高速鐵路路基填筑連續壓實控制技術的應用

孫晴

摘要：結合路基填筑連續壓實控制技術的工藝原理，以鄭萬高速鐵路河南段七標方城車站路基為例，對路基連續壓實控制技術應用方法、步驟做詳細介紹。總結和分析應用效果發現，連續壓實控制技術提高了路基填筑質量，能夠取得良好的經濟效益和社會效益。

Abstract： Combined with the technology principle of roadbed filling continuous compaction control technology， taking Fangcheng Station of Zheng-Wan High speed railway Henan Section 7# as an example， the application method and steps of continuous compaction control technology for subgrade are described in detail. By summarizing and analyzing the application effects， it is found that continuous compaction control technology has improved the subgrade filling quality， and can achieve good economic and social benefits.

關鍵詞：高速鐵路；路基填筑；連續壓實

Key words： high speed railway；the subgrade filling；continuous compaction

中圖分類號：U238 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0133-03

1 工程概況

我標段施工的鄭萬高鐵河南段，為鄭萬高鐵7標段，設計時速為350km，項目位于河南省方城縣境內，車站位置處于方城縣十里鋪村，車站正線路基為1.96km，本段路基屬于松軟土路基及膨脹土路塹，施工里程為：DK228+300～DK230+260.09，填方量為56萬m3。基床底層及以下路堤采用A、B組填料填筑，正線（及與其不能分開的到發線）路基基床表層采用級配碎石填筑，過渡段在基床表層采用級配碎石摻5%水泥填筑，基床底層及以下采用級配碎石摻3%水泥填筑。在路基填筑施工工程中，采用壓實度、動態變形模量、地基系數等常規檢測手段以點的形式對路基進行檢測，檢測結束后，通過連續壓實系統對路基填筑均勻性性、穩定性、壓實程度以面的形式進行檢測，采用雙控的手段對路基進行質量控制，從而減少了高速鐵路路基工后的不均勻沉降。

2 連續壓實系統工作原理

2.1 連續壓實設備安裝[1]

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。

北斗定位系統接收天線安裝在壓路機車頂中間位置，并將電臺接收天線也安裝在車頂。

位移傳感器的感應頭應正對強磁鐵S級，位移傳感器的輸出端連接至壓實顯示器。為保證測量結果的準確性，請均勻放置強磁鐵，并保證強磁鐵的位置固定。建議在加載的1m位移內分布不低于4個強磁鐵。

振動傳感器要垂直安裝在加載振動輪的內壁上輸出端連接至壓實處理器。為保證穩定性建議將振動傳感器固定在鋼板上，并將鋼板焊接在負載振動輪內壁上。

數字處理器須安裝在加載駕駛倉內，但避免安裝在熱油軟管附近以及類似的地方。A-SENSOR端連接振動傳感器以接收振動傳感器采集到的壓實信號，POW/OUT端連接電源，串口輸出端連接壓實顯示器，將處理完的壓實信號輸出到壓實顯示器。

壓實顯示器須安裝在加載駕駛倉內。壓實顯示器與位移傳感器、高精度北斗定位系統（可選）、壓實處理器連接以獲取它們的信號。

電源采用負載蓄電池，電壓范圍為：DC 12-36V，連接12V的系統功耗是0.2-1.5A。

2.2 連續壓實控制技術原理[2]

連續壓實控制技術的基本原理是將振動碾壓過程看作是一種動態試驗過程，振動壓路機為動態加載設備。在碾壓過程中振動輪同時受到來自機械本身的激振力和路基結構的抵抗力（反力）作用，二者的共同作用引起振動輪的振動響應，基于這種振動響應建立相應的評定與控制體系，實現碾壓過程中的實時監測和反饋控制。

3 連續壓實控制技術施工工藝

3.1 相關性試驗[3]

相關性試驗包括計算振動壓實值與常規質量驗收指標之間的相關系數，確定相關關系和目標振動壓實值。在采用連續壓實控制技術前要首先在試驗段進行相關校驗及對比試驗，檢驗并建立目標振動值VCV與常規質量驗收指標間的相關關系。即建立VCV值K30之間的關系。

3.2 確定碾壓遍數

根據《鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程》中相關性校驗規定，試驗段長度不小于100m，本項目選取DK229+270～DK229+370段作為相關性試驗段，試驗段按輕度、中度、重度三種壓實狀態進行碾壓作業，為了確定達到相應壓實程度需要的碾壓遍數，提前在工地上進行了試驗，根據壓路機碾壓遍數與壓實系數的關系，最后確定的試驗需要的碾壓遍數見表1。

3.3 相關性試驗建立

為了避免開挖后底層地面對測試結果的影響，試驗選在分層碾壓的第3層進行，具體的試驗步驟為：

①試驗段劃線等準備工作完成后對該段路基面開始碾壓，碾壓遍數按照批準的方案進行，壓路機行走按照劃定的線路運行，見圖1，同時規定要求，相鄰壓實軌跡之間重疊不超過10cm。

②達到輕度密實狀態后，根據振動壓實曲線，在曲線變化平緩的位置選1個區段（原則上是3～5m范圍），每個壓實區選6段，選取該區段的中間位置，進行K30測試；依據《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》的要求，選擇測試點，進行預壓試驗，預壓結束后，進行第一級加載，表穩定后進行數據記錄，同樣步驟進行逐級加載，直至滿足要求。

③達到中度密實、重度密實狀態后，在同樣的6個點進行K30測試，并做好試驗記錄。

④為了增加相關性試驗和常規檢查數據之間的關聯性，在輕度、中度、重度3個壓實程度的最后一遍進行連續壓實檢測外，尚需在中間過程中增加連續壓實測試，壓路機行走按照《鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程》要求執行。連續壓實測試見圖2，K30試驗見圖3。

⑤整理數據，判斷相關性是否成立。

3.4 數據分析與處理

3.4.1 相關性系數確定

按照相關性系原理，確定VCV值和K30之間的相關性。通過現場實際檢測數據采用離散圖確定相關系數R。

數據分析處理的步驟的要求如下：對檢測數據進行篩選，剔除掉異常數據后，將每個檢測點的VCV與K30采用最小二乘法進行相關性分析[4]，若相關系數大于0.7，則相關性成立。然后根據施工質量驗收標準中規定的壓實指標最小值計算所對應的振動壓實值，即得到在這一填料類型和施工條件下，連續壓實檢測的控制指標。

根據《鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程》要求，在輕度、中度、重度三種壓實狀態區域內至少各選6個點進行相關性系數確定。相關性檢測數據見表2。

根據以上現場實際檢測數據，采用離散圖確定相關系數R。相關系數見圖4。

從圖可以看出相關系數大于0.7，則相關性成立。

3.4.2 目標振動壓實值確定

根據常規質量驗收指標檢測結果確定振動壓實值檢測結果的回歸模型[VCV]=0.281·K30+6.1，依據《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》規定，碎石類及礫石類地基系數K30為150（MPa·m-1），計算對應的振動壓實值48.25，即為目標振動壓實值[VCV]。

4 連續壓實過程控制

4.1 連續壓實控制一般要求

①施工段的填料、填層厚度與相關性試驗段的參數要保持一致。

②同時振動壓路機及其振動壓實工藝參數等與試驗段采用的一致，若有變化，重新進行相關性檢驗。

③碾壓輪跡數根據碾壓面寬度和安裝連續壓實設備用的壓路機輪寬劃分，確保覆蓋整個碾壓面，振動壓路機采用平碾方式，相鄰碾壓輪跡之間的重疊寬度控制在10 cm范圍內。

4.2 連續壓實過程控制判定

連續壓實過程控制應根據碾壓過程檢測取得的壓實質量信息，按照壓實程度、壓實均勻性和壓實穩定性的判定和控制準則進行實時的壓實質量監控。壓實程度、壓實均勻性和壓實穩定性可以通過連續壓實系統操作平臺直接生成，通過圖形可以直觀的判定壓實程度、壓實均勻性和穩定性是否滿足要求。

4.2.1 壓實程度判定

壓實程度通過通過率進行判定，通過率按照不小于95%進行控制，且不通過的檢測單元應呈分散分布狀態。

4.2.2 壓實均勻性判定

壓實均勻性通過碾壓輪跡上振動壓實曲線的波動變化程度和碾壓面振動壓實值數據的分布特征進行判定。壓實均勻性宜按振動壓實值數據不小于其平均值的80%即VCVi≥0.80VCV進行控制。

4.2.3 壓實穩定性判定

壓實穩定性應按同一碾壓輪跡上前后兩遍振動壓實值數據變化率不大于δ進行控制，其中δ為規定的精度，按照對應的常規質量驗收指標數據變化率不大于5%進行確定。

5 應用效果分析

路基填筑連續壓實控制技術實現了碾壓質量過程控制，可實時檢測全程范圍內的壓實點和材料，及時找到不合格區域，避免常規檢測僅反映監測點壓實質量的現象；該技術不僅提高了作業質量、工作效率，降低了施工成本，此外，可將施工數據完整存檔，現場生成報告，便于事后分析和數據處理。

6 結束語

路基填筑連續壓實控制施工技術把由點的抽樣檢測轉變為覆蓋整個碾壓面的全面監控與檢測，對壓實過程以可視化體現，同時，連續壓實系統與常規檢測方法結合，使常規檢測的隨機控制變為薄弱區域控制，大大減少常規檢測數量，并且可以確定常規檢查不合格點的范圍。連續壓實系統的全過程控制，與施工同步進行，能指導現場施工，對欠壓段能即使進行補充碾壓。連續壓實系統是土木工程與電子技術、信息技術完美結合，把網絡傳輸、GPS與傳統機械制造融匯在一起，操作簡單，能實時顯示壓實信息，遠程傳輸的數據可供業主和相關管理部門實時查看，最大效能地發揮了各項技術的功能和效益。連續壓實系統確保料路基填筑壓實的整體質量及其均勻性，避免由于填筑壓實質量不均勻造成的路基不均勻沉降。該技術有利于縮短施工工期，提高工程安全和質量，實現經濟效益。

參考文獻：

[1]中國鐵道科學研究院.壓實系統使用手冊CCC-800[Z].2016.

[2]中國鐵路總公司.鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程：Q/CR 9210-2015[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[3]楊維威.鐵路路基填筑中的連續壓實控制技術應用[J].路基技術，2013（2）：174.

[4]臧春波.京沈客運專線路基連續壓實控制技術[J].鐵道建筑技術，2017（8）：119-122.