馮永乾，江輝煌，吳龍梁，向衛(wèi)國

(1.深圳市建筑工務(wù)署，廣東深圳 518031；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東深圳 518000)

引言

填筑工程主要是指由顆粒填料按照一定的堆積和碾壓要求填筑形成的土工結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物，涉及到公路、鐵路、市政、大壩和機(jī)場等諸多領(lǐng)域[1]。根據(jù)交通部“十三五”規(guī)劃，我國已步入填筑工程迅速建設(shè)階段。提高填筑工程技術(shù)水平和確保填筑工程質(zhì)量關(guān)乎國運(yùn)民生，責(zé)任重大。在控制好壓實(shí)機(jī)械和填筑材料的情況下，填筑工程的質(zhì)量檢測方法是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。然而，常規(guī)的質(zhì)量檢測方法存在代表性差、受外界因素影響大、缺乏過程檢測與重點(diǎn)檢測、無法實(shí)現(xiàn)壓實(shí)均勻性控制等缺點(diǎn)和不足[1，2]，難以滿足日益提高的工程技術(shù)和質(zhì)量要求。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)是1975年由瑞典的Dynapac和Geodynamik公司聯(lián)合提出的填筑工程質(zhì)量檢測與控制技術(shù)[1，3]。該技術(shù)通過安裝在振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪上的傳感器采集振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果來評(píng)估填筑體的壓實(shí)程度，結(jié)合衛(wèi)星地理定位(GNSS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓實(shí)質(zhì)量的連續(xù)控制。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 1 所示。連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)填筑工程實(shí)時(shí)的、全面的過程控制，相比常規(guī)的質(zhì)量檢測方法具有顯著的優(yōu)勢，被譽(yù)為填筑工程技術(shù)的“第三次革命”[4]。

圖1 連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)構(gòu)成示意

經(jīng)過40余年的發(fā)展和完善，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)取得了較大的進(jìn)步。隨著連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在理論研究上的深入開展和在工程實(shí)踐中的大量推廣應(yīng)用，該技術(shù)仍將不斷面臨新的問題和挑戰(zhàn)以滿足科學(xué)技術(shù)水平和生產(chǎn)力迅速發(fā)展的需求。為清楚認(rèn)識(shí)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和瓶頸，促進(jìn)該技術(shù)的進(jìn)步，分別從理論研究、試驗(yàn)研究、設(shè)備研制、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與工程應(yīng)用角度對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)相關(guān)研究內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)梳理，總結(jié)介紹連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)研究進(jìn)展，得到相關(guān)的結(jié)論和建議，從而為連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供有益參考。

1 理論方面

壓實(shí)程度評(píng)估方法和壓實(shí)質(zhì)量控制方法是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)理論研究的基礎(chǔ)也是核心內(nèi)容，是影響填筑工程質(zhì)量控制的的關(guān)鍵因素[1-5]。成層填筑體的振動(dòng)測量值問題關(guān)系到壓實(shí)程度評(píng)估的準(zhǔn)確性，引起了業(yè)界廣泛重視和探討。上述三方面內(nèi)容是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)理論研究的焦點(diǎn)，以下將分別介紹其研究進(jìn)展情況。

1.1 壓實(shí)程度評(píng)估方法

國外，F(xiàn)orssblad[6]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)壓路機(jī)振動(dòng)輪的加速度諧波幅值與填料的壓實(shí)程度有一定的聯(lián)系。在這一發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，Thurner和Sandstom[7]基于信號(hào)處理的原理提出了壓實(shí)度值CMV，并采用壓實(shí)度值評(píng)價(jià)填筑體的壓實(shí)程度。Noshe[8]通過對(duì)半階諧頻和更高階諧頻的分析，提出了類似于CMV指標(biāo)的CCV指標(biāo)。此外，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)隨著填筑體的壓實(shí)而逐漸產(chǎn)生畸變的原理，國外學(xué)者還提出了其他類似的指標(biāo)，例如THD[9-10]、RMV[1]等。其后，Bomag[11]基于壓路機(jī)行進(jìn)時(shí)克服運(yùn)動(dòng)阻力所需的能量開發(fā)了另一種壓實(shí)度計(jì)指標(biāo)MDP，并采用該指標(biāo)評(píng)價(jià)路基的壓實(shí)狀態(tài)。瑞士Ammann公司[12-13]基于振動(dòng)輪和機(jī)架垂直運(yùn)動(dòng)的兩自由度模型，建立了振動(dòng)壓實(shí)的二階微分運(yùn)動(dòng)方程，通過求解計(jì)算得到了土體的剛度系數(shù)Ks，并以此評(píng)估填筑體的壓實(shí)程度。Krobe[14]將填筑體視為空間半無限彈性體，并將振動(dòng)輪荷載視為集中荷載，通過力學(xué)方法推導(dǎo)得到了振動(dòng)模量Evib指標(biāo)。Ks和Evib指標(biāo)的提出標(biāo)志著連續(xù)壓實(shí)程度評(píng)估方法由基于諧波失真的經(jīng)驗(yàn)方法邁向基于力學(xué)原理的理論方法，促進(jìn)了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的巨大進(jìn)步。國內(nèi)，在學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國基本國情的基礎(chǔ)上，徐光輝等[1，15]從動(dòng)力學(xué)的角度分析了振動(dòng)輪與填筑體的相互作用，建立了振動(dòng)輪加速度信號(hào)和抵抗力之間的關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)了響應(yīng)指標(biāo)與壓實(shí)程度的關(guān)系式，提出了采用抵抗力指標(biāo)VCV評(píng)估填筑體的壓實(shí)程度。劉東海[16-17]提出了基于能量原理的壓實(shí)程度評(píng)估方法，該方法通過振動(dòng)信號(hào)推求單位體積壓實(shí)功E，將壓實(shí)功作為連續(xù)壓實(shí)控制檢測指標(biāo)，在公路路基層的壓實(shí)質(zhì)量評(píng)估中取得了較好的應(yīng)用效果。

當(dāng)前的連續(xù)控制方法根據(jù)不同原理可分為四類：(1)基于振動(dòng)信號(hào)頻譜分析的經(jīng)驗(yàn)性評(píng)估方法—壓實(shí)度計(jì)法，該方法的代表性指標(biāo)包括瑞典的諧波比CMV、日本的諧波比衍生指標(biāo)CCV；(2)基于力學(xué)原理的評(píng)估方法—?jiǎng)偠?模量方法，其代表性指標(biāo)有瑞士的剛度指標(biāo)Ks、德國的模量指標(biāo)Evib；(3)基于動(dòng)力學(xué)原理的評(píng)估方法—?jiǎng)恿W(xué)方法，其代表性指標(biāo)有我國的振動(dòng)壓實(shí)值VCV；(4)基于能量原理的評(píng)估方法—能量方法，其代表性指標(biāo)有美國的功率指標(biāo)MDP，我國的單位體積壓實(shí)功指標(biāo)E。盡管目前的壓實(shí)程度評(píng)估方法較多，但都建立在一定的理論假設(shè)基礎(chǔ)上。實(shí)際上，各類方法在理論求解中難以得到解析解，各種假設(shè)條件在工程應(yīng)用中也難以一一滿足，因此一定程度上影響到其適用性。針對(duì)千差萬別的工程情況，采用何種壓實(shí)程度評(píng)估方法，目前在業(yè)界內(nèi)仍然存在較大的爭議，尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或意見。研究和探索理論明確且貼近實(shí)際的壓實(shí)程度評(píng)估方法，仍然是當(dāng)前連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2 壓實(shí)質(zhì)量控制方法

壓實(shí)質(zhì)量控制是在壓實(shí)程度評(píng)估的基礎(chǔ)上進(jìn)行的工程質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)。壓實(shí)質(zhì)量控制方法是填筑工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵，關(guān)系到填筑工程的使用壽命和性能。國外，Michael[3]等根據(jù)不同工況分別給出了選項(xiàng)1，2a，2b，3a，3b，3c共計(jì)6種壓實(shí)質(zhì)量控制方法的建議。其中，選項(xiàng)1是根據(jù)壓實(shí)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)較低的部位識(shí)別出薄弱區(qū)域，再針對(duì)壓實(shí)薄弱區(qū)域進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢測和控制；選項(xiàng)2是根據(jù)壓實(shí)評(píng)估指標(biāo)值的變化情況進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量的評(píng)價(jià)和控制；選項(xiàng)3是建立壓實(shí)評(píng)估指標(biāo)與常規(guī)質(zhì)量檢測指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，再根據(jù)校準(zhǔn)得到的壓實(shí)評(píng)估指標(biāo)的目標(biāo)值進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制。上述6種選項(xiàng)既可以單獨(dú)選用也可以組合應(yīng)用，均具有較強(qiáng)的實(shí)用性。據(jù)悉該壓實(shí)質(zhì)量控制方法已納入即將發(fā)布的美國連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)范之中。奧地利、德國、瑞典等國家(地區(qū))提出的壓實(shí)重量控制方法與上述6種選項(xiàng)類似，在壓實(shí)質(zhì)量控制方法的思路上大體一致，僅在具體判別標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定上有所差異。2016年歐盟發(fā)布的歐洲地區(qū)統(tǒng)一規(guī)程PD CEN/TS 17006:2016[18]將壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性納為質(zhì)量控制的重點(diǎn)，提出了基于統(tǒng)計(jì)學(xué)正態(tài)分布原理進(jìn)行評(píng)估的方法。國內(nèi)，徐立紅等[19]從加權(quán)平均、隨機(jī)分布等數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的角度進(jìn)行研究，提出了可以考慮到空間問題的填筑體壓實(shí)程度和均勻性的評(píng)價(jià)方法，形成了相對(duì)可靠的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。聶志紅等[20]基于某路基的現(xiàn)場壓實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以壓實(shí)度計(jì)類指標(biāo)為分析變量，基于隨機(jī)概率等統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性的篩選和分析，提出了連續(xù)壓實(shí)檢測指標(biāo)概率分布模型的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。王翔等[21]根據(jù)地統(tǒng)計(jì)學(xué)基本原理，采用半變異函數(shù)模型研究動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)的空間變異性，并在采用指數(shù)模型進(jìn)行最優(yōu)化擬合的基礎(chǔ)上提出了路基壓實(shí)均勻性控制評(píng)價(jià)體系。胡遲春等[22]采用X-ray斷層掃描技術(shù)得到了不同壓實(shí)次數(shù)下試件的縱向空隙結(jié)構(gòu)，并通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算評(píng)價(jià)瀝青混合料的壓實(shí)均勻性，工程實(shí)例表明該方法具有較好的適用性。高杰等[23]通過無核密度儀快速測定路基的壓實(shí)度，根據(jù)實(shí)測壓實(shí)度數(shù)據(jù)得到了壓實(shí)度的代表值、合格率和變異系數(shù)，并采用上述3個(gè)參數(shù)作為綜合評(píng)價(jià)路基壓實(shí)質(zhì)量的指標(biāo)。劉東海等[24]基于Dempster-Shafer證據(jù)理論和DBSCAN空間聚類分析方法，提出了可考慮碾壓參數(shù)的定量評(píng)價(jià)壓實(shí)薄弱區(qū)域的模糊綜合評(píng)價(jià)方法。該方法已經(jīng)在堆石壩工程中取得了較好的應(yīng)用效果。此外，我國關(guān)于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的規(guī)程[25-26]借鑒了國外經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)我國基本國情分別規(guī)定了壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性這三方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，提出了全面、合理的連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制體系。

實(shí)際上，壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和穩(wěn)定性是控制填筑工程壓實(shí)質(zhì)量的三要素[27]。壓實(shí)程度關(guān)系到碾壓層物理力學(xué)狀態(tài)的指標(biāo)是否達(dá)到規(guī)定值的程度，是保障壓實(shí)質(zhì)量的基礎(chǔ)。壓實(shí)均勻性關(guān)系到各部分物理力學(xué)形狀分布的一致性，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的支承條件有重要影響。壓實(shí)穩(wěn)定性決定了填筑結(jié)構(gòu)在重復(fù)荷載作用下是否能夠保持長期的穩(wěn)定狀態(tài)。隨著科技的發(fā)展和認(rèn)知水平的提高，填筑工程質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)不再僅僅局限于壓實(shí)程度的評(píng)估，包括壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)和壓實(shí)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)在內(nèi)的壓實(shí)質(zhì)量控制方法逐漸受到廣泛重視。將壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)和控制是壓實(shí)質(zhì)量控制方法發(fā)展的方向和趨勢。

1.3 成層填筑體的振動(dòng)測量值問題

在連續(xù)壓實(shí)控制過程中，基于振動(dòng)響應(yīng)的壓實(shí)程度評(píng)估指標(biāo)反映的是響應(yīng)深度范圍內(nèi)的整體信息。由于填料的填筑厚度通常小于振動(dòng)壓路機(jī)的影響深度，因此，壓實(shí)程度評(píng)估指標(biāo)值實(shí)際上是當(dāng)前填筑層和下臥層信息的綜合測量值[3-5]。當(dāng)填筑體豎向不均勻(即為成層填筑體)時(shí)，如何從理論上考慮各層填筑體性能參數(shù)的異同，將指標(biāo)值在量測深度范圍內(nèi)進(jìn)行合理“分解”從而得到可以反映當(dāng)前填筑層壓實(shí)程度的信息，是提高連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)可靠性和適用性的有效途徑。德國Bomag公司基于層狀黏彈性力學(xué)原理，采用類似于FWD反算模量的方法進(jìn)行了填筑體性能參數(shù)分層問題研究，但尚未得出最終的研究結(jié)論；美國Michael[3]通過測量振動(dòng)壓路機(jī)的激振力、位移以及填筑體內(nèi)的應(yīng)力和位移，反推振動(dòng)測量值與填筑體各層性能參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到了各層性能參數(shù)對(duì)測量值的貢獻(xiàn)不同的結(jié)論。此外，美國Soheil和George在其承擔(dān)的NCHRP24-45科研項(xiàng)目中也正在進(jìn)行填筑體性能參數(shù)分層問題的研究。國內(nèi)，田利鋒[5]通過開展現(xiàn)場試驗(yàn)研究了不同性能參數(shù)填筑層的振動(dòng)測量值與填筑體內(nèi)應(yīng)力分布的關(guān)系，得到了振動(dòng)測量值與填筑體內(nèi)應(yīng)力分布情況有關(guān)的結(jié)論。此外，西南交通大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)從多層黏彈性體力學(xué)原理的角度，研究了填筑體性能參數(shù)成層的問題，得到了有益的參考結(jié)論。

目前，填筑體性能參數(shù)分層問題已受到廣泛的關(guān)注，但都停留在基于經(jīng)典力學(xué)理論的分析和基于試驗(yàn)的定性分析上，尚無滿意的理論解答更未發(fā)現(xiàn)已應(yīng)用于工程實(shí)踐的成果。

總體上，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)理論方面的研究主要集中在壓實(shí)程度評(píng)估方法、壓實(shí)質(zhì)量控制方法和成層填筑體的振動(dòng)測量值問題研究上。其中，壓實(shí)程度評(píng)估方法研究是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)，也是當(dāng)前研究的難點(diǎn)。壓實(shí)質(zhì)量控制方法研究已逐漸成熟，其研究成果已經(jīng)得到了大量的成功應(yīng)用。成層填筑體的振動(dòng)測量值問題仍然缺少適用的計(jì)算方法和應(yīng)對(duì)措施，有待進(jìn)一步的研究和探索。此外，工程經(jīng)驗(yàn)表明，碾壓參數(shù)對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的影響顯著[28]，而當(dāng)前的施工技術(shù)水平難以對(duì)碾壓參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、全面、精確的控制，較大程度上影響到該技術(shù)的適用性。如何合理考慮碾壓參數(shù)的影響，將其引入連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)當(dāng)中逐漸引起了業(yè)內(nèi)的廣泛討論。

2 試驗(yàn)方面

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)涉及到信息、機(jī)械、巖土、力學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。影響壓實(shí)測量值的因素很多，不僅包括壓路機(jī)振動(dòng)類型、行進(jìn)速度、振動(dòng)頻率、激振力和振幅在內(nèi)的壓實(shí)工藝參數(shù)，還包括填料顆粒粗細(xì)、填料級(jí)配、填料含水量在內(nèi)的填料特性參數(shù)。開展試驗(yàn)研究是探索各因素影響規(guī)律和相互關(guān)系的有效手段。以下將從壓實(shí)工藝和填料特性對(duì)振動(dòng)測量值影響方面的試驗(yàn)研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

2.1 壓實(shí)工藝的影響

國外，Michael等[3]在美國華盛頓哥倫比亞特區(qū)高速公路段開展了振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)頻率、振幅和行進(jìn)速度等工藝參數(shù)對(duì)振動(dòng)測量值影響的現(xiàn)場試驗(yàn)。研究了振動(dòng)測量值CMV、CCV、Ks和Evib對(duì)不同壓實(shí)工藝的敏感性和可重復(fù)性。得到了力學(xué)指標(biāo)Ks和Evib對(duì)于不同壓實(shí)工藝具有更好的可重復(fù)性的結(jié)論。Camargo等[29]開展了不同振幅下的振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)，結(jié)果表明振動(dòng)質(zhì)量檢測參數(shù)(振動(dòng)測量值)隨著振幅的改變而變化，得到了振幅的改變影響到振動(dòng)輪的運(yùn)行狀況進(jìn)而改變振動(dòng)測量范圍和振動(dòng)測量值大小的結(jié)論。Van Susante和Mooney[30]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)振動(dòng)頻率對(duì)壓路機(jī)的振動(dòng)模式產(chǎn)生了很大的影響，并進(jìn)一步影響到壓實(shí)質(zhì)量檢測參數(shù)(振動(dòng)測量值)的大小。國內(nèi)，張潤利等[31]根據(jù)連續(xù)壓實(shí)的基本原理，將振動(dòng)輪的加速度與土體壓實(shí)系數(shù)近似為正相關(guān)，通過自主研發(fā)的軟件對(duì)比分析了連續(xù)壓實(shí)測試數(shù)據(jù)與壓實(shí)程度數(shù)據(jù)，研究了壓實(shí)系數(shù)、振幅、激振頻率等碾壓參數(shù)與振動(dòng)測量值的關(guān)系。范娟等[32]以壓實(shí)度計(jì)指標(biāo)為研究對(duì)象，基于正交原理進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在滬昆高鐵芷江段開展了壓實(shí)工藝試驗(yàn)，研究了振動(dòng)壓路機(jī)振幅、振動(dòng)頻率、行進(jìn)速度和方向?qū)φ駝?dòng)測量值的影響。田利鋒[5]針對(duì)已有研究未能定量分析振動(dòng)壓路機(jī)工藝參數(shù)對(duì)連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)的影響程度，設(shè)計(jì)了以振動(dòng)壓路機(jī)工藝參數(shù)為影響因素的正交試驗(yàn)，進(jìn)行方差分析，量化了振動(dòng)壓路機(jī)振幅、振動(dòng)頻率、碾壓速度以及行駛方向?qū)B續(xù)壓實(shí)指標(biāo)的影響程度。

壓實(shí)工藝對(duì)振動(dòng)測量值影響的試驗(yàn)研究主要集中在不同類別的工藝參數(shù)對(duì)振動(dòng)測量值的影響程度和各類振動(dòng)測量值對(duì)某類工藝參數(shù)的敏感性兩方面內(nèi)容。壓實(shí)工藝影響試驗(yàn)原理相對(duì)簡單且可操作性較強(qiáng)，國內(nèi)外已開展了大量類似的試驗(yàn)工作，得到的結(jié)論也大同小異：(1)振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)頻率、振幅對(duì)振動(dòng)測量值的影響較大，行進(jìn)速度和行進(jìn)方向?qū)y量值的影響相對(duì)較??；(2)力學(xué)指標(biāo)相比壓實(shí)度計(jì)指標(biāo)對(duì)不同壓實(shí)工藝參數(shù)的可重復(fù)性更好，即力學(xué)指標(biāo)對(duì)壓實(shí)工藝參數(shù)表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。

2.2 填料特性的影響

國外，Michael等[3]開展了5種振動(dòng)壓實(shí)指標(biāo)(MDP、CMV、CCV、Ks、Evib)與17種不同土壤的綜合評(píng)估試驗(yàn)，研究了填料的類別、級(jí)配、含水量等特性對(duì)不同振動(dòng)壓實(shí)指標(biāo)的影響，得到了細(xì)粒料填料受含水量影響較大和粗顆粒填料受級(jí)配、下臥層支撐條件的影響較大的結(jié)論，給出了在進(jìn)行振動(dòng)測量指標(biāo)與常規(guī)質(zhì)量檢測指標(biāo)的相關(guān)性分析時(shí)，針對(duì)填料特性采用多元回歸分析方法對(duì)振動(dòng)測量值進(jìn)行修正的建議。日本Sakai公司[33]開展了粉質(zhì)黏土、級(jí)配碎石和堆石料三類填料的振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)，研究了填料類別對(duì)振動(dòng)測量值適用性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，填料為粉質(zhì)黏土、級(jí)配碎石時(shí)壓實(shí)度計(jì)類指標(biāo)與常規(guī)指標(biāo)具有較好的相關(guān)性，而填料為堆石料時(shí)的相關(guān)性較差。Mooney和Rinehart[10]開展了不同類別填料的振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)，得到了當(dāng)填料為粗粒料時(shí)振動(dòng)測量值與激振力呈正相關(guān)，而當(dāng)填料為細(xì)粒料時(shí)振動(dòng)測量值與激振力呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論，證實(shí)了填料類別對(duì)振動(dòng)測量值的影響顯著。國內(nèi)，何廣杰等[34]開展了碎石材料振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明碎石填料的振動(dòng)壓實(shí)是一個(gè)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性不斷變化的過程。振動(dòng)壓實(shí)改變了填料的特性，而填料特性的改變勢必引起不同的振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果。由此可見，填料特性對(duì)振動(dòng)測量值的影響是動(dòng)態(tài)的、雙向的和復(fù)雜的。在填料含水量對(duì)振動(dòng)測量值的影響方面，張獻(xiàn)民[35]等通過開展大型振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)，研究了不同含石量和含水量對(duì)混合料中細(xì)粒土的壓實(shí)度的影響，得到了含水量對(duì)細(xì)粒土壓實(shí)度影響較大的結(jié)論。此外，Anderegg[36]、Petersen[37]、徐光輝[1]和劉東海等[38]學(xué)者也認(rèn)為含水量對(duì)填料的物理力學(xué)性質(zhì)影響顯著(尤其是細(xì)粒填料)，均提出了應(yīng)用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)時(shí)多關(guān)注填料含水量變化的建議。各文獻(xiàn)關(guān)于含水量對(duì)振動(dòng)測量值的影響機(jī)理總結(jié)概括如下：含水量變化時(shí)，一方面材料的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了顯著變化，對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)也隨之改變；另一方面，填料的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)應(yīng)的含水量不唯一，即填料在某一剛度或密實(shí)度條件下可對(duì)應(yīng)兩種不同的(高/低)含水量。與此同時(shí)，振動(dòng)測量值與常規(guī)質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)對(duì)含水量的敏感性往往相差較大[39]，從而導(dǎo)致兩者在相關(guān)性校驗(yàn)時(shí)的離散性很大，甚至無法達(dá)到連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)應(yīng)用的基本條件。針對(duì)填料含水量問題，多個(gè)國家的連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)范均指出需重視填料含水量的問題，但遺憾的是除美國明尼蘇達(dá)州試點(diǎn)規(guī)程提出了簡化的修正方法以外均未能給出具體的建議和措施，仍然停留在經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用層面。

目前，國內(nèi)外針對(duì)連續(xù)壓實(shí)的試驗(yàn)研究主要集中在壓實(shí)工藝和填料特性對(duì)振動(dòng)測量值的影響研究方面。其中，填料含水量對(duì)振動(dòng)測量值的影響是研究的熱點(diǎn)也是難點(diǎn)。針對(duì)工程實(shí)際中的壓實(shí)工藝參數(shù)和填料特性，通過開展現(xiàn)場校準(zhǔn)試驗(yàn)對(duì)振動(dòng)測量值進(jìn)行多元化修正是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。

3 設(shè)備研制方面

3.1 連續(xù)壓實(shí)設(shè)備的研制

基于各類壓實(shí)程度評(píng)估方法，國內(nèi)外設(shè)備廠商和科研單位研制出了數(shù)十種連續(xù)壓實(shí)設(shè)備和系統(tǒng)[40-47]。例如：基于CMV指標(biāo)，瑞典Dynapac公司研發(fā)了DCA型壓實(shí)分析儀，中國水利水電科學(xué)研究院研發(fā)了YS-1型壓實(shí)度儀，徐工集團(tuán)研發(fā)了SMC-960A型密實(shí)度測量儀等。上述設(shè)備的基本原理相同，以瑞典Dynapac公司的DCA型壓實(shí)分析儀為典型代表。DCA型壓實(shí)分析儀通過數(shù)據(jù)計(jì)算和處理并結(jié)合GPS定位技術(shù)，能夠以圖形的格式輸出CMV、碾壓遍數(shù)、振幅、頻率、GPS坐標(biāo)等大量與振動(dòng)壓實(shí)相關(guān)的數(shù)據(jù)，是研發(fā)時(shí)間相對(duì)較早的連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備?；贑CV指標(biāo)研發(fā)的連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備以日本Sakai公司生產(chǎn)的壓實(shí)分析儀為典型代表，該設(shè)備的基本原理與DCA型壓實(shí)分析儀相近，同屬于基于頻譜分析原理的連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備?；谀芰恐笜?biāo)的連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備包括德國Bomag公司研制的OMEGA壓實(shí)度儀、Caterpillar公司研發(fā)的Compaction Viewer系統(tǒng)以及我國蘇交所研制的MSY-100 的壓實(shí)度測量儀，該類設(shè)備的基本原理是根據(jù)振動(dòng)輪的振動(dòng)加速度信號(hào)求解克服壓實(shí)填料阻抗所需的能量，從而根據(jù)能量值評(píng)價(jià)填筑體的壓實(shí)狀態(tài)。在基于能量指標(biāo)的連續(xù)壓實(shí)設(shè)備中，Compaction Viewer系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集和衛(wèi)星定位功能，能夠?qū)崟r(shí)顯示位置和壓實(shí)測量值，是目前應(yīng)用較多的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是GPS定位技術(shù)，水平面精度為±10 mm，垂直面精度為±20 mm，可以在PC上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的后處理和可視化監(jiān)控，并能夠與土方工程AccuGrade應(yīng)用軟件較好兼容。此外，天津大學(xué)基于每單位體積的壓實(shí)功率指標(biāo)E開發(fā)了一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)[17]，用于監(jiān)測堆石壩施工中的壓實(shí)質(zhì)量。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)參數(shù)(即碾壓遍數(shù)，速度，振動(dòng)狀態(tài)和壓實(shí)厚度)的全面監(jiān)控?；贙s指標(biāo)研發(fā)連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商有Ammann公司和Case公司，以Ammann公司研發(fā)的Ace Plus系統(tǒng)為典型代表。Ace Plus系統(tǒng)每振動(dòng)一周計(jì)算一次碾壓體的剛度系數(shù)Ks，并將Ks數(shù)據(jù)與通過車載GPS設(shè)備采集的X、Y和Z坐標(biāo)相結(jié)合，以1 Hz的頻率報(bào)告Ks的平均值。該系統(tǒng)軟件安裝在平板電腦車載電腦內(nèi)，能夠以圖形格式輸出實(shí)時(shí)振動(dòng)碾壓參數(shù)?；贓vib指標(biāo)，德國Bomag公司研發(fā)了Vario Control系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括車載平板電腦、移動(dòng)軟件和用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB記憶棒，可以接受任何能夠通過RS232接口提供GGA或PJK數(shù)據(jù)的GPS接收器，并以10 Hz的頻率報(bào)告并存儲(chǔ)GPS采樣坐標(biāo)處的Evib。基于VCV指標(biāo)的連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)主要包括中國鐵道科學(xué)研究院研發(fā)的CCC-800系統(tǒng)、西南交通大學(xué)研發(fā)的CPMS系統(tǒng)、北京天璣科技公司研發(fā)的ICC-900系統(tǒng)、西安依恩馳公司研發(fā)的RCC100連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)、上海華測導(dǎo)航公司研發(fā)的TC63壓實(shí)質(zhì)量管理系統(tǒng)等?；赩CV指標(biāo)的連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備以廣州中海達(dá)公司代理的北斗壓路機(jī)智能壓實(shí)設(shè)備為典型代表。中海達(dá)連續(xù)壓實(shí)設(shè)備主要包括基準(zhǔn)站、車載顯示終端、移動(dòng)軟件和用于存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)采集盒等，該設(shè)備安裝有北斗工程接收機(jī)且支持多星多頻，校正后的定位精度為厘米級(jí)，目前已在我國鐵路和公路領(lǐng)域得到了較好的推廣應(yīng)用。

3.2 智能壓實(shí)設(shè)備的研制

智能壓實(shí)是在填筑體碾壓過程中，在連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)識(shí)別和評(píng)估壓實(shí)程度的基礎(chǔ)上，采用人工智能技術(shù)建立決策和反饋控制體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)填筑過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和反饋控制，以求壓實(shí)效率的自動(dòng)最優(yōu)化[4，48-54]。實(shí)際上，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)屬于數(shù)字化施工的范疇，是智能壓實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)。智能壓實(shí)技術(shù)屬于智能化施工的范疇，是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)發(fā)展的高級(jí)階段[50]。

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)誕生不久，智能壓實(shí)的思想便開始萌芽。20世紀(jì)80年代，北歐Bomag和Geodynamik等廠家開始著手智能壓實(shí)技術(shù)的初步研究。智能壓實(shí)技術(shù)的早期思想是將連續(xù)壓實(shí)技術(shù)和無級(jí)調(diào)幅定向振動(dòng)技術(shù)進(jìn)行集成，基于這一理念，于1992年成功研制出了世界上第一臺(tái)具備“智能”特征的振動(dòng)壓路機(jī)。在隨后的幾年時(shí)間中，德國HAMM公司對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了深化，研制出了可以根據(jù)填筑體的壓實(shí)程度自動(dòng)調(diào)節(jié)行駛速度、激振力和振動(dòng)頻率的智能壓路機(jī)，Bomag公司也研發(fā)出了可根據(jù)作業(yè)工況的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)激振力方向智能振動(dòng)壓路機(jī)和Variomatic/Variocontrol智能壓實(shí)系統(tǒng)，能根據(jù)識(shí)別出的填筑材料的壓實(shí)程度數(shù)據(jù)自動(dòng)優(yōu)化振動(dòng)頻率和振幅以提高壓實(shí)效率。1996年智能壓實(shí)控制技術(shù)成功應(yīng)用于瀝青路面壓實(shí)中，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的工程應(yīng)用。隨著連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的進(jìn)步，采用力學(xué)類指標(biāo)評(píng)估壓實(shí)程度的理念被引入智能壓實(shí)技術(shù)之中，隨后于2001年研發(fā)出基于力學(xué)原理的瀝青壓實(shí)專家智能系統(tǒng)。2006年，美國Caterpillar公司也正式開始研究智能壓實(shí)技術(shù)，并研發(fā)出了CS、CP系列的智能壓路機(jī)。與之前的智能壓路機(jī)不同之處在于，CS、CP系列的智能壓路機(jī)是通過振動(dòng)輪內(nèi)獨(dú)特的鋼球改變偏心矩從而實(shí)現(xiàn)了振幅的變換和調(diào)整，這一理念在當(dāng)時(shí)是相對(duì)先進(jìn)的。

我國的智能壓實(shí)技術(shù)研究起步相對(duì)較晚，經(jīng)歷了從向國外引進(jìn)學(xué)習(xí)到自主創(chuàng)新的歷程，在該領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)步。廈工三明和福州大學(xué)等單位聯(lián)合研制出了YZC12串聯(lián)式智能振動(dòng)壓路機(jī)，該智能壓實(shí)設(shè)備具備自動(dòng)的無級(jí)變幅功能。遺憾的是YZC12型智能振動(dòng)壓路機(jī)無法根據(jù)填筑層壓實(shí)信息準(zhǔn)確、快速地反饋振動(dòng)頻率和行進(jìn)速度的最優(yōu)工藝組合。石家莊鐵道大學(xué)研制的YZC16型壓路機(jī)能夠根據(jù)填筑體的固有頻率識(shí)別出不同類別的土壤，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行振動(dòng)頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。但是在實(shí)際壓實(shí)過程中，填筑體的固有頻率隨著壓實(shí)程度的變化而發(fā)生改變，先前設(shè)置的固有頻率數(shù)據(jù)與實(shí)際情況存在一定的差異。因此，嚴(yán)格意義上YZC16型壓路機(jī)并未達(dá)到“智能”的標(biāo)準(zhǔn)。徐工集團(tuán)研發(fā)的XD142雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)基于PLC與CAN集成技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警，但是在碾壓過程中無法實(shí)時(shí)自動(dòng)地調(diào)整振動(dòng)頻率、振幅等工藝參數(shù)，未實(shí)現(xiàn)完全的智能化壓實(shí)。天津大學(xué)研制出了可調(diào)整碾壓參數(shù)的RCC碾壓模擬試驗(yàn)裝置[55]。該裝置實(shí)現(xiàn)了碾壓機(jī)械的激振力、振動(dòng)頻率和行進(jìn)速度的多級(jí)協(xié)同調(diào)整，在智能壓實(shí)設(shè)備的研制上取得了新的突破。此外，作為智能化發(fā)展方向之一的無人駕駛技術(shù)也取得了一些進(jìn)展。例如國防科技大學(xué)研制出了國內(nèi)第一臺(tái)無人駕駛的振動(dòng)壓路機(jī)—W1102DZ型振動(dòng)壓路機(jī)。但W1102DZ型振動(dòng)壓路機(jī)未能與連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)結(jié)合，無法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)壓實(shí)的智能化[4]。由此可見，我國的智能壓實(shí)設(shè)備研制目前仍處于初級(jí)階段，尚未實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化應(yīng)用。

目前，國內(nèi)外關(guān)于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的設(shè)備研制成果主要包括連續(xù)壓實(shí)設(shè)備研制和智能壓實(shí)設(shè)備研制兩個(gè)方面。其中，連續(xù)壓實(shí)設(shè)備和系統(tǒng)的研制取得了較大的發(fā)展，但是其實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步依賴于壓實(shí)程度評(píng)估方法的改進(jìn)和創(chuàng)新。智能壓實(shí)設(shè)備研制是目前的研究熱點(diǎn)，也是未來連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)設(shè)備研發(fā)的發(fā)展方向。實(shí)際上，智能壓實(shí)大體是沿著調(diào)節(jié)“振動(dòng)頻率、振幅(激振力大小)和激振力方向”這三種模式演化的[4]。目前，智能壓實(shí)設(shè)備研制中的機(jī)械硬件性能研究取得了較好的發(fā)展，即較好解決了碾壓過程中壓實(shí)工藝參數(shù)“能否調(diào)節(jié)”的“硬件”問題。而解決好“如何調(diào)節(jié)”和“調(diào)節(jié)多少”的“軟件”問題則有待于壓實(shí)程度評(píng)估方法的發(fā)展和人工智能技術(shù)的進(jìn)步。

4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與工程應(yīng)用

4.1 連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

自20世紀(jì)90年代起，歐洲一些國家陸續(xù)發(fā)布了關(guān)于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。例如：奧地利于1990年發(fā)布了RVS 8S.02.6，并分別于1993年和1999年進(jìn)行了修訂。瑞典于1994年頒布了BYA92、ATB Vg，并于2004年進(jìn)行了修訂。德國于1994年頒布了ZTVE-StB-93，并于1997年進(jìn)行了更新，于2009年進(jìn)行了部分修訂。另外，法國、荷蘭、愛爾蘭等國家也正計(jì)劃起草連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2016年，歐盟頒布了PD CEN/TS 17006:2016(試用版)，并于2018年宣布正式實(shí)施。這標(biāo)志著連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在歐洲地區(qū)已經(jīng)形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即將開展大規(guī)模的推廣應(yīng)用。美國絕大部分的州交通局均已頒布了州立智能壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，美國地區(qū)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)完成起草，預(yù)計(jì)近年正式發(fā)布和實(shí)施。我國于2011年發(fā)布了首部連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB 10108—2011，其后于2015年發(fā)布了中國鐵路總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CR 9210-2015，并于2017年頒布了中國第一份公路路基智能壓實(shí)的推薦性標(biāo)準(zhǔn)JT/T 1127—2017。各國家(地區(qū))標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的大體思路基本一致，主要是針對(duì)地域性差別，在連續(xù)壓實(shí)檢驗(yàn)指標(biāo)、質(zhì)量控制方法和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容的具體規(guī)定和要求上有所差異。

4.2 成功的案例

隨著連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的發(fā)布與實(shí)施，該技術(shù)逐漸得到了普遍采用[56-64]，積累了大量成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。德國科隆—萊茵河高速鐵路項(xiàng)目對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)進(jìn)行了較好應(yīng)用。該項(xiàng)目填料為級(jí)配良好的粗顆粒填料，碾壓設(shè)備采用了Bomag公司生產(chǎn)的具有良好性能的BW型振動(dòng)壓路機(jī)。采用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的路基碾壓施工時(shí)嚴(yán)格控制了碾壓厚度和碾壓速度，碾壓完畢后質(zhì)檢部門結(jié)合連續(xù)壓實(shí)控制測試數(shù)據(jù)識(shí)別碾壓的薄弱區(qū)域，并在薄弱區(qū)域進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量抽檢，以復(fù)核路基的壓實(shí)質(zhì)量。德國的后勤中心也成功應(yīng)用了連續(xù)壓實(shí)技術(shù)。該項(xiàng)目利用GPS技術(shù)并結(jié)合連續(xù)壓實(shí)控制平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取碾壓厚度、碾壓遍數(shù)、行車速度等碾壓參數(shù)，大大提高了工程管理效率。同時(shí)，根據(jù)連續(xù)壓實(shí)控制測試結(jié)果合理優(yōu)化了碾壓遍數(shù)，不僅節(jié)約了30%的工期和成本，而且有效避免了“欠壓”等質(zhì)量問題。美國Amman公司在羅利地區(qū)的某瀝青路面壓實(shí)施工中也采用了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)。該項(xiàng)目通過現(xiàn)場標(biāo)定試驗(yàn)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)建立了連續(xù)壓實(shí)控制指標(biāo)Evib與壓實(shí)度、K30的一元回歸關(guān)系。結(jié)果顯示兩類指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，具有強(qiáng)相關(guān)性。通過率定得到的碾壓目標(biāo)值成功實(shí)現(xiàn)了路面的連續(xù)壓實(shí)控制，有效提高了瀝青路面的壓實(shí)質(zhì)量。我國于1993年開始對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，其中在東北三省的高等級(jí)公路碾壓施工中應(yīng)用較多。應(yīng)用結(jié)果表明：當(dāng)填料為細(xì)粒料時(shí)，VCV與彎沉檢測值/壓實(shí)度之間存在較好的線性相關(guān)性，采用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)能夠取得較好的應(yīng)用效果。隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)于2008年開始應(yīng)用于我國鐵路建設(shè)中，并積累了豐富的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。例如京滬高速鐵路鄒城段、滬昆高鐵婁底段和芷江段、石濟(jì)鐵路客運(yùn)專線平原東站站場路基段和京沈客運(yùn)專線TJ-10標(biāo)段采用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)均取得了成功的應(yīng)用。上述成功應(yīng)用了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的鐵路建設(shè)項(xiàng)目存在一些共同點(diǎn)：(1)填料性能優(yōu)良，且填料含水量均控制在最優(yōu)含水率附近；(2)施工過程控制嚴(yán)格，碾壓厚度、碾壓速度等施工工藝參數(shù)嚴(yán)格按照評(píng)審方案執(zhí)行；(3)較高的工程管理水平，業(yè)主、監(jiān)理、施工單位建立了有效的溝通平臺(tái)和管理機(jī)制，較好地實(shí)現(xiàn)了“運(yùn)行-回饋-決策-響應(yīng)”的良好施工模式。隨著成功經(jīng)驗(yàn)的積累，2013年由原鐵道部頒發(fā)的[2013]3號(hào)文件將“連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)”作為新技術(shù)在鐵路建設(shè)領(lǐng)域進(jìn)行了全面推廣，積極促進(jìn)了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在我國的發(fā)展和應(yīng)用。此外，在2013年甘肅成州機(jī)場的建設(shè)項(xiàng)目中也成功應(yīng)用了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)。該機(jī)場項(xiàng)目的最大填高為60 m，對(duì)壓實(shí)質(zhì)量要求較高。在碾壓施工過程中，采用了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)結(jié)合現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)TB10108—2011進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制，不僅確保了工程質(zhì)量，還取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在168 m壩高的雅礱江官地碾壓混凝土壩、119 m壩高的金沙江龍開口碾壓混凝土壩和糯扎渡心墻堆石壩等工程項(xiàng)目上得到了初步應(yīng)用，取得了良好的效果。由此可見，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)已經(jīng)在公路、鐵路、機(jī)場、大壩等多個(gè)領(lǐng)域得到了成功的推廣應(yīng)用。

4.3 失敗的案例

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)既有大量的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，也有不少失敗的案例。日本建設(shè)省土木研究所在20世紀(jì)80年代曾對(duì)壓實(shí)度計(jì)方法進(jìn)行過較為細(xì)致的研究[33]。分別針對(duì)夾粉土礫、夾黏土礫和堆石料3種材料進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，CMV只對(duì)含有較多細(xì)顆粒的填料在某種程度上是有效的，而對(duì)于堆石料等粗粒堅(jiān)硬填料的效果欠佳，因而在其高速公路建設(shè)中未進(jìn)行推薦應(yīng)用。中國在沈陽至丹東高速公路建設(shè)中曾計(jì)劃采用壓實(shí)度計(jì)方法進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制。該項(xiàng)目采用了粉土、黏性土、碎石等多種填料，各類填料的顆粒粒徑、級(jí)配存在巨大差異，且填料的含水量變化幅度較大?，F(xiàn)場率定試驗(yàn)表明CMV與壓實(shí)質(zhì)量之間沒有很好的相關(guān)性，因而沒有能夠進(jìn)行成功應(yīng)用。哈爾濱至大連高速鐵路進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，但受到碾壓機(jī)械性能的影響，激振力、振動(dòng)頻率、振幅等碾壓參數(shù)均存在一定程度的不可控波動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)際的應(yīng)用效果欠佳而無法滿足質(zhì)量控制要求，因而未能在該項(xiàng)目展開大規(guī)模的工程應(yīng)用。沈陽至鐵嶺高速公路、長春至扶余高速公路等項(xiàng)目涉及到溫度、含水量變化等諸多問題，使連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的應(yīng)用變得十分復(fù)雜，難以得到較滿意的應(yīng)用結(jié)果。此外，還有很多工程項(xiàng)目由于沒能進(jìn)行成功的應(yīng)用而沒有進(jìn)行相關(guān)報(bào)道，其失敗的原因不詳。

從有限的失敗案例報(bào)道和記錄來看，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)未能取得較好的應(yīng)用效果或者無法進(jìn)行應(yīng)用的主要原因總結(jié)如下。(1)壓實(shí)程度評(píng)估方法選擇不合理，選用的方法針對(duì)本工程項(xiàng)目的適用性不強(qiáng)。根據(jù)各類壓實(shí)程度評(píng)估方法的基本原理進(jìn)行分析可知，各類方法自身存在一些局限性。例如壓實(shí)度計(jì)法是通過諧波失真的程度評(píng)估壓實(shí)質(zhì)量，當(dāng)現(xiàn)實(shí)中存在跳振情況時(shí)，諧波將會(huì)呈現(xiàn)出高度的非線性而無法得到準(zhǔn)確的結(jié)果。而振動(dòng)碾壓礫石、碎石等粗顆粒填料時(shí)，當(dāng)填料達(dá)到一定壓實(shí)程度后十分容易產(chǎn)生跳振現(xiàn)象。力學(xué)方法將土體假定為開爾文體，未考慮土體壓實(shí)過程中的塑性變形，且該方法為了求解微分方程通常不考慮滯后角或者假定滯后角為某一個(gè)固定的值，這與土體的黏彈性特性不相符。當(dāng)填料為黏性土等細(xì)顆粒填料時(shí)或者當(dāng)填料的含水量變化較大時(shí)，這種假定將帶來更為明顯的偏差。實(shí)際上，很難有一種能夠全面貼近實(shí)際情況的壓實(shí)程度評(píng)估方法。因此，實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合工程實(shí)際針對(duì)不同類別的填料選用不同的壓實(shí)程度評(píng)估方法。(2)碾壓參數(shù)變動(dòng)大，連續(xù)壓實(shí)控制指標(biāo)與壓實(shí)質(zhì)量難以建立線性關(guān)系。由連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的基本理論可知，該技術(shù)是通過建立連續(xù)壓實(shí)控制指標(biāo)與常規(guī)質(zhì)量檢測指標(biāo)的聯(lián)系或者根據(jù)連續(xù)壓實(shí)控制指標(biāo)的相對(duì)變化來間接評(píng)估填筑體的壓實(shí)質(zhì)量，保持碾壓參數(shù)恒定不變是應(yīng)用該技術(shù)的基本條件。然而，現(xiàn)實(shí)中的填筑工程所使用的填料通常是就地取材，填料的類別和性質(zhì)差異較大。加上受到機(jī)械性能以及人為因素干擾的影響，包括機(jī)械工藝參數(shù)和施工工藝參數(shù)在內(nèi)的碾壓參數(shù)往往難以做到實(shí)時(shí)的、全面的精準(zhǔn)控制。(3)工程管理粗放，工程技術(shù)人員的水平參差不齊。傳統(tǒng)的壓實(shí)質(zhì)量控制是在施工完畢后通過常規(guī)質(zhì)量檢測進(jìn)行“事后控制”，壓實(shí)的過程控制往往被忽視。而連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)是對(duì)壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行“事中控制”，壓實(shí)的過程控制直接影響到連續(xù)壓實(shí)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的“重結(jié)果而輕過程”的思想在一定程度上限制了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的成功應(yīng)用。另外，我國對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制工程技術(shù)人員暫未實(shí)行統(tǒng)一的培訓(xùn)和持證上崗，工程人員的技術(shù)水平參差不齊，這也是影響連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)成功應(yīng)用的重要原因之一。

目前，連續(xù)壓實(shí)技術(shù)得到了越來越多的工程應(yīng)用，既有成功的經(jīng)驗(yàn)也有失敗的教訓(xùn)。工程應(yīng)用研究表明[1-4，36-37，57-61，65]，雖然連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的理論和方法有待于進(jìn)一步研究和完善，但是在嚴(yán)格控制填料和碾壓參數(shù)的前提下，通過科學(xué)合理的工程管理與多方協(xié)調(diào)把控，采用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)仍然能夠得到較為滿意的結(jié)果。

5 結(jié)論

我國將長期處于填筑工程迅速發(fā)展和建設(shè)時(shí)期，填筑工程質(zhì)量控制中的傳統(tǒng)樣點(diǎn)檢測方法將逐漸被具有過程控制、全面覆蓋等顯著優(yōu)勢的連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)所取代。然而，大量研究和實(shí)踐表明，當(dāng)前連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)存在壓實(shí)程度評(píng)估方法的普遍適用性欠佳[1-3，36-37，65]、受碾壓參數(shù)不可控波動(dòng)以及填筑體特性成層問題的影響大[3-5]、智能/連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備滯后于理論[1-3]等諸多欠缺和不足。因此，為了適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展與進(jìn)步，改進(jìn)和完善連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)基本理論，加強(qiáng)連續(xù)/智能壓實(shí)設(shè)備研發(fā)，提高工程管理和施工技術(shù)水平，從而促進(jìn)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在我國取得更廣泛的成功應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對(duì)國內(nèi)外連續(xù)壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行較為系統(tǒng)的梳理和總結(jié)，得到的主要結(jié)論和建議如下。

(1)智能/連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)是諸多學(xué)科和領(lǐng)域交叉的新興技術(shù)，單純以某一個(gè)專業(yè)為導(dǎo)向進(jìn)行研究和探索往往難以得到滿意的結(jié)果。因此，多學(xué)科的協(xié)同研究是發(fā)展該技術(shù)的必然之路。

(2)探索更貼近實(shí)際的壓實(shí)程度評(píng)估方法、解決填筑體性能參數(shù)分層和碾壓參數(shù)波動(dòng)問題是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)理論研究的熱點(diǎn)。智能碾壓設(shè)備的研制是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)設(shè)備研發(fā)的趨勢，也是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)向智能化壓實(shí)發(fā)展的關(guān)鍵。

(3)建立業(yè)主、監(jiān)理、施工單位多方溝通平臺(tái)與協(xié)調(diào)機(jī)制，規(guī)范連續(xù)壓實(shí)控制工程技術(shù)人員的培訓(xùn)與考核，有利于促進(jìn)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在我國更廣泛的應(yīng)用。

(4)當(dāng)前連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用需針對(duì)工程實(shí)際進(jìn)行充分的分析和可行性論證，理論結(jié)合試驗(yàn)并借鑒類似工程經(jīng)驗(yàn)是該技術(shù)進(jìn)行成功應(yīng)用的有效途徑。