路基智能壓實系統(tǒng)實施工技術(shù)應用與探討

王 強

（中鐵四局集團第七工程公司 安徽 合肥 230022）

1 工程概況

中鐵四局承擔蘭新鐵路第二雙線張掖至紅柳河段工程LXS-11標段，標段起訖里程 DK546+241.1～DK605+800，正線長59.513km。

路基長度52.54km(含站場1.7km)，路基所占比例高達88%，且本地區(qū)填料性能差別大，最大干密度在2.65～2.75之間，最優(yōu)含水率在2.5%～5.0%之間。

為確保路基施工質(zhì)量，加強過程控制，蘭新第二雙線LXS-11標引入連續(xù)壓實檢驗控制技術(shù)，即智能壓實系統(tǒng)，這也是第一次在鐵路工程建設中大面積應用。

2 智能壓實系統(tǒng)的工作原理

智能壓實過程控制系統(tǒng)包括GPS基準站組件和振動壓路機安裝組件。系統(tǒng)運行時，架設在控制點上的GPS基準站實時向壓路機上的GPS接收機發(fā)送差分信號，安裝在振動壓路機頂部的GPS接收機和無線電接收器，接收GPS衛(wèi)星信號和基站發(fā)送的差分信號進行實時厘米級定位；裝在壓路機振動輪上的壓實傳感器實時將壓實數(shù)據(jù)傳輸給安裝在駕駛室里的顯示控制器，使機手能夠?qū)崟r知道當前壓路機所處三維位置、壓實度、碾壓遍數(shù)等信息。

3 智能壓實系統(tǒng)的應用

3.1 設備安裝

3.1.1 將基站安裝在區(qū)段中央一個相對制高點；

3.1.2 確保傳感器安裝在壓路機工作輪末減震處；

3.1.3 確保傳感器與機器粘結(jié)處清潔；

3.1.4 確保車載電源設備連接牢靠；

3.1.5 將GPS接收機和數(shù)據(jù)傳輸電臺安裝在壓路機頂部；3.1.6 將控制器安裝在壓路機操作手容易操作的地方；

3.1.7 確保車載電源連接牢靠。

3.2 目標CMV值選取

3.2.1 情況說明

在實際應用中，由于填料類別、含水量、壓路機型號等因數(shù)影響，導致智能壓實系統(tǒng)采集的平均CMV值均不同，因此必須有針對性的按照填料類別、壓路機型號來確定不同的目標CMV值。

3.2.2 CMV值選取

為了保證CMV值的科學性和準確性，試驗段一般采取3-5層進行試驗。第一層通過不同的碾壓遍數(shù)所取得的CMV值與各項實驗指標進行比對分析，當設計規(guī)范要求的各項指標滿足要求時，所對應的CMV值，即為目標CMV值。然后在第2-5層施工時，對第一層的CMV值進行驗證，最終確定同填料類型、同型號壓路機的CMV值。

3.3 工藝參數(shù)的控制

3.3.1 碾壓厚度

根據(jù)同類型填料在試驗段確定的填筑厚度，測量放線，用白灰灑出網(wǎng)格，掛線控制松鋪厚度。

GPS全時段全方位的定位，通過上下兩層填方的絕對標高自動計算出填層厚度，做到過程控制。

3.3.2 碾壓遍數(shù)

系統(tǒng)可自動生成壓實遍數(shù)平面視圖，操作手可通過顯示屏界面簡單而準確的獲取碾壓遍數(shù)信息。碾壓遍數(shù)的根據(jù)GPS定位獲得，壓路機每次通過同一位置時，系統(tǒng)會自動將碾壓遍數(shù)累計。

3.3.3 碾壓速度

根據(jù)工藝性實驗段總結(jié)的最佳碾壓速度值，指導正常施工中的碾壓速度。在以往的施工中，往往只能憑借車手的直覺來控制速度。當安裝智能壓實系統(tǒng)后，車手可以根據(jù)控制顯示屏幕上的電子數(shù)值準確掌控壓路機行駛速度。

3.3.4 碾壓質(zhì)量

目標CMV值是壓實過程控制的臨界值，也是壓實過程控制的最經(jīng)濟控制指標，為智能壓實系統(tǒng)過程控制的核心。

平均CMV值是碾壓結(jié)束后系統(tǒng)自動計算統(tǒng)計出的當前碾壓區(qū)域內(nèi)CMV值的平均值，該值一定程度上反應了當前區(qū)域的碾壓質(zhì)量。

CMV值百分比是指實際碾壓CMV值所占各個區(qū)間的百分比。在系統(tǒng)報告中，將分段對CMV百分比進行統(tǒng)計，從而可以看出該區(qū)段達到目標值的百分比，進而體現(xiàn)整體質(zhì)量是否良好。

3.3.5 薄弱區(qū)域

薄弱區(qū)域是系統(tǒng)對路基壓實程度軟弱位置一個客觀的描述，系統(tǒng)運行過程中，顯示屏利用不同的顏色對CMV值進行標識，以此直觀的反映當前段落路基的壓實程度，使車手可以有針對性的加壓，從而可以避免事故中人為因數(shù)照成的過壓、欠壓現(xiàn)象。

4 智能壓實系統(tǒng)應用效果分析

4.1 過程控制施工質(zhì)量

在路基施工中，通過引入智能壓實過程控制技術(shù)，成功實現(xiàn)了碾壓厚度、碾壓遍數(shù)的自動記錄，并對碾壓質(zhì)量過程掌控。是路基施工一次新的革命。

4.2 加快施工進度

智能壓實系統(tǒng)的顯示屏幕能夠直觀的給機械操作手提供參考數(shù)據(jù)，提醒碾壓遍數(shù)，防止了過壓和欠壓；提醒壓實程度，可提前通知試驗檢測和現(xiàn)場監(jiān)理；夜間操作更便利，提高施工質(zhì)量，大大縮短夜間施工時間。

4.3 經(jīng)濟效益

4.3.1 提高一次檢測合格率，節(jié)約檢測人員成本

根據(jù)本工程總結(jié)，以100m路基為例，采用傳統(tǒng)壓實控制時，一次檢測合格率為95%，采用智能壓實控制時，一次檢測合格率為100%。故檢測人員成本可節(jié)約5%。

4.3.2 提高機械效率，節(jié)約操作人員成本

智能壓實系統(tǒng)的顯示屏幕能夠直觀的給機械操作手壓實的參考數(shù)據(jù)，在壓實過程中顯示每一層的壓實程度，避免過壓和欠壓。尤其在夜間，未操作手提供便利，縮短施工時間。根據(jù)本工程總結(jié)，可按檢測人員成本的50%考慮計算。

4.3.3 縮短路基施工周期，節(jié)約管理人員成本

智能壓實系統(tǒng)控制路基填筑碾壓，能夠提高施工效率，節(jié)約檢測時間，縮短施工周期，進而節(jié)約管理人員成本。根據(jù)本工程總結(jié)，可按檢測人員成本的60%考慮計算。

4.4 優(yōu)缺點分析

4.4.1 優(yōu)點

（1）采用定量評定指標進行粗粒料的壓實控制，替代經(jīng)驗法，減少人為作業(yè)因素的影響，可以實現(xiàn)路基壓實質(zhì)量的連續(xù)實時控制，利于機械化施工作業(yè)。

（2）是一種面的連續(xù)控制技術(shù)，可以實現(xiàn)路基每一點的控制，達到控制壓實均勻性的目的。

（3）提高工作效率。在壓實過程中通過智能壓實系統(tǒng)能夠直觀反壓出每一層的壓實程度，在合適的時間進行檢測，優(yōu)化了碾壓遍數(shù)。

（4）可以實現(xiàn)全區(qū)域的壓實數(shù)據(jù)的采集和記錄，找出壓實薄弱的點，有針對性的去做K30、Evd等檢測項目，保證壓實質(zhì)量，提高一次性的報檢合格率，為實驗檢測節(jié)約時間。

（5）系統(tǒng)的顯示屏幕可以直觀的給操作機手提供壓實的參考線，防止過壓和漏壓，尤其在夜間施工，為操作機手提供便利，提高施工質(zhì)量，縮短施工時間。

（6）全線壓實真實數(shù)據(jù)能完好的記錄和存檔，有利于施工單位對管段壓實質(zhì)量的全面分析，總結(jié)經(jīng)驗，指導下步施工。

4.4.2 缺點

（1）在標定和施工時要求影響因素基本一致時，壓實系統(tǒng)才能精確反映出壓實效果，但是在實際施工中很難實現(xiàn)諸多因數(shù)完全一致，需通過更多的理論研究和系統(tǒng)改進，減少條件限制。

（2）實際壓實過程中，由于難維持速度的恒定，對檢測結(jié)果有一定的影響。

（3）受天氣以及其它干擾性因素較大，信號接收不穩(wěn)定，許多位置經(jīng)常接收不到信號，我工區(qū)管段內(nèi)因?qū)嵭熊娧?，雷達信號干擾較大，基站接收信號不穩(wěn)定或傳輸信號有誤，與現(xiàn)場實際不符。

5 結(jié)語

連續(xù)壓實檢驗控制技術(shù)是第一次在鐵路工程建設中大面積應用，是路基施工過程控制的輔助手段，應用良好的前提下可減少返工，減少油耗，節(jié)約成本，縮短工期。路基智能壓實系統(tǒng)作為一個路基填筑的輔助工具其效果是可觀的，但要從根本上控制路基的填筑質(zhì)量，還需同步加強施工過程控制和現(xiàn)場管理，系統(tǒng)自身還應進一步完善，達到更加便捷、有效，從鐵路、公路發(fā)展方向來看，此系統(tǒng)應用具有廣闊的發(fā)展空間。