連續(xù)壓實系統(tǒng)在填方工程中的應用

袁志軍

（浙江華東工程建設管理有限公司，杭州 310012）

1 路基連續(xù)壓實控制系統(tǒng)簡介

連續(xù)壓實控制系統(tǒng)應用了多種現(xiàn)代化技術，例如，GNSS高精度定位技術、微電子技術、無線通信技術等，在路基施工中，該系統(tǒng)可以采集到行駛軌跡、方向、速度、壓實度、碾壓遍數(shù)、填筑層數(shù)（厚度）等多種施工指標，并對所采集的指標進行分析與反饋，實現(xiàn)連續(xù)壓實控制[1]。

1.1 系統(tǒng)原理

連續(xù)壓實檢測系統(tǒng)主要由基站、北斗衛(wèi)星、傳感器和計算機端構(gòu)成。北斗衛(wèi)星可以接收項目區(qū)域基站所發(fā)射差分信號對壓路機進行精確定位，而壓路機上所安裝的多種傳感器可以配合檢測出施工時壓路機的進行軌跡以及碾壓遍數(shù)等信息，并將數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至車載計算機中，操作司機可以根據(jù)數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工。這些數(shù)據(jù)還將通過GNSS無線通信的方式傳到服務器，使得管理人員能夠24 h遠程查看施工信息，監(jiān)督作業(yè)。圖1為連續(xù)壓實系統(tǒng)。

圖1 連續(xù)壓實系統(tǒng)

1.2 路基連續(xù)壓實控制的優(yōu)勢

1）利用覆蓋整個填層的全面檢測代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點抽樣檢測，不僅能更加精確地監(jiān)測到當前的壓實狀態(tài)，還能直觀地顯示在車載平板中。

2）將事后隨機控制的方法改進為連續(xù)壓實檢測關鍵區(qū)域的控制方法，這樣不僅可以大大降低檢測數(shù)量，更可以找出在傳統(tǒng)檢測中不合格的點所處位置，并對此位置額外加強處理，減少返工面。

3）利于施工數(shù)據(jù)的存檔，可以快速生成分析報告。

4）實現(xiàn)施工過程的全過程監(jiān)控：實時軌跡、壓實層數(shù)與遍數(shù)、壓實度、厘米級定位等數(shù)字化信息將同步至車載計算機中，施工人員可以通過這些數(shù)據(jù)來輔助施工，對項目路基壓實質(zhì)量的均勻性有很大提升，還能排除相鄰工作面的干擾，提高工程的質(zhì)量。

5）利用智能化、信息化的檢測設備，對當前填筑層的壓實程度、壓實均勻性進行實時監(jiān)測，利于駕駛員進行相應的操作[2]。

2 工程概況

本文以廣州從化某工業(yè)園區(qū)基層工程為實例，該園區(qū)占地面積約40 km2，其中約30 km2需要進行基層填筑。為了提高基層填筑的施工質(zhì)量與效率，并滿足工程設計文件的時間與質(zhì)量標準，根據(jù)工程區(qū)域的實際情況，確定采用連續(xù)壓實控制技術對本段基層進行施工。

3 連續(xù)壓實控制技術工藝

3.1 設備安裝檢查

本次工程所設計的系統(tǒng)由硬件、軟件兩部分組成。硬件的重要組成部分是一系列加載和檢測設備及連接裝置，配套安裝后需要符合工程建設的性能要求和安裝規(guī)范，壓實信息管理系統(tǒng)則為軟件系統(tǒng)的主要構(gòu)成，對壓實過程的優(yōu)化提供支持。

在系統(tǒng)安裝之后，還需要對設備的連接情況進行復查，并對壓路機的行駛速度與振動頻率進行檢測。選取一段各項指標符合測試標準的路基作為測試區(qū)域，檢測時需根據(jù)實時測定的壓路機振動頻率與行進速度進行參數(shù)設置與調(diào)試。

3.2 相關性試驗

在施工之前還需對比連續(xù)壓實控制指標與傳統(tǒng)驗收指標，計算獲得兩指標的相關性。本項目采用相關性試驗結(jié)合施工工藝試驗的方法，選取DK600+796.012~DK600+896.78段基床底層第二層為施工測驗區(qū)域。

3.2.1 施工準備

1）填料：填料的采用有著嚴格的質(zhì)量要求，需經(jīng)檢測機構(gòu)檢驗合格（本次使用的填料最佳含水量約為6.5%，最大干密度約為2.27 g/cm3，最大粒徑＜58 mm）。

2）現(xiàn)場：將施工區(qū)域劃分為4個區(qū)段（填土區(qū)段、平整區(qū)段、碾壓區(qū)段、檢測區(qū)段）并對每個區(qū)段設立醒目的標牌。填土區(qū)需要進行網(wǎng)格劃分，劃分規(guī)格為10 m×nm（n＜10）[3]。

3.2.2 取、卸料及攤鋪

在填料前需要在施工區(qū)域按照設計需求繪制方格，填料時挖掘機配合汽車根據(jù)這些方格的標注進行卸料。填料完畢之后由推土機與平地機進行兩道壓平處理，直至滿足松鋪厚度33 cm以及相對硬度的設計要求。

3.2.3 連續(xù)壓實及檢測

本次施工采用22 t型振動壓路機，碾壓步驟如下：（1）靜壓1遍；（2）弱振2遍；（3）強振n遍（n=1，2，3）；（4）弱振1遍；（5）靜壓收光1遍。

過程中路基面將會被逐步碾壓至輕度、中度和重度3種不同的密實狀態(tài)，處于每種狀態(tài)時需選定若干個檢測點，按照規(guī)程對每個檢測點分別檢測常規(guī)檢驗指標K30及與該點的振動壓實值。

3.3 連續(xù)壓實控制

3.3.1 連續(xù)壓實控制準備

按照測試區(qū)的安裝方法安裝檢測設備，根據(jù)填料技術指標和攤鋪厚度要求調(diào)試壓實控制系統(tǒng)的控制參數(shù)與壓路機的工藝參數(shù)。另外，在施工段的邊界做好標識，并計算出施工段的長度與寬度。

3.3.2 連續(xù)壓實過程控制

壓實過程中利用傳感器實時監(jiān)測，由計算機進行分析顯示，進而控制壓實面的穩(wěn)定性、均勻性以及壓實程度。該技術將控制技術與壓實檢測工藝相結(jié)合，同時具有兩者的優(yōu)勢。

壓實程度：在壓實操作結(jié)束后需對壓實值進行測定，每個單元的壓實值小于目標壓實值則視為不合格，所有單元的合格率應大于95%。

壓實均勻性:通過測定施工段各個位置的壓實數(shù)據(jù)繪制壓實曲線與分布特征圖，曲線要保持平滑并且各位置的壓實度應大于整段區(qū)域壓實度的80%。

壓實穩(wěn)定性：壓路機在施工段相同位置前后兩次壓實操作（保持輪跡一致）后檢測到的指標變化情況。此次工程要求壓實穩(wěn)定性變化率δ＜2%。

3.4 路基網(wǎng)格化劃分與分解

3.4.1 施工網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分是施工階段的重要一步，根據(jù)需求對施工區(qū)域的路基網(wǎng)格化劃分，以便施工高效率地進行以及后續(xù)的檢測。在項目中按照200 mm×50 mm的規(guī)則網(wǎng)格對整體的路基進行劃分，并對其進行里程劃分與編號，以便更好地確定某段網(wǎng)格需要進行的填料類型、層數(shù)和驗收范圍，加快了工程驗收以及資料歸檔的效率。

3.4.2 施工網(wǎng)格分解

將每一個網(wǎng)格的坐標、填料類型、填筑層數(shù)、不規(guī)則圖形等信息進行分解，以便后續(xù)檢測與控制。

3.5 施工網(wǎng)格精準定位

網(wǎng)格分解后，傳感器所獲取到的數(shù)據(jù)將被傳到機載CPS與CPS-RTK測量手簿端，CPS-RTK測量手簿能夠?qū)郝窓C實時定位，并且跟蹤它的行駛軌跡進行放樣。根據(jù)工程的需求設置放樣誤差為10 cm，在壓實工作進行時，只要偏離網(wǎng)格達到10 cm時，車載計算機就會發(fā)出預警，機械操作人員能夠及時修正行進軌跡，避免偏離預設軌跡或者各種欠壓過壓問題。

3.6 連續(xù)壓實檢測薄弱區(qū)精準定位

對獲取到的網(wǎng)格信息進行分析，得出網(wǎng)格中壓面的薄弱區(qū)域，有針對性地對該區(qū)域進行加強處理，降低返工率。對比正線路基（即帶狀路基），本項目網(wǎng)格較寬，在同一網(wǎng)格中可能會出現(xiàn)多個壓路機的運行輪跡，這也將提高壓力不均問題風險。運用機載CPS配合RTK測量手簿對檢測薄弱區(qū)域進行精準定位，降低了操作司機憑借經(jīng)驗進行定位時產(chǎn)生的誤差，同時減少作業(yè)時間。

3.7 相鄰網(wǎng)格搭接臺階精確處理

根據(jù)試驗段對相鄰網(wǎng)格搭接時出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，設置壓實厚度為30 cm，按照高度與寬度1∶2的比例來設置搭接臺階。壓實操作后，還需進行臺階開挖操作，設置臺階的寬度為60 cm，設置放樣誤差小于0.8 m。這樣操作司機就可以在RTK測量手簿的指導與預警下進行施工，提升壓面的質(zhì)量。

3.8 路基施工質(zhì)量精準控制

壓路機運行路徑與行進速度，路基壓實狀況、均勻性等圖像及數(shù)字信息能夠通過CPS測量手簿和機載平板電腦實時反映給機械操作司機，便于機械操作司機通過參考這些信息做出以下操作：（1）通過CPS測量手簿對壓路機進行實時定位，確保壓路機碾壓施工范圍的準確性；（2）參考車載電腦顯示的當前速度，對行進速度進行及時調(diào)整，使行進速度滿足規(guī)范施工的速度要求；（3）操作司機可以參考壓實度曲線，及時對欠壓位置進行補壓操作，提高路基的壓力均勻性；（4）機載電腦與CPS測量手簿可以進行預警，即使在夜間也能顯示壓路機的行進路線，保障夜間施工的質(zhì)量。

4 質(zhì)量檢測

壓實過程完畢后，將完整的壓實區(qū)域分為若干個長度為100 m的檢測區(qū)域，檢測時壓路機需保持勻速正向行駛，速度需控制在2~3 km/h。壓實質(zhì)量分析時對于每一個檢測單元（1 m2），都應該同時滿足以下3點：（1）壓實程度通過率：在壓實操作結(jié)束后需對壓實值進行測定，每個單元的壓實值小于目標壓實值則視為不合格，所有單元的合格率應大于95%。（2）壓實均勻性：通過測定施工段各個位置的壓實數(shù)據(jù)繪制壓實曲線與分布特征圖，曲線要保持平滑并且各位置的壓實度應大于整段區(qū)域壓實度的80%。（3）壓實穩(wěn)定性：壓路機在施工段相同位置前后兩次壓實操作（保持輪跡一致）后檢測到的指標變化情況。此次工程要求壓實穩(wěn)定性變化率δ＜2%。

針對不符合要求的局部區(qū)域，可以根據(jù)檢測的結(jié)果進行修補處理，直到最終的檢測結(jié)果符合連續(xù)壓實控制的要求。圖2為路基壓實程度檢測結(jié)果。

圖2 壓實程度分布圖

5 結(jié)語

綜上所述，連續(xù)壓實控制技術的應用實現(xiàn)了對路基填筑施工的實時、全過程的監(jiān)控，能夠快速、直觀地找出碾壓面的薄弱區(qū)域，從而降低了施工、人員的成本和油耗，實現(xiàn)了對路基壓實質(zhì)量的全面控制，本文結(jié)合具體工程實例，對連續(xù)壓實系統(tǒng)在路基工程中的應用進行了詳細的研究，以促進路基填筑數(shù)字化、信息化進程，確保道路工程施工質(zhì)量。