趙志強(qiáng) 張瑜 張玉寶

摘 要：現(xiàn)行規(guī)范中，控制路堤的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，主要采用壓實(shí)系數(shù)K和地基系數(shù)K30或變形模量Ev2以及動(dòng)態(tài)變形模量EVD作為控制指標(biāo)，這些控制指標(biāo)，都是采用點(diǎn)樣式的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，通過相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)路基的壓實(shí)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。連續(xù)壓實(shí)設(shè)備只要開始碾壓就開始了檢測(cè)，可以對(duì)填筑體壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性進(jìn)行動(dòng)態(tài)、連續(xù)、面的控制。對(duì)比常規(guī)壓實(shí)檢測(cè)方法，結(jié)合連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的工作原理，以連鎮(zhèn)鐵路灌南站場(chǎng)路基為例，對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在高鐵路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用做詳細(xì)介紹。對(duì)連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)和分析，可知連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)提高了路基填筑的質(zhì)量和路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)的效率，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并能在類似工程中進(jìn)行推廣。

關(guān)鍵詞：高鐵；路基；壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)；連續(xù)壓實(shí)技術(shù)；VCV值

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.082

目前《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10751-2010），《高速鐵路路基工程施工技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9602-2015）等規(guī)范中規(guī)定的路基壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)主要有K（壓實(shí)系數(shù)）和K30（地基系數(shù)）或Ev2（變形模量）以及EVD（動(dòng)態(tài)變形模量）等。這些檢測(cè)指標(biāo)主要都是依靠采用“抽樣”的方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得，通過檢測(cè)獲得局部點(diǎn)的壓實(shí)程度來評(píng)估路基面的壓實(shí)程度，過程比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且是壓實(shí)完成后檢測(cè)，比較難適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械化施工要求。因此，采用可對(duì)整個(gè)路基碾壓面的壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)、全面監(jiān)控和檢測(cè)的連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)，可以提高路基填筑質(zhì)量并能提高路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)的效率。

1 工程概況

本工程項(xiàng)目位于江蘇省連云港市灌南縣境內(nèi)，標(biāo)段為新建連云港至鎮(zhèn)江鐵路連云港至淮安段LZZQ-1標(biāo)段，灌南車站工程。車站設(shè)計(jì)范圍DK44+688.7～DK46+383.2，全長(zhǎng)1694.5m，灌南車站為客運(yùn)中間站，設(shè)計(jì)規(guī)模為兩臺(tái)四線。工點(diǎn)前接新沂河特大橋，后接漣水特大橋。線路在本段以填方通過，最大填高約8m。車站內(nèi)正線路基，基床表層填筑0.7m級(jí)配碎石，基床底層及基床以下路堤均采用A、B組填料（土源檢測(cè)為細(xì)角礫）。用此種填料填筑基床以下路堤時(shí)，需滿足壓實(shí)系數(shù)K≥0.92，地基系數(shù)K30>110MPa/m。

2 路基壓實(shí)常規(guī)檢測(cè)方法

2.1 壓實(shí)系數(shù)

壓實(shí)系數(shù)K是填筑土層在現(xiàn)場(chǎng)檢查的干密度和室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)得到的最大干密度的比值，即K=ρd÷ρdmax。壓實(shí)系數(shù)代表了填筑土層的相對(duì)壓實(shí)程度?，F(xiàn)場(chǎng)采用灌砂法測(cè)得填土的密度，使用酒精燃燒法測(cè)定含水率，從而得到填筑土層的干密度?！陡咚勹F路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10751─2010）中規(guī)定檢驗(yàn)數(shù)量為每層沿縱向每100m等間距檢查2個(gè)斷面6點(diǎn)，每斷面左右點(diǎn)距路基邊緣1m處各2點(diǎn)，路基中部2點(diǎn)。

2.2 地基系數(shù)

地基系數(shù)K30是利用直徑為30cm的荷載板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)的壓路機(jī)作為加載反力裝備，隨著靜載加壓，路基碾壓層下沉量達(dá)到1.25mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的荷載和沉降量的比值，即K30=Q1.25÷1.25×10-3（Mpa/m）?！陡咚勹F路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10751─2010）中規(guī)定每填高0.9m，縱向每100m檢查2個(gè)斷面4點(diǎn)，距路基邊緣2m處左、右各1點(diǎn)，路基中部2點(diǎn)，不足0.9m亦檢查2個(gè)斷面4點(diǎn)。

2.3 常規(guī)檢測(cè)方法存在的不足

壓實(shí)系數(shù)和地基系數(shù)雖然能夠評(píng)價(jià)路基的壓實(shí)質(zhì)量，但是按照質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，在碾壓完成的路基上進(jìn)行抽樣式檢測(cè)，存在以下不足：

（1）檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)和地基系數(shù)時(shí)，檢測(cè)過程挪動(dòng)儀器花費(fèi)時(shí)間較多，與碾壓不能同時(shí)進(jìn)行且地基系數(shù)檢測(cè)時(shí)還需占用壓實(shí)機(jī)具作為反力裝置。

（2）檢測(cè)干擾因素多?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，不同點(diǎn)位、不同的試驗(yàn)人員、來往車輛的振動(dòng)、天氣原因等都會(huì)對(duì)壓實(shí)指標(biāo)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成干擾。

（3）代表性不佳，缺乏對(duì)壓實(shí)均勻性的控制。常規(guī)檢測(cè)方法采取的是點(diǎn)樣式檢測(cè)，只能代表局部面積的壓實(shí)質(zhì)量，填料粒徑大小不均勻性對(duì)檢測(cè)指標(biāo)的影響較大，當(dāng)個(gè)別抽樣點(diǎn)壓實(shí)度低于合格值時(shí)，很難判定還有哪些不合格區(qū)域需要加強(qiáng)碾壓，若對(duì)已合格區(qū)域再次誤壓容易造成過壓現(xiàn)象。這種小范圍的檢測(cè)指標(biāo)來代替整個(gè)碾壓面的壓實(shí)指標(biāo)，難以正確反映路基結(jié)構(gòu)的真實(shí)質(zhì)量，無法對(duì)整個(gè)路基的壓實(shí)均勻性進(jìn)行判斷。

3 連續(xù)壓實(shí)技術(shù)

3.1 連續(xù)壓實(shí)技術(shù)工作原理

連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的檢測(cè)原理是在路基填筑碾壓過程中，根據(jù)土體與振動(dòng)壓路機(jī)之間的相互動(dòng)態(tài)作用，連續(xù)量測(cè)壓實(shí)作業(yè)時(shí)振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪豎向振動(dòng)的響應(yīng)信號(hào)，從而建立檢測(cè)評(píng)定與反饋控制體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)碾壓面壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)、全面的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)。

《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9210-2015）中介紹了連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)組成框圖，如圖1所示。連續(xù)壓實(shí)設(shè)備由高精度北斗定位系統(tǒng)、位移傳感器、振動(dòng)傳感器、數(shù)字處理器、壓實(shí)顯示器等系統(tǒng)組成。

振動(dòng)傳感器垂直安裝在振動(dòng)壓路機(jī)內(nèi)機(jī)架上，反應(yīng)振動(dòng)輪的垂直振動(dòng)情況。通過控制碾壓厚度、碾壓遍數(shù)及壓路機(jī)行進(jìn)速度等施工參數(shù)，路基連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)可以對(duì)路基壓實(shí)程度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 路基壓實(shí)指標(biāo)相關(guān)性檢驗(yàn)

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

試驗(yàn)段選在站場(chǎng)路基DK46+230～330進(jìn)行。路基試驗(yàn)段施工嚴(yán)格按照鐵路路基“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工工藝及標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)組織施工。采用連續(xù)壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)的路基填筑施工過程與常規(guī)的基本一致，僅增加了壓實(shí)連續(xù)檢測(cè)設(shè)備用于碾壓檢測(cè)。試驗(yàn)段的目的在于獲得連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)與常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)檢測(cè)的換算關(guān)系，為大面積使用連續(xù)壓實(shí)設(shè)備提供依據(jù)。通過相關(guān)性檢驗(yàn)建立連續(xù)壓實(shí)控制指標(biāo)VCV與常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)壓實(shí)系數(shù)K和地基系數(shù)K30之間的相關(guān)性。

3.2.2 相關(guān)系數(shù)和目標(biāo)值確定

通過路基試驗(yàn)段的施工，確定路基連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)指標(biāo)VCV與常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)壓實(shí)系數(shù)K，從而指導(dǎo)本區(qū)段內(nèi)其他路堤的大面積施工。試驗(yàn)段碾壓至輕度、中度、重度三種壓實(shí)狀態(tài)，其重度密實(shí)區(qū)為合格區(qū)。完成三種密實(shí)狀態(tài)的連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)后對(duì)三種密實(shí)狀態(tài)再進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)。每種密實(shí)區(qū)內(nèi)的壓實(shí)指標(biāo)檢測(cè)數(shù)量不少于6組，將對(duì)應(yīng)壓實(shí)狀態(tài)區(qū)內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算軟件中，取得相關(guān)系數(shù)R和目標(biāo)值[VCV]。

試驗(yàn)段每層均碾壓5遍，即靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)震1遍+靜壓1遍。在填筑路基試驗(yàn)段第三層時(shí)，將松鋪、平整等工序完成后，對(duì)整個(gè)路基面開始進(jìn)行碾壓。碾壓至輕度壓實(shí)狀態(tài)后，根據(jù)連續(xù)壓實(shí)設(shè)備實(shí)時(shí)繪制的振動(dòng)壓實(shí)曲線，在曲線變化平緩的位置選1個(gè)區(qū)段（原則上3～5m范圍），三種密實(shí)狀態(tài)區(qū)段各選6段，選取每段的中間位置，進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)K測(cè)試；試驗(yàn)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程操作。

試驗(yàn)采集得到的常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)值K和振動(dòng)壓實(shí)值VCV見表1；繪制壓實(shí)系數(shù)和振動(dòng)壓實(shí)值VCV的關(guān)系曲線如圖2所示。

計(jì)算得到相關(guān)系數(shù)R=0.94，回歸方程：VCV=9.24x-449.03。對(duì)于基床以下路堤，常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)合格值[x]=92，因此得到目標(biāo)值[VCV]=400。

3.3 連續(xù)壓實(shí)過程控制

對(duì)試驗(yàn)段路基進(jìn)行過程控制的連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)與控制同步進(jìn)行。在振動(dòng)碾壓過程中，連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)采集壓實(shí)控制指標(biāo)VCV值，并實(shí)時(shí)繪制壓實(shí)曲線。技術(shù)人員可對(duì)路基的壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)控。對(duì)于壓實(shí)控制指標(biāo)VCV值低于目標(biāo)控制值[VCV]=400的區(qū)域，可針對(duì)性地進(jìn)行補(bǔ)壓。

3.4 連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)

質(zhì)量檢測(cè)是在路基碾壓完成后，對(duì)整個(gè)路基面進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)。根據(jù)質(zhì)量檢測(cè)壓實(shí)程度分布圖，可對(duì)路基碾壓面的壓實(shí)狀態(tài)和壓實(shí)強(qiáng)度分布狀況進(jìn)行分析，從而找出壓實(shí)薄弱的區(qū)域。在壓實(shí)最薄弱區(qū)進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢測(cè)，比較常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)是否達(dá)到要求，以確保路基壓實(shí)整體質(zhì)量。

路基連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的應(yīng)用，可以找出路基面碾壓后的薄弱區(qū)域。對(duì)薄弱區(qū)域的控制更準(zhǔn)確，也更完善，既能保證整個(gè)路基面的壓實(shí)質(zhì)量，又能避免過壓，從而極大提高了路基填筑的質(zhì)量和路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)的效率。這樣也減少了司機(jī)由于重復(fù)碾壓導(dǎo)致的疲勞操作，減弱了人為因素對(duì)于路基填筑壓實(shí)質(zhì)量的干擾。連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)真正意義上實(shí)現(xiàn)了對(duì)路基填筑壓實(shí)過程的動(dòng)態(tài)控制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格區(qū)域，避免了常規(guī)檢測(cè)中以局部點(diǎn)的壓實(shí)程度來評(píng)估路基面的壓實(shí)程度的現(xiàn)象。

3.5 連續(xù)壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用效果分析

通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)連續(xù)壓實(shí)技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)VCV值受填料性質(zhì)、含水率等因素影響，具有較大的差異性。因此，要得到壓實(shí)控制指標(biāo)目標(biāo)值[VCV]，需要增加相關(guān)性校驗(yàn)的次數(shù)，從而得到不同填料、不同含水率情況下的檢測(cè)指標(biāo)VCV值和常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)壓實(shí)系數(shù)K的關(guān)系。這樣才能確定不同情況下的控制指標(biāo)目標(biāo)值[VCV]，更為準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在采用同一種填料、相同含水率的條件下進(jìn)行路堤填筑，壓路機(jī)的行駛速度及振動(dòng)穩(wěn)定性對(duì)連續(xù)壓實(shí)采集的VCV值有一定影響。行駛速度相比試驗(yàn)段發(fā)生改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致連續(xù)壓實(shí)設(shè)備記錄的距離和實(shí)際距離不符，數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。壓路機(jī)振動(dòng)頻率增大時(shí)，得到的檢測(cè)指標(biāo)VCV值也會(huì)增大；壓路機(jī)振動(dòng)頻率的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)土體的激振力出現(xiàn)更大的波動(dòng)，從而導(dǎo)致檢測(cè)指標(biāo)VCV值異常，造成得到的路基壓實(shí)程度分布圖上反映出路基壓實(shí)質(zhì)量不均勻，不能真實(shí)地反映路基的壓實(shí)狀態(tài)。

因此，采用連續(xù)壓實(shí)技術(shù)控制路基壓實(shí)質(zhì)量時(shí)，前期需進(jìn)行充分的試驗(yàn)段檢測(cè)。在填料性質(zhì)、含水率、設(shè)備型號(hào)一致的情況下，應(yīng)特別注意壓路機(jī)的行駛和振動(dòng)狀態(tài)需保持一致。

4 結(jié)論

路基連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路基填筑施工的實(shí)時(shí)、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，可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)有針對(duì)性地對(duì)薄弱區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充碾壓，避免過壓，減少了路基填料在攤鋪過程中的不均勻性、碾壓過程的不確定性對(duì)路基質(zhì)量的整體穩(wěn)定性的影響。在高鐵路基檢測(cè)中應(yīng)用連續(xù)壓實(shí)技術(shù)，避免了抽樣檢測(cè)造成的停工，提高了施工效率；連續(xù)壓實(shí)技術(shù)采用實(shí)時(shí)、連續(xù)檢測(cè)，減少了重復(fù)檢測(cè)時(shí)間，加快了檢測(cè)效率；連續(xù)壓實(shí)技術(shù)可以有針對(duì)性指導(dǎo)操作，提高了施工機(jī)械的工作效率，從而也降低了施工、人員的成本和油耗，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路基填筑壓實(shí)質(zhì)量的全面控制，可在類似工程中推廣和應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：趙志強(qiáng)（1984-），男，甘肅慶陽人，本科，工程師，研究方向：鐵路路基工程、橋涵工程、隧道工程、軌道工程、市政涉鐵工程、公路工程、施工現(xiàn)場(chǎng)管理、鐵路工程造價(jià)。