孫義

（邢臺(tái)路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北邢臺(tái) 054000）

1 連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的原理

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的本質(zhì)是“剛性圓柱體在彈塑性體上振動(dòng)和移動(dòng)狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)求解以及參數(shù)識(shí)別與控制”。路基填筑過程中，安裝在壓路機(jī)鋼輪上的傳感器實(shí)時(shí)讀取與路基壓實(shí)質(zhì)量相關(guān)的振動(dòng)信號(hào)，車載量測系統(tǒng)，可進(jìn)行對(duì)應(yīng)信息處理，經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算等步驟，得到路基結(jié)構(gòu)的抗力、模量和剛度系數(shù)等與壓實(shí)質(zhì)量直接相關(guān)的參數(shù)（統(tǒng)稱振動(dòng)壓實(shí)值VCV），VCV值經(jīng)過與路基壓實(shí)度的相關(guān)度校驗(yàn)，可作為檢測路基壓實(shí)度的技術(shù)指標(biāo)。

控制系統(tǒng)在工作期間，基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)向壓路機(jī)上的接收機(jī)發(fā)送差分信號(hào)，安裝在振動(dòng)壓路機(jī)頂部的接收機(jī)和無線電接收器接收衛(wèi)星信號(hào)和基站發(fā)送的差分信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位。方向位置傳感器配合得出的碾壓遍數(shù)、軌跡信息和通過壓實(shí)度傳感器采集的頻率值等所有信息都會(huì)通過信號(hào)線傳遞到駕駛室里的ZD800平板上，方便壓路機(jī)手實(shí)時(shí)查看碾壓情況，防止過壓和漏壓。而平板收集到的信息則通過GPRS無線通訊的方式實(shí)時(shí)回傳到服務(wù)器里面，做到全天候、實(shí)時(shí)查看碾壓施工作業(yè)，管理人員能在任意互聯(lián)網(wǎng)終端查看施工信息、實(shí)時(shí)碾壓情況、剖面分析和輸出相關(guān)作業(yè)報(bào)告等。

2 測試過程及分析

2.1 測試條件

武漢市某高速公路沿線屬舒緩波狀的壟崗平原，地勢相對(duì)平坦，局部略有起伏，地面標(biāo)高在20～32m之間。設(shè)計(jì)路面寬度41m，最大填土高度18.09m，采用4%～6%石灰改良土填筑，路堤、路床壓實(shí)度為93%～96%。碾壓設(shè)備為22t壓路機(jī)，松鋪厚度30cm，碾壓方式根據(jù)試驗(yàn)段確定。

2.2 設(shè)備檢查

本工程中引進(jìn)的某智能壓實(shí)系統(tǒng)（ZHD-ICS）主要由便攜式基站、車載系統(tǒng)和管理軟件組成。便攜式基站包括V30工程接收機(jī)、DDTHPB無線數(shù)據(jù)收發(fā)一體電臺(tái)，安裝調(diào)試后的基站可以對(duì)壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

圖1 智能壓實(shí)系統(tǒng)（ZHD-ICS）

車載系統(tǒng)包括M30北斗工程接收機(jī)、CPMS壓實(shí)度傳感器、ZD800平板控制終端、判向傳感器和振動(dòng)傳感器。

開展相關(guān)性校驗(yàn)前對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)設(shè)備的安裝及連接情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)安裝正確且連接牢固。安裝后臺(tái)管理軟件，進(jìn)行檢查振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)工藝參數(shù)情況，確認(rèn)振動(dòng)頻率保持在穩(wěn)定值的允許波動(dòng)范圍內(nèi)。

2.3 相關(guān)校驗(yàn)

為驗(yàn)證連續(xù)指標(biāo)與常規(guī)指標(biāo)的相關(guān)性，在路基上選取試驗(yàn)段進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)，試驗(yàn)段長100m，寬12m，層厚30cm，填料為4%石灰改良土。壓實(shí)設(shè)備采用22t壓路機(jī)，分輕度、中度和重度碾壓區(qū)，以不大于4km/h的速度進(jìn)行平碾。依據(jù)連續(xù)壓實(shí)檢測試驗(yàn)結(jié)果，在三種壓實(shí)狀態(tài)區(qū)域內(nèi)有針對(duì)性的各選6個(gè)測試點(diǎn)，用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)度檢測。各個(gè)檢測點(diǎn)的實(shí)測振動(dòng)壓實(shí)值和壓實(shí)度數(shù)據(jù)見表1。

表1振動(dòng)壓實(shí)值與壓實(shí)度對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

相關(guān)性校驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完成后，令x為常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)、y為振動(dòng)壓實(shí)指標(biāo)，通過下式計(jì)算振動(dòng)壓實(shí)值與常規(guī)檢測指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)。

式（1）中：r為常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)和振動(dòng)壓實(shí)值之間的相關(guān)系數(shù)；xi為常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)樣本值；yi為振動(dòng)壓實(shí)指標(biāo)樣本值；xˉ為xi的平均值；yˉ為yi的平均值。

根據(jù)上式計(jì)算連續(xù)指標(biāo)與常規(guī)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)r=0.765（相關(guān)性系數(shù)要求不小于0.7），滿足應(yīng)用條件要求。

建立振動(dòng)壓實(shí)值與常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)之間的線性回歸模型：

式中回歸系數(shù)：

求得：a=81.8，b=0.09，x=81.8+0.09y。

線性回歸模型建立后，可根據(jù)常規(guī)檢測指標(biāo)合格值確定目標(biāo)振動(dòng)壓實(shí)值[VCV]，簡稱目標(biāo)值，也可以通過振動(dòng)壓實(shí)測試結(jié)果預(yù)測常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)。

圖2 目標(biāo)振動(dòng)壓實(shí)值[VCV]與壓實(shí)度的關(guān)系

2.4 碾壓過程控制

相關(guān)校核試驗(yàn)完成后，在路基碾壓過程中可通過壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性3個(gè)指標(biāo)控制路基的壓實(shí)質(zhì)量。

2.4.1 壓實(shí)程度控制

控制壓實(shí)程度的目的是控制路基填筑體物理力學(xué)性能達(dá)到規(guī)定值，解決路基填筑體是否有足夠強(qiáng)度和剛度支承上部結(jié)構(gòu)的問題。碾壓面上第i個(gè)單元的壓實(shí)程度（VCVi）可通過式（5）進(jìn)行判定：

由于壓實(shí)質(zhì)量受各種條件（如施工水平、填料變異或分布不均等）的影響，可通過碾壓面壓實(shí)程度通過率準(zhǔn)則判定路基的壓實(shí)程度。一般要求碾壓面壓實(shí)程度的通過面積（通過的測試單元數(shù)量）占碾壓面積（測試單元總數(shù)量）的比值不小于90%，且不通過的測試單元呈分散分布狀態(tài)。

2.4.2 壓實(shí)均勻性控制

壓實(shí)均勻性是指路基結(jié)構(gòu)性能在碾壓面上分布的一致性，控制的是路基填筑體物理力學(xué)性能的均勻分布程度，解決能否均勻支承上部結(jié)構(gòu)的問題。壓實(shí)度均勻性的控制準(zhǔn)則可通過式（6）表示：

2.4.3 壓實(shí)穩(wěn)定性控制

壓實(shí)穩(wěn)定性主要是從控制填筑體物理力學(xué)性能的穩(wěn)定程度方面考慮的，是指壓實(shí)狀態(tài)隨碾壓遍數(shù)變化程度的相對(duì)大小。一般用前后2遍壓實(shí)振動(dòng)值之差的相對(duì)大小進(jìn)行判定。

式（7）中：VCVi為碾壓輪跡上第i遍的振動(dòng)壓實(shí)值的檢測結(jié)果；VCVi+1為碾壓輪跡上第i+1遍的振動(dòng)壓實(shí)值的檢測結(jié)果；δ為壓實(shí)穩(wěn)定性的控制精度，一般取1%～3%。

2.5 質(zhì)量檢測

路基填筑過程中，可對(duì)碾壓面進(jìn)行全面的連續(xù)檢測，壓實(shí)通過率判定與控制示意圖見圖3。淺色區(qū)域?yàn)檎駝?dòng)壓實(shí)值大于或等于按規(guī)范壓實(shí)度設(shè)定的目標(biāo)值，為合格區(qū)域。深色區(qū)域?yàn)檎駝?dòng)壓實(shí)值小于按規(guī)范壓實(shí)度設(shè)定的目標(biāo)值，為不合格區(qū)域?，F(xiàn)場作業(yè)人員按照壓實(shí)質(zhì)量平面分布圖，選取振動(dòng)壓實(shí)值不合格的區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性補(bǔ)強(qiáng)，提高路基一次性驗(yàn)收合格率。

圖3 碾壓面壓實(shí)通過率判定與控制示意圖

3 結(jié)論

（1）依據(jù)《公路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)技術(shù)條件》（JT/T1127—2017）的相關(guān)要求，組織設(shè)備安裝調(diào)試和相關(guān)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析表明連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)與常規(guī)指標(biāo)正相關(guān)，且相關(guān)性系數(shù)滿足規(guī)范要求，依據(jù)線性回歸方程，可通過測試VCV值對(duì)預(yù)測路基壓實(shí)度。

（2）設(shè)備在數(shù)據(jù)試采集階段出現(xiàn)VCV值離散性過大的問題，進(jìn)一步分析論證表明：壓路機(jī)的工作狀態(tài)、填料質(zhì)量、攤鋪平整度等因素影響VCV值。路基攤鋪過程中需選用工作狀態(tài)良好的壓路機(jī)，并保證填料的質(zhì)量和攤鋪平整度，獲取的振動(dòng)壓實(shí)值才具有指導(dǎo)意義。

（3）通過對(duì)路基施工段落的連續(xù)壓實(shí)檢測，結(jié)果表明，通過該技術(shù)可將碾壓面上的相關(guān)信息以壓實(shí)狀態(tài)分布圖的形式反映出來，對(duì)欠壓區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性的補(bǔ)強(qiáng)，保證路基壓實(shí)合格率，提高施工效率。

（4）由于缺少相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，市場上的連續(xù)壓實(shí)設(shè)備質(zhì)量參差不齊，數(shù)據(jù)采集結(jié)果偏差較大，相關(guān)校驗(yàn)工作耗費(fèi)了大量精力，影響連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的推廣。建議有關(guān)部門加快相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。