公路施工壓實均勻性檢測技術研究

摘 要：公路施工建設的質量問題直接影響公路交通安全，對生產生活具有十分重要的意義。考慮公路質量涉及很多影響因素，本文提出了一種基于主成分的公路施工壓實均勻性檢測方法。在這個方法中，根據主成分分析模型，構建影響公路質量多個因子，這些影響因子包括彎沉值、動剛度、彈性模量等壓實均勻性指標。針對試驗地公路施工中的多層壓實處理進行檢測研究，檢測結果表明：本文提出的方法可以有效檢測壓實均勻性的程度，為公路施工質量檢測提供了新的技術。

關鍵詞：交通工程；壓實均勻性；質量檢測

中圖分類號：U 41 " 文獻標志碼：A

公路是我國交通體系中的重要組成部分，在旅客運輸和貨物運輸中發揮著非常重要的作用。在公路建設過程中，從路基到路面要經過多道施工工序，逐層進行夯實、填壓、涂覆、壓實等操作，從而保證公路建設的質量[1]。經過復雜的工序處理，公路會呈現出多層壓實的效果，并且可以通過壓實均勻性測定公路施工質量。如果公路施工質量較差，就會出現壓實度不均勻的情況，從而導致某些局部沉降、結構不穩等問題，嚴重時可能引起路面塌陷、路基垮塌[2]。反之，公路施工質量較好，公路整體的壓實均勻性就會較高，發生沉降、塌陷、結構錯移等現象的概率大為降低。實際工程經驗也表明，影響公路施工質量和壓實均勻性的因素非常多，在常規的質量檢測中應該充分考慮這些因素的存在及不同的影響程度[3]。本文依托主成分模型，構建一種新的公路施工壓實均勻性檢測方法。

1 公路壓實均勻性的主成分建模原理

公路在分階段分層施工后，會逐步夯實得到更好的施工質量，從而保證公路整體的堅實可靠和更長的使用壽命。對公路壓實均勻性來說，很多因素都有重要的影響，例如彎沉值、動剛度、彈性模量等。但多種因素的影響是一個極為復雜的過程，僅僅分析其中一種因素的影響并不客觀。因此，借助主成分模型，同時分析多種因素的影響是合理的，需要構建公路壓實均勻性的主成分分析模型。

主成分模型中的每個新指標就是主成分，它是原有全部指標或部分指標的線性組合。在主成分形成的過程中，還需要盡可能保證各個主成分之間互不相關。如果各個主成分之間存在相關性，就需要對其進行相關性處理。

主成分模型的具體操作：根據公路施工壓實均勻性影響因素的原始指標提取第一個主成分，形成一個新的變量Y1。這個新的變量是全部或部分原始指標線性組合的形式。如果Y1沒有包括全部的原始指標的信息，就需要再提取第二個主成分變量，保證納入更多的影響公路施工壓實均勻性的因素，在形成Y2形成后，必須要保證與Y1彼此獨立，即線性不相關。如果Y1和Y2存在相關性，就不能最大限度地表征影響公路施工壓實均勻性原因的全面性。按照上述過程不斷遞進，直到形成的主成分變量Y1、Y2……能夠完整地表達影響公路施工壓實均勻性的因素，主成分提取的過程宣告結束。

如果影響公路施工壓實安全性的原始因素有P個，分別用X1、X2、……、Xp表達，在提取k個主成分變量后，形成新的表達式（1）。

（1）

式中：F1、F2、……、Fk為k個主成分變量；t11為主成分F1對第一個原因因素X1的構成權重；tpk為主成分Fk對第一個原因因素Xp的構成權重；ε1、ε2、……、εp為每個主成分構成關系中的補充項。

在公式（1）中，構成權重參數也稱之為因子載荷，因子載荷越大表示該主成分變量和原始因素之間的關聯程度越大。

2 公路壓實均勻性的理論分析

采用公式（1）構建的主成分模型，對公路施工壓實均勻性的影響進行分析，本文同時考慮了4個參量：公路施工后的整體彎沉值、公路施工后的整體動剛度、公路施工后的整體回彈模量、公路施工后的整體彈性模量。這4個參量可以提取6個共有的主成分，見表1。

根據這些主成分和各個參量之間的關系，可以構建碎石圖。本文將第四個參量作為代表，觀察公路施工后的整體彈性模量與6個主成分的碎石圖，如圖1所示。

根據表1的數據，按照主成分分析模型，可以得出結論，第一個參量的公路施工后的整體彎沉值主要和第一主成分、第二主成分、第三主成分有關，而和第四主成分、第五主成分、第六主成分關系微弱。因此，根據公式（1）計算第一個參量的各個主成分表達結果如下。整體彎沉值的第一主成分：

F1=0.149X1+0.562X2+0.561X3-0.031X4-0.031X5+0.571X6；整體彎沉值的第二主成分：F2=0.391X1+0.063X2+0.062X3+0.722X4+

0.558X5-0.102X6；整體彎沉值的第三主成分：F3=0.751X1+0.231X2+

0.233X3-0.059X4+0.541X5-0.208X6。

根據表1的數據，按照主成分分析模型，可以得出，第二個參量的公路施工后的整體動剛度形成主要和第一主成分、第二主成分、第三主成分有關，而和第四主成分、第五主成分、第六主成分關系微弱。因此，采用公式（1）計算第一個參量的各個主成分表達結果如下。

整體動剛度的第一主成分：F1=0.329X1+0.588X2+0.593X3-

0.031X4+0.031X5+0.429X6；整體動剛度的第二主成分：F2=

0.549X1+0.022X2+0.021X3+0.679X4+0.211X5+0.448X6；整體動

剛度的第三主成分：F3=0.291X1-0.016X2-0.021X3+0.148X4+

0.891X5-0.201X6。

根據表1的數據，按照主成分分析模型，可以得出，第三個參量的公路施工后的整體回彈模量形成主要和第一主成分、第二主成分有關，而和第三主成分、第四主成分、第五主成分、第六主成分關系微弱。因此，采用公式（1）計算第一個參量的各個主成分表達結果如下。

整體回彈模量第一主成分：F1=0.131X1+0.594X2+0.579X3-

0.009X4+0.141X5+0.572X6；整體回彈模量第二主成分：F2=0.411X1+0.111X2+0.121X3+0.638X4+0.601X5+0.021X6。

根據表1的數據，按照主成分分析模型，可以得出，第四個參量的公路施工后的整體彈性模量形成主要和第一主成分、第二主成分有關，而和第三主成分、第四主成分、第五主成分、第六主成分關系微弱。因此，采用公式（1）計算第一個參量的各個主成分表達結果如下。

整體彈性模量第一主成分：F1=0.118X1+0.569X2+0.568X3-

0.009X4+0.149X5+0.571X6；整體彈性模量第二主成分：F2=0.451X1+0.112X2+0.111X3+0.648X4+0.588X5+0.031X6。

3 公路壓實均勻性的檢測結果

在研究工作中，根據主成分建模理論和方法，將公路施工后的壓實均勻性構建為包括多個參量的主成分模型，并根據具體的計算結果得到4個參量和6個主成分之間的關系方程。后續將以試驗地的公路施工為具體研究對象，對其進行壓實均勻性的實地測量和量化評價。

在試驗地的公路上，選擇20個檢測點位，盡可能考慮在空間間隔上的均勻性和合理性。首先，觀察第一個參量，公路施工后整體的彎沉值同標準值的比對結果，如圖2所示。

在表征公路壓實均勻性的過程中，將彎沉值的標準值設定為0.4。超過0.4這個標準值的，彎沉值較大，壓實均勻性不好。超出的范圍越大，公路施工壓實越不均勻。結果表明：檢測點位1到檢測點位2，再到檢測點位3之間的區域的壓實均勻性都比較好，低于0.4。同樣的區域包括檢測點位8到檢測點位9，再到檢測點位10，檢測點位13到檢測點位14。而壓實不均勻的區域包括檢測點位4到檢測點位5，檢測點位11到檢測點位12，再到檢測點位13，檢測點位16到檢測點位17，檢測點位19到檢測點位20。

其次，觀察第二個參量，公路施工后整體的動剛度同標準值的比對結果，如圖3所示。

在表征公路壓實均勻性的過程中，將動剛度的標準值設定在0.5。超過0.5這個標準值的，就表明動剛度較大，超出越多，動剛度越好。可以看出，試驗地公路中，檢測點位1到檢測點位2，檢測點位9到檢測點位10，檢測點位13到檢測點位14，再到檢測點位15，這3段區域的動剛度都比較高，表明這些區域的壓實均勻性較好。這個結果與第一個參量彎沉值的檢測結果是一致的。

再次，觀察第三個參量，公路施工后整體的回彈模量同標準值的比對結果，如圖4所示。

在表征公路壓實均勻性的過程中，將回彈模量的標準值設定在0.45。低于0.45這個標準值就說明回彈模量較好，在試驗地公路中，檢測點位8到檢測點位9，檢測點位11到檢測點位12，再到檢測點位13，檢測點位17到檢測點位18到檢測點位19，再到檢測點位20，這4個區域的回彈模量都比較好。

最后，觀察第四個參量，公路施工后整體的彈性模量同標準值的比對結果，如圖5所示。

在表征公路壓實均勻性的過程中，將彈性模量的標準值設定為0.45。低于0.45這個標準值就說明彈性模量較好，這個幅度越低，彈性模量越好。由此可以看出，彈性模量和回彈模量的結果較為一致。

4 結論

在公路建設過程中，從路基到路面要經過多道施工工序，逐層進行夯實、填壓、涂覆、壓實等操作，從而保證公路建設的質量。經過復雜的工序處理，公路會呈現出多層壓實的效果，可以通過壓實均勻性來測定公路施工質量。為了對公路施工壓實均勻性進行有效檢測，本文構建了一種基于主成分模型的檢測方法，設置了4個參量和6個主成分，并給出了詳細解算過程。針對試驗地公路施工后的壓實均勻性檢測，有效地觀察了各個參量對壓實均勻性的影響。

參考文獻

[1] 王小林. 公路路基壓實施工技術及質量控制研究[J]. 中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術， 2023， 25（2）： 41-44.

[2] 張健， 董旭華. 公路工程檢測技術在公路工程質量控制中的應用分析[J].中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術， 2022， 35（10）： 226-231.

[3] 王峰， 翟峰， 劉學軍. 標準化建設理念在高速公路質量管理中的應用分析[J]. 交通節能與環保， 2023， 19（1）：15-16.