基于連續壓實控制技術的某公路路基壓實質量及均勻性評價

摘要 使用連續壓實技術進行公路路基壓實施工時，需保證壓實的均勻性，及時處理不均勻位置。文章結合某公路工程對路基壓實均勻性的控制進行了分析，使用均勻性控制指標δ、縱向條帶的壓實度均勻性k和橫向條帶均勻性h進行了評價，實現了從縱向、橫向兩個方向對均勻性的測量和控制。研究表明，使用2%作為壓實度差異最為合理，可以較好地進行均勻性評價。

關鍵詞 連續壓實；公路路基；壓實均勻性

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0090-03

0 引言

公路工程的路基是道路的基礎，為保證路基的承受能力，在公路工程施工中需要對路基進行壓實，施工方式一般使用機械進行土體顆粒的碾壓，以有效提升結構密度，使結構的強度和穩定性更高[1]。為了避免出現局部應力集中現象，確保壓力、荷載的均勻傳遞，防止出現不均勻沉降，需要保證路基壓實的均勻性。該文對某使用連續壓實控制技術的公路路基壓實質量進行研究，檢測其壓實效果，并對連續壓實作業的均勻性進行評價。

1 公路工程路基施工狀況

1.1 工程概況

某公路工程為城區和機場連接的高速公路工程，道路全長11.266 km，路基寬度為26 m，路面為瀝青混凝土結構，路基是石土混合體，比例為4.5∶5.5。通過對地質結構的勘察，地下的主要結構為黏土和風化巖，其中風化巖已嚴重風化變成土狀，黏土呈現出松散結構。路基結構的石料為強風化巖和中等風化巖，其中強風化巖結構為泥-砂質結構，均勻性較低，遇水后容易軟化分解，抗壓強度在2.0 MPa以下。

1.2 壓實作業方法

該工程使用26 t振動壓路機開展壓實施工作業，其主要技術參數如表1所示。

1.3 連續壓實檢測技術

在對連續壓實指標進行檢測時，采用壓實計值進行測試。該測量方法下，會在振動輪軸位置安裝加速器檢測裝置，將所測量的加速數據傳輸至電腦，經過傅里葉轉化后確定諧波和基波的比值，進而完成對壓實效果的推算，其計算公式如下：

式中，——壓實計值；——加速度信號頻域下一次諧波對應的幅值；——基波幅值；——常數[2]。

檢測系統包括計算機、傳感器、顯示器三個部分，分別對應輸入單元、處理單元和輸出單元。輸入單元主要是振動輪上的加速傳感器和GPS，能夠實時傳遞振動壓路機行駛過程中的加速度信號；處理單元包括信號處理模塊、A/D轉換模塊、信號分析模塊、圖像生成模塊等；輸出單元包括機載顯示系統、遠程顯示系統、報告打印系統三部分，能夠在線實時顯示路基的壓實狀況[3]。

2 壓實均勻性評價方法

2.1 區域均勻性

均勻性是將工作區域劃分成多個區域，其中任意一個區域和相鄰區域之間的壓實度差異，一般使用δ表示。通過確定工作區域的均勻性，能夠反映工作區域的壓實度差異水平，其計算公式如下：

式中，Ki——第i個區域的壓實度（%）；Kj——第j個區域壓實度（%）。利用區域均勻性的概念能夠進行有限元分析，并確定在不同壓實度情況下路面、路基結構的性能，并進一步結合工程驗收要求確定均勻性的臨界要求，即確定均勻性的臨界指標δcrit，從而判斷工程施工是否合格。

2.2 條帶均勻性

條帶均勻性是將工程分為多個條帶，分析條帶壓實度和周圍其他條帶之間的差異。在進行條帶劃分時，一般沿著壓實的軌跡方向完成對均勻性的定量評價，最終獲得均勻性k，其計算公式如下：

式中，S——縱向條帶壓實度的標準差，計算公式如下：

F為F分布值，統計時會對所有縱向條帶的平均重復性偏差進行比較，以確定是否存在壓實度離散性大的條帶。

對橫向條帶均勻性的評價標準使用一致性統計量h，其計算公式如下：

d為橫向條帶偏差，其計算公式如下：

通過計算單條橫向條帶的平均值與所有條帶平均值的差距，然后將其和標準差進行比較，從而確定壓實度偏離情況較大的條帶。

3 區域均勻性判定臨界值δcrit計算

使用有限元分析確定δcrit，利用Abaqus軟件建立路面路基的模型。

3.1 材料參數

路面結構選擇半剛性材料作為基層瀝青路面，根據設計規范制作模型，路面結構的參數如表2所示。

根據實際施工中的檢測結果，施工區域內壓實度為93%～99%，因此使用壓實度在93%～99%之間對應的模量進行求解，從而獲得路基壓實密度和模量對應結果。

3.2 結果分析

通過將不同壓實度的模量輸入模型中，可以得到沿道路行駛方向不同壓實度下結構力學的變化情況，如表3所示：

隨著道路壓實程度的提升，路面彎沉、瀝青混合料層拉底應變、路基頂面壓應力均在逐漸減小，證明在壓實程度不均勻的情況下，對路基頂面造成的影響最明顯。結合工程驗收的實際情況，認為差異超過1%則變化不均勻，同時壓實度每增加1%，路基頂面壓實度變化為3.9%，變化并不明顯，缺少指導意義；壓實度差異為2%時，路基頂面壓應力變化率為7.8%，發現結構受力狀態所產生的影響；當壓實度差異為3%時，區域之間的差別過大，很多局部不均勻位置容易被忽略。因此，最終選擇2%作為均勻性判定的臨界值。

4 壓實均勻性評價

為了能夠對施工區域的壓實均勻性進行客觀評價，使用網格劃分成不同的條帶，劃分方法如圖1所示。使用該方法將某個施工區域分為500個子區域，選擇條帶內壓實度的平均值代表條帶的壓實度[4]。

4.1 縱向條帶評價

縱向條帶評價時，縱向條帶每5條為一組，計算縱向條帶區域內的均勻性控制指標δ，如圖2所示。由圖2可以發現，縱向條帶部分區域的均勻性控制指標高于2%，因此縱向條帶存在壓實不均勻的情況，其中條帶2存在δ超過4%的情況，說明條帶的區域內壓實不均勻問題比較突出。同時，條帶3存在3個大于δcrit的區域，說明壓實不均勻的問題比較嚴重，需要重點進行控制。結合GPS能夠比較準確地確定坐標點的位置，確定壓實不均勻區域的編號分別為46、62、75、77、308，可以進入現場檢查壓實狀況。

對條帶均勻性進行評價時，首先進行縱向條帶一致性統計量k的計算，然后在95%置信度水平下查詢分布表，確定縱向條帶臨界值kcrit為1.25。發現條帶2、3的k值分別為1.77和1.60，并且條帶2壓實的離散問題比較明顯，說明該條帶的壓實不均勻問題比較突出；條帶5的k值接近臨界值，說明該條帶可能存在壓實不均勻的問題。

4.2 橫向條帶評價

橫向條帶評價時，將每5條為1組，計算橫向條帶區域內的均勻控制指標δ，通過計算發現，橫向條帶2、3、15、18、19、22出現區域均勻性指標δ超過2%的情況，因此上述條帶的壓實均勻性不足；其中，條帶22存在δ大于4%的情況，因此該條帶內部壓實不均勻的情況比較明顯；條帶15和條帶19存在δ處于臨界值的區域，說明這兩條條帶的不均勻情況比較明顯，需要進行重點控制[5]。通過數據分析，確定橫向條帶一致性檢驗的臨界值hcrit為1.49，橫向條帶10、20、21的一致性統計量大于臨界值hcrit，說明該條帶的壓實度偏差值較大，其中橫向條帶20的h達到1.85，說明該條帶的均勻性與其他條帶區別較大，因此在該條帶位置的均勻性不足，而橫向條帶9、19、23的h和臨界值基本一致，證明這幾個條帶位置的均勻性較高。

5 結論

通過提升路基的壓實度，能夠保證道路投入運營后的結構穩定性，但需要對壓實度進行合理控制，在保證道路結構穩定的同時還應具備一定的彈性。結合該工程中的情況，使用2%作為壓實度差異最為合理。在實際施工中，通過分析區域均勻性控制指標δ，以及使用橫向、縱向條帶的壓實一致性統計量k和h，能夠較好地反映實際情況，以便進行薄弱區域的控制。

參考文獻

[1]郭旺，楊賢，朱燕文，等.基于連續壓實控制技術的土質路基壓實質量評估研究[J].湖南交通科技， 2023（3）：81-85+92.

[2]郝夢龍.基于連續壓實及動態變形模量檢測技術的土石混填路基壓實質量研究[J].黑龍江交通科技， 2023（8）：5-7.

[3]吳龍梁.基于能量耗散的路基連續壓實控制技術研究[D].北京：中國鐵道科學研究院， 2020.

[4]陳超.路基土壓實度自動連續檢測新技術研究[D].重慶：重慶交通大學， 2018.

[5]張家玲.連續壓實無砟軌道路基結構支撐剛度均勻性研究[D].成都：西南交通大學， 2014.