類土開始呈現(xiàn)一定的下降趨勢。但由于粗粒土由于排水速度快，在下一遍壓實時水已經(jīng)排出，故再次壓實時變化不大，此時可認為土體基本達到了穩(wěn)定的壓實狀態(tài)。而對水敏感的混合顆粒土或細粒土填料由于排水速度慢，密實到一定程度后，若再壓實則會產(chǎn)生很大的水壓力，使得土骨架處于不穩(wěn)定狀態(tài)，振動壓實值也顯著下降趨勢，《德規(guī)》規(guī)定在這種情況下要停止碾壓。綜上分析，可知不論哪種填土，當(dāng)下一遍的壓實值開始有減小趨勢時，認為壓實已經(jīng)穩(wěn)定，并應(yīng)該停止碾壓。

圖4　壓實遍數(shù)與壓實值變化規(guī)律曲線圖

《德規(guī)》采用壓實程度控制中用到的參數(shù)zn= μn-1.28σn作為壓實代表值表示整個碾壓面的壓實情況，通過分析每一遍的壓實代表值的變化評判壓實穩(wěn)定性。其中，zn為第n遍的壓實代表值，而μn、σn分別為第n遍的壓實平均值及壓實值標(biāo)準(zhǔn)差。

當(dāng)滿足式（5）時，即認為不能實現(xiàn)進一步的壓實，達到壓實穩(wěn)定性要求并應(yīng)停止碾壓。

2.3優(yōu)缺點分析

《規(guī)程》將壓實區(qū)域劃分為許多小的網(wǎng)格，通過評判每個網(wǎng)格的壓實穩(wěn)定性來判定整個區(qū)域壓實的穩(wěn)定性，合理的網(wǎng)格劃分能夠得到較精確的穩(wěn)定性評判結(jié)果。但由于不同的土體對水的敏感性不同，對水敏感的土體在壓實過程中壓實值并不是一直增大。而《規(guī)程》事先未分析不同種類的土體在壓實過程中壓實值的變化，故評判標(biāo)準(zhǔn)不一定對所有的土體均適用。

《德規(guī)》首先分析了不同土體在壓實過程中的壓實值變化，在此基礎(chǔ)上提出了合理的壓實穩(wěn)定性評判標(biāo)準(zhǔn)。但由于《德規(guī)》用壓實代表值來表示整個面的壓實情況，此代表值的準(zhǔn)確性直接影響評判結(jié)果，與《規(guī)程》相比，沒有利用劃分網(wǎng)格的方法來進行穩(wěn)定性評判。

3　需要進一步改進的地方

3.1壓實程度評價方面

《德規(guī)》提出的壓實程度評價指標(biāo)U將不合格區(qū)域面積和不合格壓實值相結(jié)合，與單變量指標(biāo)（如面積通過率）相比，更加全面地反映了土體的壓實程度。但此指標(biāo)僅將不合格值與目標(biāo)值的相差比例Ui作為對應(yīng)不合格區(qū)域面積Bi的權(quán)重，故可嘗試將Ui，U2i，…，Uni作為Bi的權(quán)重并進行試驗驗證，最終選出最優(yōu)的評判指標(biāo)。

3.2壓實穩(wěn)定性評價方面

通過對中德兩國的穩(wěn)定性評價指標(biāo)的優(yōu)缺點分析，在壓實穩(wěn)定性評價方面可通過將《規(guī)程》中采用的劃分網(wǎng)格方法與《德規(guī)》采用的R指標(biāo)相結(jié)合，既考慮不同土體對水的敏感性，又可將每個碾壓面有盡可能多的壓實代表值。

4　結(jié)　論

本文在對比中德兩國路基連續(xù)壓實控制相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，較為系統(tǒng)地分析了兩國在壓實質(zhì)量（壓實程度、壓實穩(wěn)定性及壓實均勻性）評判方面的共性與差異，對改善我國的連續(xù)壓實質(zhì)量評判具有一定的借鑒作用。此外，由于我國連續(xù)壓實控制技術(shù)應(yīng)用，以及規(guī)范的提出較晚，在分析過程中可看出，我國的連續(xù)壓實質(zhì)量評價體系與德國的體系仍存在一定的差異，尤其是相關(guān)質(zhì)量評價指標(biāo)體系還需要進行改進并根據(jù)相關(guān)試驗確定其判定標(biāo)準(zhǔn)，而通過分析并吸收國外連續(xù)壓實規(guī)范優(yōu)點，可使我國連續(xù)壓實控制技術(shù)更加完善。最后，本文針對規(guī)范存在的問題，提出了進一步改進的思路。

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U416.1

B

1009-7716（2016）06-0035-03

2016-03-29

賈莉浩（1988-），男，河南南陽人，工程師，從事道路工程設(shè)計工作。