摘 要：公路施工建設(shè)的質(zhì)量問題直接影響公路交通安全，對生產(chǎn)生活具有十分重要的意義。考慮公路質(zhì)量涉及很多影響因素，本文提出了一種基于主成分的公路施工壓實(shí)均勻性檢測方法。在這個(gè)方法中，根據(jù)主成分分析模型，構(gòu)建影響公路質(zhì)量多個(gè)因子，這些影響因子包括彎沉值、動剛度、彈性模量等壓實(shí)均勻性指標(biāo)。針對試驗(yàn)地公路施工中的多層壓實(shí)處理進(jìn)行檢測研究，檢測結(jié)果表明：本文提出的方法可以有效檢測壓實(shí)均勻性的程度，為公路施工質(zhì)量檢測提供了新的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：交通工程；壓實(shí)均勻性；質(zhì)量檢測

中圖分類號：U 41 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

公路是我國交通體系中的重要組成部分，在旅客運(yùn)輸和貨物運(yùn)輸中發(fā)揮著非常重要的作用。在公路建設(shè)過程中，從路基到路面要經(jīng)過多道施工工序，逐層進(jìn)行夯實(shí)、填壓、涂覆、壓實(shí)等操作，從而保證公路建設(shè)的質(zhì)量[1]。經(jīng)過復(fù)雜的工序處理，公路會呈現(xiàn)出多層壓實(shí)的效果，并且可以通過壓實(shí)均勻性測定公路施工質(zhì)量。如果公路施工質(zhì)量較差，就會出現(xiàn)壓實(shí)度不均勻的情況，從而導(dǎo)致某些局部沉降、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等問題，嚴(yán)重時(shí)可能引起路面塌陷、路基垮塌[2]。反之，公路施工質(zhì)量較好，公路整體的壓實(shí)均勻性就會較高，發(fā)生沉降、塌陷、結(jié)構(gòu)錯移等現(xiàn)象的概率大為降低。實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)也表明，影響公路施工質(zhì)量和壓實(shí)均勻性的因素非常多，在常規(guī)的質(zhì)量檢測中應(yīng)該充分考慮這些因素的存在及不同的影響程度[3]。本文依托主成分模型，構(gòu)建一種新的公路施工壓實(shí)均勻性檢測方法。

1 公路壓實(shí)均勻性的主成分建模原理

公路在分階段分層施工后，會逐步夯實(shí)得到更好的施工質(zhì)量，從而保證公路整體的堅(jiān)實(shí)可靠和更長的使用壽命。對公路壓實(shí)均勻性來說，很多因素都有重要的影響，例如彎沉值、動剛度、彈性模量等。但多種因素的影響是一個(gè)極為復(fù)雜的過程，僅僅分析其中一種因素的影響并不客觀。因此，借助主成分模型，同時(shí)分析多種因素的影響是合理的，需要構(gòu)建公路壓實(shí)均勻性的主成分分析模型。

主成分模型中的每個(gè)新指標(biāo)就是主成分，它是原有全部指標(biāo)或部分指標(biāo)的線性組合。在主成分形成的過程中，還需要盡可能保證各個(gè)主成分之間互不相關(guān)。如果各個(gè)主成分之間存在相關(guān)性，就需要對其進(jìn)行相關(guān)性處理。

主成分模型的具體操作：根據(jù)公路施工壓實(shí)均勻性影響因素的原始指標(biāo)提取第一個(gè)主成分，形成一個(gè)新的變量Y1。這個(gè)新的變量是全部或部分原始指標(biāo)線性組合的形式。如果Y1沒有包括全部的原始指標(biāo)的信息，就需要再提取第二個(gè)主成分變量，保證納入更多的影響公路施工壓實(shí)均勻性的因素，在形成Y2形成后，必須要保證與Y1彼此獨(dú)立，即線性不相關(guān)。如果Y1和Y2存在相關(guān)性，就不能最大限度地表征影響公路施工壓實(shí)均勻性原因的全面性。按照上述過程不斷遞進(jìn)，直到形成的主成分變量Y1、Y2……能夠完整地表達(dá)影響公路施工壓實(shí)均勻性的因素，主成分提取的過程宣告結(jié)束。

如果影響公路施工壓實(shí)安全性的原始因素有P個(gè)，分別用X1、X2、……、Xp表達(dá)，在提取k個(gè)主成分變量后，形成新的表達(dá)式（1）。

（1）

式中：F1、F2、……、Fk為k個(gè)主成分變量；t11為主成分F1對第一個(gè)原因因素X1的構(gòu)成權(quán)重；tpk為主成分Fk對第一個(gè)原因因素Xp的構(gòu)成權(quán)重；ε1、ε2、……、εp為每個(gè)主成分構(gòu)成關(guān)系中的補(bǔ)充項(xiàng)。

在公式（1）中，構(gòu)成權(quán)重參數(shù)也稱之為因子載荷，因子載荷越大表示該主成分變量和原始因素之間的關(guān)聯(lián)程度越大。

2 公路壓實(shí)均勻性的理論分析

采用公式（1）構(gòu)建的主成分模型，對公路施工壓實(shí)均勻性的影響進(jìn)行分析，本文同時(shí)考慮了4個(gè)參量：公路施工后的整體彎沉值、公路施工后的整體動剛度、公路施工后的整體回彈模量、公路施工后的整體彈性模量。這4個(gè)參量可以提取6個(gè)共有的主成分，見表1。

根據(jù)這些主成分和各個(gè)參量之間的關(guān)系，可以構(gòu)建碎石圖。本文將第四個(gè)參量作為代表，觀察公路施工后的整體彈性模量與6個(gè)主成分的碎石圖，如圖1所示。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，按照主成分分析模型，可以得出結(jié)論，第一個(gè)參量的公路施工后的整體彎沉值主要和第一主成分、第二主成分、第三主成分有關(guān)，而和第四主成分、第五主成分、第六主成分關(guān)系微弱。因此，根據(jù)公式（1）計(jì)算第一個(gè)參量的各個(gè)主成分表達(dá)結(jié)果如下。整體彎沉值的第一主成分：

F1=0.149X1+0.562X2+0.561X3-0.031X4-0.031X5+0.571X6；整體彎沉值的第二主成分：F2=0.391X1+0.063X2+0.062X3+0.722X4+

0.558X5-0.102X6；整體彎沉值的第三主成分：F3=0.751X1+0.231X2+

0.233X3-0.059X4+0.541X5-0.208X6。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，按照主成分分析模型，可以得出，第二個(gè)參量的公路施工后的整體動剛度形成主要和第一主成分、第二主成分、第三主成分有關(guān)，而和第四主成分、第五主成分、第六主成分關(guān)系微弱。因此，采用公式（1）計(jì)算第一個(gè)參量的各個(gè)主成分表達(dá)結(jié)果如下。

整體動剛度的第一主成分：F1=0.329X1+0.588X2+0.593X3-

0.031X4+0.031X5+0.429X6；整體動剛度的第二主成分：F2=

0.549X1+0.022X2+0.021X3+0.679X4+0.211X5+0.448X6；整體動

剛度的第三主成分：F3=0.291X1-0.016X2-0.021X3+0.148X4+

0.891X5-0.201X6。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，按照主成分分析模型，可以得出，第三個(gè)參量的公路施工后的整體回彈模量形成主要和第一主成分、第二主成分有關(guān)，而和第三主成分、第四主成分、第五主成分、第六主成分關(guān)系微弱。因此，采用公式（1）計(jì)算第一個(gè)參量的各個(gè)主成分表達(dá)結(jié)果如下。

整體回彈模量第一主成分：F1=0.131X1+0.594X2+0.579X3-

0.009X4+0.141X5+0.572X6；整體回彈模量第二主成分：F2=0.411X1+0.111X2+0.121X3+0.638X4+0.601X5+0.021X6。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，按照主成分分析模型，可以得出，第四個(gè)參量的公路施工后的整體彈性模量形成主要和第一主成分、第二主成分有關(guān)，而和第三主成分、第四主成分、第五主成分、第六主成分關(guān)系微弱。因此，采用公式（1）計(jì)算第一個(gè)參量的各個(gè)主成分表達(dá)結(jié)果如下。

整體彈性模量第一主成分：F1=0.118X1+0.569X2+0.568X3-

0.009X4+0.149X5+0.571X6；整體彈性模量第二主成分：F2=0.451X1+0.112X2+0.111X3+0.648X4+0.588X5+0.031X6。

3 公路壓實(shí)均勻性的檢測結(jié)果

在研究工作中，根據(jù)主成分建模理論和方法，將公路施工后的壓實(shí)均勻性構(gòu)建為包括多個(gè)參量的主成分模型，并根據(jù)具體的計(jì)算結(jié)果得到4個(gè)參量和6個(gè)主成分之間的關(guān)系方程。后續(xù)將以試驗(yàn)地的公路施工為具體研究對象，對其進(jìn)行壓實(shí)均勻性的實(shí)地測量和量化評價(jià)。

在試驗(yàn)地的公路上，選擇20個(gè)檢測點(diǎn)位，盡可能考慮在空間間隔上的均勻性和合理性。首先，觀察第一個(gè)參量，公路施工后整體的彎沉值同標(biāo)準(zhǔn)值的比對結(jié)果，如圖2所示。

在表征公路壓實(shí)均勻性的過程中，將彎沉值的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定為0.4。超過0.4這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值的，彎沉值較大，壓實(shí)均勻性不好。超出的范圍越大，公路施工壓實(shí)越不均勻。結(jié)果表明：檢測點(diǎn)位1到檢測點(diǎn)位2，再到檢測點(diǎn)位3之間的區(qū)域的壓實(shí)均勻性都比較好，低于0.4。同樣的區(qū)域包括檢測點(diǎn)位8到檢測點(diǎn)位9，再到檢測點(diǎn)位10，檢測點(diǎn)位13到檢測點(diǎn)位14。而壓實(shí)不均勻的區(qū)域包括檢測點(diǎn)位4到檢測點(diǎn)位5，檢測點(diǎn)位11到檢測點(diǎn)位12，再到檢測點(diǎn)位13，檢測點(diǎn)位16到檢測點(diǎn)位17，檢測點(diǎn)位19到檢測點(diǎn)位20。

其次，觀察第二個(gè)參量，公路施工后整體的動剛度同標(biāo)準(zhǔn)值的比對結(jié)果，如圖3所示。

在表征公路壓實(shí)均勻性的過程中，將動剛度的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定在0.5。超過0.5這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值的，就表明動剛度較大，超出越多，動剛度越好。可以看出，試驗(yàn)地公路中，檢測點(diǎn)位1到檢測點(diǎn)位2，檢測點(diǎn)位9到檢測點(diǎn)位10，檢測點(diǎn)位13到檢測點(diǎn)位14，再到檢測點(diǎn)位15，這3段區(qū)域的動剛度都比較高，表明這些區(qū)域的壓實(shí)均勻性較好。這個(gè)結(jié)果與第一個(gè)參量彎沉值的檢測結(jié)果是一致的。

再次，觀察第三個(gè)參量，公路施工后整體的回彈模量同標(biāo)準(zhǔn)值的比對結(jié)果，如圖4所示。

在表征公路壓實(shí)均勻性的過程中，將回彈模量的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定在0.45。低于0.45這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值就說明回彈模量較好，在試驗(yàn)地公路中，檢測點(diǎn)位8到檢測點(diǎn)位9，檢測點(diǎn)位11到檢測點(diǎn)位12，再到檢測點(diǎn)位13，檢測點(diǎn)位17到檢測點(diǎn)位18到檢測點(diǎn)位19，再到檢測點(diǎn)位20，這4個(gè)區(qū)域的回彈模量都比較好。

最后，觀察第四個(gè)參量，公路施工后整體的彈性模量同標(biāo)準(zhǔn)值的比對結(jié)果，如圖5所示。

在表征公路壓實(shí)均勻性的過程中，將彈性模量的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定為0.45。低于0.45這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值就說明彈性模量較好，這個(gè)幅度越低，彈性模量越好。由此可以看出，彈性模量和回彈模量的結(jié)果較為一致。

4 結(jié)論

在公路建設(shè)過程中，從路基到路面要經(jīng)過多道施工工序，逐層進(jìn)行夯實(shí)、填壓、涂覆、壓實(shí)等操作，從而保證公路建設(shè)的質(zhì)量。經(jīng)過復(fù)雜的工序處理，公路會呈現(xiàn)出多層壓實(shí)的效果，可以通過壓實(shí)均勻性來測定公路施工質(zhì)量。為了對公路施工壓實(shí)均勻性進(jìn)行有效檢測，本文構(gòu)建了一種基于主成分模型的檢測方法，設(shè)置了4個(gè)參量和6個(gè)主成分，并給出了詳細(xì)解算過程。針對試驗(yàn)地公路施工后的壓實(shí)均勻性檢測，有效地觀察了各個(gè)參量對壓實(shí)均勻性的影響。

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