連續(xù)壓實技術(shù)在路基質(zhì)量控制中的應(yīng)用

潘紅偉 中鐵北京工程局集團(tuán)有限公司

鐵路路基施工質(zhì)量檢測的控制指標(biāo)主要有K、K30和EVD等。這些指標(biāo)檢測主是路基壓實后采取路基隨機(jī)取點抽樣檢驗，該檢測方法屬于“點”檢測和“事后”檢測，無法做到整個路基表面檢測和過程檢測，可能會存在個別部位不滿足規(guī)范要求，但檢測合格的現(xiàn)象。連續(xù)壓實技術(shù)是電子信息技術(shù)與工程施工相結(jié)合的產(chǎn)物，避免了傳統(tǒng)檢測手段的弊端，能夠直觀、簡便的顯示路基的施工過程質(zhì)量情況，對路基施工質(zhì)量的提升具有重要意義。

1 工程概況

連鎮(zhèn)鐵路5標(biāo)共有路基土方填筑56萬m3，全部為界首鎮(zhèn)站的站場及區(qū)間路基范圍。地基采用CFG樁加固，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.8 m，基底設(shè)碎石墊層厚0.5 m，內(nèi)鋪設(shè)一層雙向經(jīng)編土工格柵，抗拉強(qiáng)度不小于200 kN/m。車站內(nèi)正線路基基床表層標(biāo)準(zhǔn)與正線路基相同，表層（級配碎石）厚0.7 m，底層（場拌改良土（摻灰8%））厚2.3 m，總計3.0 m；基床以下為場拌改良土（摻灰5%），改良土采用黏性土改良。

2 連續(xù)壓實的工作原理及特點

2.1 工作原理

連續(xù)壓實是將振動壓實機(jī)具作為加載設(shè)備，根據(jù)壓實機(jī)具與路基之間的相互作用，根據(jù)連續(xù)壓實控制指標(biāo)與常規(guī)檢驗指標(biāo)（指 K30、Ev2、Evd、K）之間的正相關(guān)關(guān)系，通過路基結(jié)構(gòu)的反作用力（抗力）來分析和評定路基的壓實狀態(tài)，進(jìn)而實現(xiàn)碾壓過程中壓實質(zhì)量的連續(xù)控制。

路基填筑碾壓過程中，根據(jù)土體與振動壓路機(jī)相互動態(tài)作用原理，通過連續(xù)量測振動壓路機(jī)振動輪豎向振動響應(yīng)信號，建立檢測評定與反饋控制體系，實現(xiàn)對整個碾壓面壓實質(zhì)量的實時動態(tài)監(jiān)測與控制（見圖1）。

圖1 連續(xù)壓實系統(tǒng)示意

2.2 連續(xù)壓實的特點

（1）由點的抽樣檢測轉(zhuǎn)變?yōu)槊娴臋z測，檢測覆蓋了所有碾壓面，無死角，能掌握整個碾壓面的壓實狀態(tài)。

（2）實現(xiàn)了施工過程的全過程監(jiān)控，與施工同步，效率高、不干擾施工，并且能夠指導(dǎo)現(xiàn)場施工，對欠壓地段及時補(bǔ)充碾壓，同時可以避免過壓和優(yōu)化碾壓遍數(shù)，可以提高壓實質(zhì)量的均勻性。

（3）量測設(shè)備智能化程度高，操作簡單，安裝在駕駛室內(nèi)實時顯示壓實信息，操作簡便，結(jié)果清晰易懂。

3 連續(xù)壓實的相關(guān)校驗和取值

3.1 相關(guān)性校驗

（1）選擇不小于100 m的路基進(jìn)行工藝性試驗，試驗中采用的壓式設(shè)備、填料、含水量以及填層厚度等與后續(xù)施工段一致。

（2）試驗段應(yīng)標(biāo)識清楚起始和終止標(biāo)志線，按輕度、中度、重度三種壓實狀態(tài)進(jìn)行作業(yè)。

（3）在相關(guān)性校驗時，應(yīng)先進(jìn)行連續(xù)壓實的檢測并記錄數(shù)值，再進(jìn)行常規(guī)檢測記錄數(shù)值，最后做數(shù)據(jù)處理。

（4）在進(jìn)行常規(guī)檢測時要求輕度、中度、重度三種狀態(tài)的檢測數(shù)量分別不應(yīng)少于6組。要求重度壓實狀態(tài)區(qū)域的檢測結(jié)果必須達(dá)到路基相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓實合格標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 數(shù)據(jù)計算

本次分別以路床8%石灰改良土和路床級配碎石進(jìn)行舉例。改良土常規(guī)檢測指標(biāo)為壓實系數(shù)K；基床表層級配碎石常規(guī)檢測指標(biāo)為地基系數(shù)K30、動態(tài)變形模量Evd、壓實系數(shù)K，本次改良土以地基系數(shù)K，基床表層級配碎石K30（因為壓實

系數(shù)K檢測較為繁瑣，Evd和振動壓實都屬于動態(tài)檢測，理論上相關(guān)性較強(qiáng)，因此選擇K30對進(jìn)行驗證）進(jìn)行相關(guān)系數(shù)校驗和建模。具體數(shù)據(jù)見表1、表2。

表1 8%改良土常規(guī)檢測與振動壓實對應(yīng)統(tǒng)計表

表2 基床表層級配碎石常規(guī)檢測與振動壓實對應(yīng)統(tǒng)計表

（1）相關(guān)性系數(shù)計算。計算公式：

式中：

x--常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)（k、k30、EVD等）；

y--振動壓實系數(shù)；

xi、yi--x和y的樣本值，其中,i=1,2，……，n，代表常規(guī)檢測數(shù)量；

r--x和y的相關(guān)系數(shù)

根據(jù)上述公式得出：

基床底層8%改良土的相關(guān)系數(shù)r=0.78；

基床表層級配碎石的相關(guān)系數(shù)r=0.97。滿足規(guī)范r≥0.7的要求。

（2）振動壓實值與常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的回歸模型計算公式：

式中：

x--常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)（k、k30、EVD等）；

y--振動壓實系數(shù)；

xi、yi--x和y的樣本值，其中，i=1,2，……，n，代表常規(guī)檢測數(shù)量；

ɑ、b--回歸系數(shù)。

根據(jù)上述公式得出：

基床底層8%改良土回歸系數(shù)ɑ=341.73，b=0.63；

基床表層級配碎石回歸系數(shù)ɑ=147.50，b=1.41

（3）根據(jù)常規(guī)驗收指標(biāo)計算目標(biāo)振動值的計算公式：

[VCV]=ɑ+b[x]

式中：

[x]--常規(guī)檢測指標(biāo)規(guī)范要求的合格值（改良土壓實系數(shù)合格值為95；基床表層K30合格值190）；

[VCV]--目標(biāo)振動壓實值；

ɑ、b--回歸系數(shù)

根據(jù)上述公式得出：

基床底層8%改良土壓實目標(biāo)值[VCV]=402

基床表層級配碎壓實目標(biāo)值[VCV]=415

3.3 計算及取值注意事項

（1）根據(jù)圖2、圖3對比可以看出改良土的數(shù)據(jù)離散性較大，得出的相關(guān)性系數(shù)也較小，在實際采集數(shù)據(jù)分析時應(yīng)注意將離散性較大的數(shù)據(jù)剔除后進(jìn)行計算，或者重新采集數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的相關(guān)性滿足要求，更為合理的進(jìn)行回歸分析。

圖2 路床底層改良土目標(biāo)振動壓實值確定圖

圖3 路床表層級配碎石目標(biāo)振動壓實值確定圖

（2）路基填料的不同，相關(guān)性也不相同，在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時，應(yīng)對不同的填料分別進(jìn)行采集分析。

（3）因為含水量大小對路基的壓實程度和土體物理性能影響較大，特別是對黏性土影響更大，因此相關(guān)系數(shù)校驗應(yīng)在最優(yōu)含水量要求范圍進(jìn)行。

（4）在進(jìn)行相關(guān)性系數(shù)校驗時，輕度區(qū)、中度區(qū)、重度區(qū)應(yīng)明顯區(qū)分開，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)過于集中，不利于分析、判斷。

4 連續(xù)壓實質(zhì)量控制

4.1 設(shè)備要求

（1）振動壓路機(jī)性能穩(wěn)定，自重不小于16 t；振動頻率波動不超過規(guī)定值的±0.5 Hz。

（2）壓路機(jī)應(yīng)保持勻速行駛，一般為3km/h，不超過4km/h。

（3）使用的加速度振動傳感器，靈敏度不應(yīng)小于10 mV（m·s-2）,量程不小于 10 g；采集裝置的模/數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)不應(yīng)小于400 Hz；顯示器實時以數(shù)字和圖形方式顯示壓實質(zhì)量相關(guān)信息。

4.2 工藝質(zhì)量控制

（1）嚴(yán)格按照“設(shè)備檢查、相關(guān)校驗、過程控制、質(zhì)量檢測”四階段進(jìn)行。

（2）嚴(yán)格按照如圖4所示工藝流程進(jìn)行施工。

圖4 連續(xù)壓實系統(tǒng)工藝流程圖

（3）碾壓輪機(jī)應(yīng)按照路基寬度和壓路機(jī)輪寬劃分，確保能覆蓋整個碾壓面，碾壓時相鄰碾壓輪跡之間重疊控制在10cm。

4.3 質(zhì)量檢測控制

（1）現(xiàn)場碾壓振動壓實值VCV大于等于目標(biāo)振動壓實值[VCV]的面積不小于95%的目標(biāo)進(jìn)行控制。當(dāng)壓實程度通過率小于95%時，必須在未通過的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)壓。

（2）當(dāng)前后兩邊振動壓實值數(shù)據(jù)差異較大時表面壓實穩(wěn)定性不夠，應(yīng)在該輪跡上補(bǔ)壓以提高壓實穩(wěn)定性。

（3）壓實均勻性也可通過碾壓輪機(jī)上振動壓實曲線波動變化程度和碾壓振動數(shù)值分布的特征進(jìn)行判定，均勻性按振動壓實值不小于平均壓實值的80%（ ）進(jìn)行控制。

（4）壓實質(zhì)量按照現(xiàn)行驗標(biāo)進(jìn)行驗收，普通填料和化學(xué)改良土區(qū)間正線壓實系數(shù)6個點中抽一個點在壓實質(zhì)量薄弱區(qū)，另5個點分別在路基邊線1 m處左右各2點，路基中部1點。普通填料地基系數(shù)4個抽檢點中學(xué)區(qū)1個點在壓實質(zhì)量薄弱區(qū)內(nèi)，另外3個點分別為距路基邊線2 m處左、右各1點路基中不1點。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度3個抽檢點中選取1個點在壓實質(zhì)量薄弱區(qū)內(nèi)，另外2個點根據(jù)薄弱點所在位置補(bǔ)充確定。

5 結(jié)束語

通過工程實踐在鐵路路基填筑工程中，采用連續(xù)壓實控制技術(shù)，實現(xiàn)了可視化，并對整個碾壓面、填筑全過程進(jìn)行實時質(zhì)量檢測，對路基填筑質(zhì)量控制起到了重要的保證作用。