賈莉浩，董學軍

（1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢430023；2.武漢市城市管理局材料站，湖北 武漢430012）

中德路基連續(xù)壓實質(zhì)量控制標準對比分析

賈莉浩1，董學軍2

（1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢430023；2.武漢市城市管理局材料站，湖北 武漢430012）

壓實質(zhì)量評價方法與指標是路基壓實的重要內(nèi)容。在對比中德兩國路基連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)范的基礎上，系統(tǒng)地分析了兩國在壓實程度和壓實穩(wěn)定性評判方面的共性與差異。分析得出：在壓實程度評價指標方面，相比德規(guī)采用的雙變量指標，我國采用的單變量指標未能考慮不合格區(qū)域壓實值；在壓實穩(wěn)定性方面，我國規(guī)范未考慮土體對水的敏感性。故我國連續(xù)壓實質(zhì)量評價體系與德國的體系相比仍存在一定的差距，尤其是相關質(zhì)量評價指標體系還需要進行改進。最后，針對規(guī)范存在的問題，提出了進一步改進的思路。

路基壓實；連續(xù)壓實控制；壓實程度；壓實穩(wěn)定性

0　引言

常規(guī)質(zhì)量檢測采用抽樣方式進行，費時費力，只能檢測局部點的壓實質(zhì)量屬于事后檢測，較難滿足路基壓實質(zhì)量要求［1］。而能夠?qū)φ麄€碾壓面壓實質(zhì)量進行全面監(jiān)控和檢測的連續(xù)壓實控制技術(shù)為路基填筑質(zhì)量提供了一個嶄新的途徑［2］。近年來，此技術(shù)在土體壓實方面得到了廣泛的應用。

建立合理的連續(xù)壓實控制規(guī)范是連續(xù)壓實控制技術(shù)應用于路基壓實的重要前提，國內(nèi)外均制定了相應的連續(xù)壓實規(guī)范。美國眾多州與聯(lián)邦公路管理局（FHWA）聯(lián)合進行了大量的現(xiàn)場壓實試驗并制定了相應的規(guī)范［3］；德國經(jīng)過相關試驗制定了ZTVE-StB系列規(guī)范［4］；瑞典推出了相應的BYA系列規(guī)范；奧地利推行了RVS 8S.02.6規(guī)范。我國于2011年12月1日施行了TB 10108-2011《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)程》［5］以下簡稱《規(guī)程》）。本文從壓實程度、壓實穩(wěn)定性及壓實均勻性的判定三方面分析我國現(xiàn)行《規(guī)程》與德國ZTVE-StB-2010規(guī)范（以下簡稱《德規(guī)》）中評判標準的異同及優(yōu)缺點，并在此基礎上指出兩國規(guī)范現(xiàn)存的問題，以及針對這些問題可采取的方法。

1　壓實程度判標對比

1.1中國壓實程度判定指標

壓實程度是指路基在碾壓過程中，表征碾壓層物理力學狀態(tài)的指標達到規(guī)定值的程度?！兑?guī)程》中，壓實程度是通過檢測單元壓實值與設定的目標振動壓實值比較進行判定。第i個檢測單元壓實程度按式（1）計算。式中：VCVi表示第i個檢測單元振動壓實值的檢測結(jié)果；［VCV］是由相關性校驗確定的目標振動壓實值。

當滿足式（1）時，表明第i個檢測單元壓實程度合格?！兑?guī)程》規(guī)定碾壓面壓實程度按合格檢測單元數(shù)占總檢測單元數(shù)的比例不小于95%進行控制。

1.2德國壓實程度判定指標

德國于2008年發(fā)布的ZTVE-StB-08規(guī)范在假設連續(xù)壓實值符合正態(tài)分布的基礎上，提出了壓實通過率須大于90%的規(guī)定（見圖1），可得當通過率為90%時對應的臨界壓實值大小為μ±1.28·σ。當滿足式（2）時，通過壓實程度驗收。

圖1　壓實程度判定示意圖

式中：MVi為點i的壓實值，μ為壓實值均值，σ為標準差。

此方法基于統(tǒng)計學中的置信區(qū)間的概念，但當出現(xiàn)下列情況時，會出現(xiàn)一定誤判：在情況B中，雖然通過率大于90%（置信率為10%），但是不合格壓實值過小，屬于薄弱區(qū)域，需進行補壓；而在情況A中，雖然通過率小于90%，但不合格值均非常接近壓實目標值，通常的驗收標準常會接受這樣的表面（見圖2）。

圖2　兩種特殊的壓實值分布情況曲線圖

鑒于上述方法未考慮不合格區(qū)域壓實值與壓實目標值的關系，ZTVE-StB-10規(guī)范在綜合不合格區(qū)域面積和不合格壓實值的基礎上，提出了壓實程度判定新指標U，具體見下式：

式中，MVi為點i的壓實值；Tm為壓實目標值；Bi為MVi對應的面積。

由U的定義可以看出，U是無量綱的指標，且當U越小，則壓實程度越好?！兜乱?guī)》根據(jù)大量現(xiàn)場試驗，規(guī)定了不同工況下的U的目標值Ut，具體見表1所列。

表1　不同壓實工況下的Ut值表

1.3優(yōu)缺點分析

《規(guī)程》在利用面積通過率指標進行壓實程度評價時，僅考慮了不合格區(qū)域所占比例，并未考慮不合格壓實值與壓實目標值相差多少，有可能出現(xiàn)圖2所示的誤判情況。為此，《德規(guī)》綜合不合格區(qū)域所含比例，以及不合格壓實值的大小，利用面積與壓實值大小的加權(quán)，提出了同時考慮兩者的指標并驗證了其合理性及適用性，較《規(guī)程》提出的單變量指標（面積通過率指標）更全面合理。

2　壓實穩(wěn)定性指標對比

2.1中國壓實穩(wěn)定性判定指標

壓實穩(wěn)定性表示在振動壓路機振動壓實工藝參數(shù)一定的情況下，路基壓實狀態(tài)隨碾壓遍數(shù)變化的性質(zhì)，是控制填筑體物理力學性能穩(wěn)定程度的重要措施。《規(guī)程》認為隨著碾壓遍數(shù)的增加，連續(xù)壓實指標值呈增加趨勢，當碾壓遍數(shù)增加到一定量的時候，壓實指標值增長緩慢，最終理論上會趨于零，壓實穩(wěn)定性應按同一碾壓輪機上前后兩遍振動壓實值VCV變化率不大于進行控制，如圖3所示。VCVi表示碾壓面上第i個檢測單元振動壓實值?！兑?guī)程》采用相關方程，按照對應的常規(guī)質(zhì)量驗收指標（如K30，Evd等）的變化率確定穩(wěn)定性評判指標。常規(guī)質(zhì)量驗收指標數(shù)據(jù)的變化率不大于5%時，壓實穩(wěn)定性滿足要求。鐵道部相關研究結(jié)果表明，地基系數(shù)K30的變化率為5%時，對應的振動壓實值的變化率約為1%～2%，所以穩(wěn)定性參照不大于2%的精度進行。

圖3　碾壓遍數(shù)與壓實穩(wěn)定性曲線圖

此穩(wěn)定性控制方法需要對每個單元的變化率都進行計算，實際操作控制中不方便。所以《規(guī)程》規(guī)定可根據(jù)實際情況，取一段長度（如5 m）的壓實平均值計算其變化率。

2.2德國壓實穩(wěn)定性判定指標

《德規(guī)》在研究了不同類型填料壓實特性的基礎上提出了穩(wěn)定性控制指標。根據(jù)填料對水的敏感度，將填料分成粗粒土和混合顆粒土（含細顆粒土），在保證相同試驗條件下，得到的兩類填土碾壓遍數(shù)與振動壓實值的變化規(guī)律如圖4所示。

從圖4可以看出，在壓實過程中，兩類土開始的壓實值都呈上升趨勢，是一個從松動狀態(tài)到其致密化的一個過程，在壓實遍數(shù)達到一定數(shù)值時，兩類土開始呈現(xiàn)一定的下降趨勢。但由于粗粒土由于排水速度快，在下一遍壓實時水已經(jīng)排出，故再次壓實時變化不大，此時可認為土體基本達到了穩(wěn)定的壓實狀態(tài)。而對水敏感的混合顆粒土或細粒土填料由于排水速度慢，密實到一定程度后，若再壓實則會產(chǎn)生很大的水壓力，使得土骨架處于不穩(wěn)定狀態(tài)，振動壓實值也顯著下降趨勢，《德規(guī)》規(guī)定在這種情況下要停止碾壓。綜上分析，可知不論哪種填土，當下一遍的壓實值開始有減小趨勢時，認為壓實已經(jīng)穩(wěn)定，并應該停止碾壓。

圖4　壓實遍數(shù)與壓實值變化規(guī)律曲線圖

《德規(guī)》采用壓實程度控制中用到的參數(shù)zn= μn-1.28σn作為壓實代表值表示整個碾壓面的壓實情況，通過分析每一遍的壓實代表值的變化評判壓實穩(wěn)定性。其中，zn為第n遍的壓實代表值，而μn、σn分別為第n遍的壓實平均值及壓實值標準差。

當滿足式（5）時，即認為不能實現(xiàn)進一步的壓實，達到壓實穩(wěn)定性要求并應停止碾壓。

2.3優(yōu)缺點分析

《規(guī)程》將壓實區(qū)域劃分為許多小的網(wǎng)格，通過評判每個網(wǎng)格的壓實穩(wěn)定性來判定整個區(qū)域壓實的穩(wěn)定性，合理的網(wǎng)格劃分能夠得到較精確的穩(wěn)定性評判結(jié)果。但由于不同的土體對水的敏感性不同，對水敏感的土體在壓實過程中壓實值并不是一直增大。而《規(guī)程》事先未分析不同種類的土體在壓實過程中壓實值的變化，故評判標準不一定對所有的土體均適用。

《德規(guī)》首先分析了不同土體在壓實過程中的壓實值變化，在此基礎上提出了合理的壓實穩(wěn)定性評判標準。但由于《德規(guī)》用壓實代表值來表示整個面的壓實情況，此代表值的準確性直接影響評判結(jié)果，與《規(guī)程》相比，沒有利用劃分網(wǎng)格的方法來進行穩(wěn)定性評判。

3　需要進一步改進的地方

3.1壓實程度評價方面

《德規(guī)》提出的壓實程度評價指標U將不合格區(qū)域面積和不合格壓實值相結(jié)合，與單變量指標（如面積通過率）相比，更加全面地反映了土體的壓實程度。但此指標僅將不合格值與目標值的相差比例Ui作為對應不合格區(qū)域面積Bi的權(quán)重，故可嘗試將Ui，U2i，…，Uni作為Bi的權(quán)重并進行試驗驗證，最終選出最優(yōu)的評判指標。

3.2壓實穩(wěn)定性評價方面

通過對中德兩國的穩(wěn)定性評價指標的優(yōu)缺點分析，在壓實穩(wěn)定性評價方面可通過將《規(guī)程》中采用的劃分網(wǎng)格方法與《德規(guī)》采用的R指標相結(jié)合，既考慮不同土體對水的敏感性，又可將每個碾壓面有盡可能多的壓實代表值。

4　結(jié)　論

本文在對比中德兩國路基連續(xù)壓實控制相關規(guī)范的基礎上，較為系統(tǒng)地分析了兩國在壓實質(zhì)量（壓實程度、壓實穩(wěn)定性及壓實均勻性）評判方面的共性與差異，對改善我國的連續(xù)壓實質(zhì)量評判具有一定的借鑒作用。此外，由于我國連續(xù)壓實控制技術(shù)應用，以及規(guī)范的提出較晚，在分析過程中可看出，我國的連續(xù)壓實質(zhì)量評價體系與德國的體系仍存在一定的差異，尤其是相關質(zhì)量評價指標體系還需要進行改進并根據(jù)相關試驗確定其判定標準，而通過分析并吸收國外連續(xù)壓實規(guī)范優(yōu)點，可使我國連續(xù)壓實控制技術(shù)更加完善。最后，本文針對規(guī)范存在的問題，提出了進一步改進的思路。

［1］閆國棟.高速鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量控制研究 ［D］.中南大學，2010.

［2］聶志紅，焦倓，王翔.基于地統(tǒng)計學方法的鐵路路基壓實均勻性評價［J］.中國鐵道科學，2014，35（5）:1-6.

［3］Thurner H，Sandstrom A.Continuous compaction control，CCC［C］// European Workshop Compaction of Soils and Granular Materials，Presses Ponts et Chaussées，Paris，F(xiàn)rance.2000:237-246.

［4］Facas N W，Rinehart R V，Mooney M A.Development and Evaluation of Relative Compaction Specifications Using Roller-based Measurements［J］.Geotechnical Testing Journal，2011，34（6）: 129-135.

［5］徐光輝.路基系統(tǒng)形成過程動態(tài)監(jiān)控技術(shù)［D］.成都：西南交通大學，2005:130-134.

U416.1

B

1009-7716（2016）06-0035-03

2016-03-29

賈莉浩（1988-），男，河南南陽人，工程師，從事道路工程設計工作。