劉東海，林 敏，李子龍

(天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

公路水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控與評估研究

劉東海，林 敏，李子龍

(天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

目前通常采用挖坑取樣法檢測路基水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量，不僅破壞路面整體結(jié)構(gòu)，干擾后續(xù)施工作業(yè)，而且用有限個(gè)試坑樣本反映整幅路段壓實(shí)質(zhì)量，存在一定偏差。研制開發(fā)了公路水穩(wěn)層振動(dòng)碾壓質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，建立了壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測指標(biāo)(Compaction Value，CV)與水穩(wěn)層壓實(shí)度之間的質(zhì)量評估模型，提出了水穩(wěn)層全工作面壓實(shí)質(zhì)量快速評估方法，可分析壓實(shí)均勻性和判斷碾壓薄弱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了100%施工區(qū)域水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋控制，為確保高等級公路水穩(wěn)層施工質(zhì)量提供了新的技術(shù)手段。

道路工程；水穩(wěn)層施工；壓實(shí)質(zhì)量；實(shí)時(shí)監(jiān)控；質(zhì)量評估

0 引 言

高等級公路水泥穩(wěn)定碎石基層(簡稱“水穩(wěn)層”)作為瀝青面層的下承層，其壓實(shí)質(zhì)量是影響路面使用性能和耐久性能的重要因素。根據(jù)JTG F 10—2006《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，一般采用灌砂法對水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢測。但由于試坑樣本有限，往往不能全面反映整個(gè)工作面的壓實(shí)質(zhì)量，個(gè)別未完全壓實(shí)的區(qū)域可能不易控制；另外，灌砂法屬于事后控制，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無法快速獲得檢測結(jié)果，容易對后續(xù)道路施工作業(yè)帶來影響。

目前國內(nèi)外已有較多關(guān)于道路碾壓質(zhì)量連續(xù)控制的研究，主要集中在道路智能碾壓(Intelligent Compaction, IC)技術(shù)方面[1]，其由連續(xù)碾壓控制技術(shù)(Continuous Compaction Technology, CCC)[2]發(fā)展而來。CCC是一種提供100%覆蓋碾壓區(qū)域的QC/QA(質(zhì)量控制/質(zhì)量保證)方法。許多國外公司紛紛推出各自的壓實(shí)效果實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，比較有代表性的有德國BOMAG的碾壓可變控制BVC(BomagVario Control)[3]、瑞士AMMANN的ACE(Ammann Compaction Expert)[4-5]、瑞典Geodynamik的碾壓度量計(jì)(Compactometer)[6-7]及美國Caterpillar的基于壓路機(jī)凈輸出(Machine Drive Power，MDP)[8-9]的碾壓過程監(jiān)測系統(tǒng)等。另外，Q. XU等[10]將IC技術(shù)應(yīng)用于瀝青混凝土的壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測，以獲取最優(yōu)的碾壓遍數(shù)。國內(nèi)，徐光輝等[11]以土石路基結(jié)構(gòu)在碾壓過程中的抗力變化來評價(jià)壓實(shí)狀態(tài)的變化，提出了更適用粗粒土的壓實(shí)質(zhì)量連續(xù)監(jiān)控技術(shù)。利用鐘登華等[12]研制開發(fā)的心墻堆石壩施工質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，劉東海等[13-15]針對心墻壩料、土石壩料、堆石壩料等提出了碾壓質(zhì)量快速評估方法，實(shí)現(xiàn)了這些被壓土石料壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。李智等[16]采用圖像處理技術(shù)來分析瀝青內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，從而快速評論混合料壓實(shí)情況。譚憶秋等[17]基于光纖光柵傳感技術(shù)，分析應(yīng)變響應(yīng)變化與壓實(shí)度之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對瀝青路面壓實(shí)過程的監(jiān)測。但是，上述研究并非針對水穩(wěn)層混合料，由于料性存在較大差異，上述技術(shù)是否適用于水穩(wěn)層混合料還需做進(jìn)一步的研究。

目前國內(nèi)外針對公路水穩(wěn)層的研究主要集中在材料特性及配合比設(shè)計(jì)方面，如沙愛民[18]、周衛(wèi)峰等[19]。現(xiàn)有對于水穩(wěn)層施工質(zhì)量的控制，也只是通過控制振動(dòng)參數(shù)[20]，以及人為方式控制碾壓速度、碾壓遍數(shù)、碾壓時(shí)間等方法來實(shí)現(xiàn)[21]，但沒有涉及在施工過程中對水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控與評估。因此，有必要結(jié)合高等級公路水穩(wěn)層施工工藝及料性的特點(diǎn)，深入研究水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控與評估方法，這對于提升高等級公路水穩(wěn)層施工質(zhì)量、確保公路使用壽命具有重要實(shí)踐意義。

筆者將利用課題組前期開發(fā)的公路路基壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)[22]，首先研究壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測指標(biāo)CV[15,22]與公路水穩(wěn)層混合料壓實(shí)度的表征關(guān)系，進(jìn)而在研制開發(fā)公路水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，深入研究水穩(wěn)層混合料壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控與評估方法，最后是工程應(yīng)用研究。

1 水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控方法

1.1 監(jiān)控指標(biāo)確定

利用課題組前期參考CMV[3]定義，提出的壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測指標(biāo)CV(Compaction Value)作為公路水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)表征指標(biāo)[15,22]。通過安裝在碾輪上的加速度計(jì)，獲取振動(dòng)輪的加速度值，經(jīng)傅里葉變換，得到加速度的各諧波分量，則CV可定義為

(1)

式中：A2，A4分別是加速度頻譜圖中基頻和二次諧波的幅值；a為常數(shù)，為使CV值不致過小，筆者取300。

現(xiàn)有研究表明，壓實(shí)材料密度越大，振動(dòng)輪的加速度畸變也越大，諧波分量也越多，CV值也就越大[15,23]。盡管CV在心墻壩料、堆石料及二灰土路基料上與壓實(shí)度存在較好的相關(guān)性[13-15, 22]，其可作為上述被壓料的壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測指標(biāo)，但水穩(wěn)層混合料作為半剛性基層材料與上述材料存在較大的差異，CV能否對水穩(wěn)層混合料的壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行精確表征，筆者將進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

在課題組前期研發(fā)的公路路基壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，定制開發(fā)了公路水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)(RTM-WSL)，系統(tǒng)組成如圖1。該系統(tǒng)主要由GPS基準(zhǔn)站、GPS流動(dòng)站、壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置(CV采集儀)、控制機(jī)、無線數(shù)據(jù)傳輸單元(DTU)、服務(wù)器(包括數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器)和監(jiān)控客戶端等部分組成。

圖1 公路水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the RTM-WSL system

通過安裝在壓路機(jī)上的壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置及GPS接收機(jī)，實(shí)時(shí)采集壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)CV及壓路機(jī)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)(采用RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，經(jīng)基準(zhǔn)站差分計(jì)算，水平定位精度達(dá)到2～3 cm)。然后，將實(shí)時(shí)采集的CV值和坐標(biāo)數(shù)據(jù)在控制機(jī)內(nèi)根據(jù)時(shí)間同步進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，再由控制機(jī)通過DTU經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至位于遠(yuǎn)程服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫中。接著，服務(wù)器端的應(yīng)用程序讀取上述數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)繪制碾壓軌跡線，并計(jì)算壓路機(jī)行進(jìn)速度、碾壓遍數(shù)、振動(dòng)頻率和實(shí)時(shí)CV值等施工參數(shù)，并將結(jié)果傳送至PC客戶端上顯示，用于水穩(wěn)層碾壓質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.3 監(jiān)控流程

應(yīng)用RTM-WSL系統(tǒng)對水穩(wěn)層碾壓過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要包括如下3個(gè)步驟：

1)監(jiān)控準(zhǔn)備。首先，對水穩(wěn)層需要監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行單元規(guī)劃，包括設(shè)置監(jiān)控區(qū)域的邊界坐標(biāo)、高程以及監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)碾壓遍數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)行進(jìn)速度、標(biāo)準(zhǔn)CV值等)。然后，對將要碾壓的工作面進(jìn)行碾壓層設(shè)置，主要參數(shù)包括碾壓層名稱、高程、邊界坐標(biāo)等。接著，進(jìn)行施工車輛派遣，確定待監(jiān)控工作面施工的壓路機(jī)編號。最后，開啟碾壓監(jiān)控客戶端。

2)過程監(jiān)控。將監(jiān)控區(qū)域激活，進(jìn)行碾壓監(jiān)控，監(jiān)控客戶端通過讀取服務(wù)器端的實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果，動(dòng)態(tài)顯示碾壓軌跡、碾壓遍數(shù)、行進(jìn)速度、振動(dòng)頻率和CV值，并可對任意位置處的碾壓情況進(jìn)行信息查詢。當(dāng)該施工單元碾壓結(jié)束后，關(guān)閉過程監(jiān)控。

3)成果輸出。碾壓監(jiān)控結(jié)束后，系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測到的壓路機(jī)軌跡點(diǎn)坐標(biāo)以及CV值，生成碾壓遍數(shù)和碾壓CV值的圖形報(bào)告，作為反饋指導(dǎo)施工的依據(jù)。

具體監(jiān)控流程如圖2。

圖2 水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控流程Fig.2 Real-time monitoring process of vibration compaction quality

2 水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量全工作面評估方法

利用開發(fā)的RTM-WSL系統(tǒng)，可對水穩(wěn)層的壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行全工作面評估。具體評估步驟如下：

1)CV實(shí)時(shí)采集

在壓路機(jī)對水穩(wěn)層進(jìn)行碾壓過程中，RTM-WSL系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集當(dāng)前碾壓位置處的壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)CV及其對應(yīng)的坐標(biāo)，并通過DTU單元無線發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中進(jìn)行儲存。

2)壓實(shí)質(zhì)量評估模型建立

尹冉等[24]研究表明，含水率ω對水穩(wěn)層混合料的壓實(shí)度K有重要影響。這些影響因素與壓實(shí)度之間的關(guān)系可通過現(xiàn)場試驗(yàn)建立。具體步驟如下：首先，設(shè)置試驗(yàn)條帶，并在條帶上設(shè)置試驗(yàn)點(diǎn)，如圖3。接著，記錄每一遍壓路機(jī)通過試驗(yàn)點(diǎn)的時(shí)間，并在終遍后對試坑進(jìn)行灌砂法試驗(yàn)，測得壓實(shí)度K，并取部分混合料烘干，可計(jì)算得到含水率ω；然后，將獲取的壓實(shí)度值與RTM-WSL系統(tǒng)獲取的CV值進(jìn)行匹配；最后，再將采集到的CV值、含水率與壓實(shí)度K構(gòu)成樣本進(jìn)行回歸分析，建立水穩(wěn)層壓實(shí)度評估模型，如式(2)，并需對該模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

K=f(CV,ω)

(2)

3)采樣點(diǎn)壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)評估

利用步驟2)中建立的模型，以及RTM-WSL系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的CV，可快速計(jì)算水穩(wěn)層混合料的壓實(shí)度。

4)全工作面壓實(shí)質(zhì)量插值

壓路機(jī)行進(jìn)速度一般控制在3 km/h，安裝在壓路機(jī)上的壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置(CV采集儀)按照一定的間隔時(shí)間(2～3 s)采集CV值，則采樣點(diǎn)間距為2 m左右，故由其計(jì)算得到的壓實(shí)質(zhì)量(壓實(shí)度)也是離散的。因此，為評估全工作面任意位置處水穩(wěn)層的壓實(shí)質(zhì)量，需對離散的采樣點(diǎn)進(jìn)行空間插值。鑒于Kriging插值法具有逼近程度高，外推能力強(qiáng)，且能考慮數(shù)據(jù)空間相關(guān)性等優(yōu)勢，筆者選用Kriging法[14,22]對CV與壓實(shí)度進(jìn)行全工作面的插值。

5)壓實(shí)度均勻性分析

變異系數(shù)可以衡量施工路面的壓實(shí)度均勻情況[25]。碾壓工作面壓實(shí)度的變異系數(shù)可由式(3)計(jì)算：

(3)

式中：COV為變異系數(shù)；KSD為壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差；KMN為壓實(shí)度平均值。

將Kriging插值后的全工作區(qū)域劃分成足夠小的網(wǎng)格(文中實(shí)例取0.5 m×0.5 m)，得到每個(gè)網(wǎng)格上的壓實(shí)度值，則可統(tǒng)計(jì)得到KSD和KMN。

一般地，變異系數(shù)越小，水穩(wěn)層混合料壓實(shí)質(zhì)量的均勻性越好，對于延長路面疲勞壽命、提高路基承載力越有利[25]。

6)CV控制標(biāo)準(zhǔn)確定

根據(jù)實(shí)際施工中的水穩(wěn)層壓實(shí)度K控制標(biāo)準(zhǔn)，可由步驟2)建立的回歸模型式(2)，可推求得到CV的控制標(biāo)準(zhǔn)。

7)評估結(jié)果與施工反饋

根據(jù)上述步驟得到的水穩(wěn)層任意位置處的壓實(shí)質(zhì)量及設(shè)定的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，可分析壓實(shí)質(zhì)量合格或不合格區(qū)域，并用不同顏色在壓實(shí)質(zhì)量云圖中標(biāo)識，以示區(qū)別。據(jù)此，來反饋指導(dǎo)現(xiàn)場施工，及時(shí)地對不合格區(qū)域采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，以保證全幅路段的水穩(wěn)層的壓實(shí)質(zhì)量。同時(shí)，可根據(jù)下式計(jì)算全工作面壓實(shí)質(zhì)量的合格率：

(4)

式中：μ為全工作面壓實(shí)質(zhì)量合格率，μ越大說明現(xiàn)場施工過程中，壓實(shí)質(zhì)量控制的越好。；SD為壓實(shí)質(zhì)量云圖中壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測指標(biāo)CV大于合格值的區(qū)域的面積；SA為整個(gè)碾壓工作面的面積。

3 工程應(yīng)用

以天津市濱海新區(qū)西外環(huán)高速公路某標(biāo)段工程為例，該標(biāo)段路基填筑雙層水穩(wěn)層混合料，使用徐工220單鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。共設(shè)置2個(gè)試驗(yàn)段。長40 m，寬2×2 m的碾壓試驗(yàn)條帶。綜合考慮壓路機(jī)行走速度、條帶長度和壓實(shí)振動(dòng)監(jiān)測裝置的采樣頻率，在試驗(yàn)段1中兩個(gè)條帶平行各布置8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，并用噴漆標(biāo)示，如圖3。試驗(yàn)段2中設(shè)置8個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)作為模型驗(yàn)證樣本。

圖3 試驗(yàn)布置Fig.3 Arrangement of field tests

碾壓過程中，利用RTM-WSL系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控壓路機(jī)碾壓軌跡、行走速度、碾壓遍數(shù)、振動(dòng)頻率和CV值，系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4。壓路機(jī)每遍通過試驗(yàn)點(diǎn)時(shí)，記錄其通過的時(shí)間，并與服務(wù)器中的CV值對應(yīng)，保證采集到相同位置不同遍數(shù)下的CV值。為保證模型精度，試驗(yàn)段1中條帶1在振動(dòng)壓路機(jī)碾壓第4遍之后進(jìn)行試坑試驗(yàn)，用灌砂法共采集了8個(gè)試坑樣本值。試坑數(shù)據(jù)采集后繼續(xù)完成碾壓。條帶2在振動(dòng)壓路機(jī)碾壓終遍(即第8遍)后進(jìn)行試坑試驗(yàn)，采集8個(gè)檢驗(yàn)樣本值。

圖4 公路水穩(wěn)層振動(dòng)碾壓質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)界面Fig.4 User interface of the RTM-SWL System

圖5為水穩(wěn)層試驗(yàn)段1碾壓遍數(shù)與CV關(guān)系圖。由圖5可見，CV與碾壓遍數(shù)有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，R2為0.922 9，在試驗(yàn)?zāi)雺?遍以內(nèi)，CV隨遍數(shù)基本呈負(fù)指數(shù)規(guī)律增加。發(fā)現(xiàn)在同個(gè)測點(diǎn)的情況下，CV隨碾壓遍數(shù)增加而增加的相關(guān)性更強(qiáng)(見表1)。

圖5 CV與碾壓遍數(shù)關(guān)系Fig.5 Correlation between CV and numbers of rolling pass

表1 不同測點(diǎn)處碾壓遍數(shù)與CV相關(guān)系數(shù)

圖6為1#測點(diǎn)位置的碾壓遍數(shù)和CV的關(guān)系(R2=0.982 3)，表明CV可以作為表征壓實(shí)度的指標(biāo)。進(jìn)而，對試坑取樣處的壓實(shí)度K與CV值和含水率ω之間進(jìn)行相關(guān)性分析，得

K=0.004CV-2.476ω+0.853

(5)

圖6 1#測點(diǎn)處CV與碾壓遍數(shù)關(guān)系Fig.6 Correlation between CV and numbers of rolling pass at Pit No.1

經(jīng)試坑試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于在水穩(wěn)層混合料在攪拌和運(yùn)輸過程中級配及含水率均控制較好，碾壓時(shí)水穩(wěn)層混合料的含水率基本能保證在最優(yōu)含水率4.4%左右，且料性均勻，因此，在試坑點(diǎn)處，這些參數(shù)基本不變化，即與壓實(shí)度的相關(guān)性不顯著。并經(jīng)計(jì)算，含水率與壓實(shí)度之間的相關(guān)系數(shù)R2為-0.051。 剔除含水率之后，如圖7，發(fā)現(xiàn)CV與壓實(shí)度之間也呈較強(qiáng)的線性關(guān)系，兩者相關(guān)系數(shù)R2為0.719，且有如下回歸關(guān)系：

K=0.004CV+0.744

(6)

圖7 CV與壓實(shí)度K的關(guān)系Fig.7 Relationship between CV and compactness K

圖8為實(shí)測的壓實(shí)度值與模型計(jì)算的壓實(shí)度值的比較圖，最大絕對誤差為4#測點(diǎn)的2.7%，平均絕對誤差為1.24%。因此，從上述分析結(jié)果可見，采用CV來表征水穩(wěn)層各層的壓實(shí)質(zhì)量是可行的，精度能滿足工程要求。需要指出的是，若設(shè)計(jì)配合比改變或?qū)嶋H施工中水穩(wěn)層混合料的含水率及混合料級配不能保持基本不變(即料性不均勻)時(shí)，則需要考慮上述因素，重新建立回歸模型。

圖8 檢驗(yàn)點(diǎn)壓實(shí)度實(shí)測值與計(jì)算值的比較Fig.8 Comparison between the measured compactness and the calculated one of test point

利用式(3)分析施工工作面壓實(shí)質(zhì)量的均勻性(圖9)，得到試驗(yàn)段1和試驗(yàn)段2水穩(wěn)層混合料的變異系數(shù)分別為0.72%，0.72%，表明水穩(wěn)層壓實(shí)均勻性較好。

圖9 全試驗(yàn)段壓實(shí)度均勻性統(tǒng)計(jì)Fig.9 Statistics of compaction uniformity with 100% coverage of the test route

根據(jù)工程現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)際情況，采集的壓實(shí)度為振動(dòng)壓實(shí)之后的值，不包含最終靜壓。并通過試驗(yàn)表明，將振動(dòng)壓實(shí)的壓實(shí)度設(shè)置為JTG F 801—2012《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定極值的94%，在靜壓后可達(dá)實(shí)際施工要求95%以上。因此水穩(wěn)層混合料振動(dòng)壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)為K≥94%即可認(rèn)為合格。根據(jù)式(6)，求出對應(yīng)的CV控制標(biāo)準(zhǔn)為CV≥49。由此，若CV值小于49，則壓實(shí)質(zhì)量不合格。利用第2節(jié)介紹的方法，根據(jù)Kriging插值得到的全工作面CV與壓實(shí)度云圖，如圖10。

圖10 CV與壓實(shí)度分布云圖Fig.10 Distribution nephogram of CV and compactness

然后，分析判斷該水穩(wěn)層碾壓遺漏的不合格區(qū)域，見圖10陰影部分。由于式(6)得出壓實(shí)度與CV之間是線性相關(guān)的，所以壓實(shí)度與CV的云圖分布規(guī)律相同。由式(4)可得，試驗(yàn)段1的碾壓合格率為100%，試驗(yàn)段2的碾壓合格率為97.7%。據(jù)此，在碾壓結(jié)束后，還需對不合格區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)碾，以確保水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量。

4 結(jié) 語

筆者針對高等級公路水穩(wěn)層碾壓質(zhì)量控制的要求和特點(diǎn)，結(jié)合濱海新區(qū)西外環(huán)高速公路項(xiàng)目，將壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測指標(biāo)CV作為高等級公路水穩(wěn)層混合料壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)表征指標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)得到了水穩(wěn)層混合料壓實(shí)度K跟CV之間的關(guān)系，并建立兩者之間的回歸模型。結(jié)果顯示CV與壓實(shí)度之間有很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系，所建立的模型精度較高。基于該模型以及實(shí)時(shí)采集的CV，實(shí)現(xiàn)了施工路段水穩(wěn)層振動(dòng)壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控與評估，并利用Kriging插值方法生成施工全作業(yè)壓實(shí)質(zhì)量云圖，可分析壓實(shí)均勻性和判斷碾壓薄弱區(qū)域，為現(xiàn)場施工及時(shí)采取應(yīng)對措施提供了依據(jù)。

筆者的方法可有效避免常規(guī)采用有限個(gè)試坑采樣評價(jià)全路段壓實(shí)質(zhì)量的片面性，實(shí)現(xiàn)了100%工作面水穩(wěn)層壓實(shí)質(zhì)量的有效控制，為確保高等級公路水穩(wěn)層施工質(zhì)量提供了新的技術(shù)手段。需要指出的是，由于試坑樣本較少，可能會影響所建立的壓實(shí)質(zhì)量評估模型的精度，進(jìn)一步提高模型精度是后續(xù)所需做的工作。

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Real-Time Monitoring and Assessment of Vibration Compaction Quality of Highway Water Stable Layer

LIU Donghai, LIN Min, LI Zilong

(State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety, Tianjin University, Tianjin 300072, P. R. China)

The commonly-used inspection method of water stable layer compaction quality relies on spot sampling tests at current time. However, this method not only damages the pavement structure and interferes with subsequent construction operations, but also has a certain deviation, because of using the limited test pit samples to show the compaction quality of the whole road. Therefore, a real-time monitoring system for vibration compaction quality of highway water stable layer was developed, and a quality assessment model between the real-time monitoring compaction values (CV) and the compactness of water stable layer was established. Then, a fast compaction quality assessment method of water stable layer was proposed to analyze the compaction uniformity and judge the weak area of compaction. The proposed method realizes the real-time monitoring and feedback control of the water stable layer compaction quality with 100% coverage of construction zone, and provides a new technical measure to ensure the construction quality of highway water stable layer.

highway engineering; water stable layer construction; compaction quality; real-time monitoring; quality assessment

2015-05-21；

2015-12-24

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51479132)；天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(BZCZDSF01800)

劉東海(1974—)，男，浙江舟山人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事大型工程系統(tǒng)仿真與優(yōu)化,施工質(zhì)量實(shí)時(shí)評估與安全分析方面的研究。E-mail：liudh@tju.edu.cn。

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.06.11

U416.2

A

1674-0696(2016)06-051-06