連續壓實技術在高鐵路基質量檢測中的應用

趙志強 張瑜 張玉寶

摘 要：現行規范中，控制路堤的壓實標準，主要采用壓實系數K和地基系數K30或變形模量Ev2以及動態變形模量EVD作為控制指標，這些控制指標，都是采用點樣式的方法進行檢驗，通過相關的現場試驗對路基的壓實狀況進行評價。連續壓實設備只要開始碾壓就開始了檢測，可以對填筑體壓實程度、壓實均勻性和壓實穩定性進行動態、連續、面的控制。對比常規壓實檢測方法，結合連續壓實技術的工作原理，以連鎮鐵路灌南站場路基為例，對連續壓實控制技術在高鐵路基壓實質量檢測中的應用做詳細介紹。對連續壓實技術的應用效果進行總結和分析，可知連續壓實控制技術提高了路基填筑的質量和路基壓實質量檢測的效率，能取得良好的經濟效益和社會效益，并能在類似工程中進行推廣。

關鍵詞：高鐵；路基；壓實質量檢測；連續壓實技術；VCV值

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.082

目前《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》（TB 10751-2010），《高速鐵路路基工程施工技術規程》（Q/CR 9602-2015）等規范中規定的路基壓實質量控制指標主要有K（壓實系數）和K30（地基系數）或Ev2（變形模量）以及EVD（動態變形模量）等。這些檢測指標主要都是依靠采用“抽樣”的方式進行現場試驗獲得，通過檢測獲得局部點的壓實程度來評估路基面的壓實程度，過程比較費時費力，并且是壓實完成后檢測，比較難適應施工現場的機械化施工要求。因此，采用可對整個路基碾壓面的壓實質量進行實時、全面監控和檢測的連續壓實控制技術，可以提高路基填筑質量并能提高路基壓實質量檢測的效率。

1 工程概況

本工程項目位于江蘇省連云港市灌南縣境內，標段為新建連云港至鎮江鐵路連云港至淮安段LZZQ-1標段，灌南車站工程。車站設計范圍DK44+688.7～DK46+383.2，全長1694.5m，灌南車站為客運中間站，設計規模為兩臺四線。工點前接新沂河特大橋，后接漣水特大橋。線路在本段以填方通過，最大填高約8m。車站內正線路基，基床表層填筑0.7m級配碎石，基床底層及基床以下路堤均采用A、B組填料（土源檢測為細角礫）。用此種填料填筑基床以下路堤時，需滿足壓實系數K≥0.92，地基系數K30>110MPa/m。

2 路基壓實常規檢測方法

2.1 壓實系數

壓實系數K是填筑土層在現場檢查的干密度和室內重型擊實試驗得到的最大干密度的比值，即K=ρd÷ρdmax。壓實系數代表了填筑土層的相對壓實程度。現場采用灌砂法測得填土的密度，使用酒精燃燒法測定含水率，從而得到填筑土層的干密度。《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》（TB 10751─2010）中規定檢驗數量為每層沿縱向每100m等間距檢查2個斷面6點，每斷面左右點距路基邊緣1m處各2點，路基中部2點。

2.2 地基系數

地基系數K30是利用直徑為30cm的荷載板進行現場原位測試，現場的壓路機作為加載反力裝備，隨著靜載加壓，路基碾壓層下沉量達到1.25mm時，對應的荷載和沉降量的比值，即K30=Q1.25÷1.25×10-3（Mpa/m）。《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》（TB 10751─2010）中規定每填高0.9m，縱向每100m檢查2個斷面4點，距路基邊緣2m處左、右各1點，路基中部2點，不足0.9m亦檢查2個斷面4點。

2.3 常規檢測方法存在的不足

壓實系數和地基系數雖然能夠評價路基的壓實質量，但是按照質量驗收標準，在碾壓完成的路基上進行抽樣式檢測，存在以下不足：

（1）檢測費時費力。現場檢測壓實系數和地基系數時，檢測過程挪動儀器花費時間較多，與碾壓不能同時進行且地基系數檢測時還需占用壓實機具作為反力裝置。

（2）檢測干擾因素多。現場檢測時，不同點位、不同的試驗人員、來往車輛的振動、天氣原因等都會對壓實指標對檢測結果造成干擾。

（3）代表性不佳，缺乏對壓實均勻性的控制。常規檢測方法采取的是點樣式檢測，只能代表局部面積的壓實質量，填料粒徑大小不均勻性對檢測指標的影響較大，當個別抽樣點壓實度低于合格值時，很難判定還有哪些不合格區域需要加強碾壓，若對已合格區域再次誤壓容易造成過壓現象。這種小范圍的檢測指標來代替整個碾壓面的壓實指標，難以正確反映路基結構的真實質量，無法對整個路基的壓實均勻性進行判斷。

3 連續壓實技術

3.1 連續壓實技術工作原理

連續壓實技術的檢測原理是在路基填筑碾壓過程中，根據土體與振動壓路機之間的相互動態作用，連續量測壓實作業時振動壓路機的振動輪豎向振動的響應信號，從而建立檢測評定與反饋控制體系，實現對整個碾壓面壓實質量的實時、全面的動態監控與檢測。

《鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程》（Q/CR 9210-2015）中介紹了連續壓實控制系統組成框圖，如圖1所示。連續壓實設備由高精度北斗定位系統、位移傳感器、振動傳感器、數字處理器、壓實顯示器等系統組成。

振動傳感器垂直安裝在振動壓路機內機架上，反應振動輪的垂直振動情況。通過控制碾壓厚度、碾壓遍數及壓路機行進速度等施工參數，路基連續壓實控制系統可以對路基壓實程度進行實時監控。

3.2 路基壓實指標相關性檢驗

3.2.1 現場試驗方案

試驗段選在站場路基DK46+230～330進行。路基試驗段施工嚴格按照鐵路路基“三階段、四區段、八流程”的施工工藝及標準化作業組織施工。采用連續壓實技術進行路基壓實質量檢測的路基填筑施工過程與常規的基本一致，僅增加了壓實連續檢測設備用于碾壓檢測。試驗段的目的在于獲得連續壓實檢測與常規質量驗收指標檢測的換算關系，為大面積使用連續壓實設備提供依據。通過相關性檢驗建立連續壓實控制指標VCV與常規檢測指標壓實系數K和地基系數K30之間的相關性。

3.2.2 相關系數和目標值確定

通過路基試驗段的施工，確定路基連續壓實檢測指標VCV與常規質量驗收指標壓實系數K，從而指導本區段內其他路堤的大面積施工。試驗段碾壓至輕度、中度、重度三種壓實狀態，其重度密實區為合格區。完成三種密實狀態的連續壓實檢測后對三種密實狀態再進行常規檢測。每種密實區內的壓實指標檢測數量不少于6組，將對應壓實狀態區內的檢測數據輸入計算軟件中，取得相關系數R和目標值[VCV]。

試驗段每層均碾壓5遍，即靜壓1遍+弱振2遍+強震1遍+靜壓1遍。在填筑路基試驗段第三層時，將松鋪、平整等工序完成后，對整個路基面開始進行碾壓。碾壓至輕度壓實狀態后，根據連續壓實設備實時繪制的振動壓實曲線，在曲線變化平緩的位置選1個區段（原則上3～5m范圍），三種密實狀態區段各選6段，選取每段的中間位置，進行壓實系數K測試；試驗嚴格按相關規程操作。

試驗采集得到的常規質量驗收指標值K和振動壓實值VCV見表1；繪制壓實系數和振動壓實值VCV的關系曲線如圖2所示。

計算得到相關系數R=0.94，回歸方程：VCV=9.24x-449.03。對于基床以下路堤，常規質量驗收指標合格值[x]=92，因此得到目標值[VCV]=400。

3.3 連續壓實過程控制

對試驗段路基進行過程控制的連續壓實檢測與控制同步進行。在振動碾壓過程中，連續壓實檢測設備檢測采集壓實控制指標VCV值，并實時繪制壓實曲線。技術人員可對路基的壓實程度、壓實均勻性和壓實穩定性進行實時的壓實質量監控。對于壓實控制指標VCV值低于目標控制值[VCV]=400的區域，可針對性地進行補壓。

3.4 連續壓實質量檢驗

質量檢測是在路基碾壓完成后，對整個路基面進行連續壓實檢測。根據質量檢測壓實程度分布圖，可對路基碾壓面的壓實狀態和壓實強度分布狀況進行分析，從而找出壓實薄弱的區域。在壓實最薄弱區進行常規質量檢測，比較常規檢測指標是否達到要求，以確保路基壓實整體質量。

路基連續壓實控制技術的應用，可以找出路基面碾壓后的薄弱區域。對薄弱區域的控制更準確，也更完善，既能保證整個路基面的壓實質量，又能避免過壓，從而極大提高了路基填筑的質量和路基壓實質量檢測的效率。這樣也減少了司機由于重復碾壓導致的疲勞操作，減弱了人為因素對于路基填筑壓實質量的干擾。連續壓實控制技術真正意義上實現了對路基填筑壓實過程的動態控制，能夠及時發現不合格區域，避免了常規檢測中以局部點的壓實程度來評估路基面的壓實程度的現象。

3.5 連續壓實技術應用效果分析

通過數據分析，發現連續壓實技術檢測指標VCV值受填料性質、含水率等因素影響，具有較大的差異性。因此，要得到壓實控制指標目標值[VCV]，需要增加相關性校驗的次數，從而得到不同填料、不同含水率情況下的檢測指標VCV值和常規檢測指標壓實系數K的關系。這樣才能確定不同情況下的控制指標目標值[VCV]，更為準確地指導現場施工，需要進行大量的試驗，試驗過程中發現，在采用同一種填料、相同含水率的條件下進行路堤填筑，壓路機的行駛速度及振動穩定性對連續壓實采集的VCV值有一定影響。行駛速度相比試驗段發生改變時，會導致連續壓實設備記錄的距離和實際距離不符，數據出現錯誤。壓路機振動頻率增大時，得到的檢測指標VCV值也會增大；壓路機振動頻率的波動會導致對土體的激振力出現更大的波動，從而導致檢測指標VCV值異常，造成得到的路基壓實程度分布圖上反映出路基壓實質量不均勻，不能真實地反映路基的壓實狀態。

因此，采用連續壓實技術控制路基壓實質量時，前期需進行充分的試驗段檢測。在填料性質、含水率、設備型號一致的情況下，應特別注意壓路機的行駛和振動狀態需保持一致。

4 結論

路基連續壓實控制技術的應用，實現了對路基填筑施工的實時、全過程的監控，能夠快速、直觀地找出碾壓面的薄弱區域，可以指導現場有針對性地對薄弱區域進行補充碾壓，避免過壓，減少了路基填料在攤鋪過程中的不均勻性、碾壓過程的不確定性對路基質量的整體穩定性的影響。在高鐵路基檢測中應用連續壓實技術，避免了抽樣檢測造成的停工，提高了施工效率；連續壓實技術采用實時、連續檢測，減少了重復檢測時間，加快了檢測效率；連續壓實技術可以有針對性指導操作，提高了施工機械的工作效率，從而也降低了施工、人員的成本和油耗，實現了對路基填筑壓實質量的全面控制，可在類似工程中推廣和應用。

參考文獻：

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[2]中國鐵路總公司企業標準.高速鐵路路基工程施工技術規程（Q/CR 9602-2015）[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

[3]楊維威.連續壓實控制技術在鐵路路基填筑中的應用[J].筑路機械與施工機械化，2013，30（11）：70-75.

作者簡介：趙志強（1984-），男，甘肅慶陽人，本科，工程師，研究方向：鐵路路基工程、橋涵工程、隧道工程、軌道工程、市政涉鐵工程、公路工程、施工現場管理、鐵路工程造價。