對路基智能壓實系統(tǒng)的認識

謝維平 張國前

對路基智能壓實系統(tǒng)的認識

謝維平 張國前

分析了路基智能壓實系統(tǒng)的工作原理,以蘭新鐵路二線路基工程為例,詳細闡述了智能壓實系統(tǒng)控制路基質(zhì)量

時的監(jiān)理應(yīng)用及作用,從而對智能系統(tǒng)有了進一步認識,為該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

路基壓實,監(jiān)理控制,智能系統(tǒng)

蘭新鐵路第二雙線在甘肅省境內(nèi)張掖以西段路基長度占線路長度比例大,個別施工標段的路基長度占本標段線路長度比例達 88%,為進一步控制路基填筑的施工質(zhì)量,增加路基質(zhì)量的控制手段,蘭新鐵路甘青公司對管段內(nèi)路基比例較大路段推廣應(yīng)用路基智能壓實過程控制系統(tǒng),在壓路機上安裝Trimb le CCS900GPS智能壓實系統(tǒng),但并不代替路基填筑施工中的常規(guī)檢測項目,僅作為常規(guī)檢測的補充與完善。鑒于此,本文重點分析該系統(tǒng)的特點,充分理解系統(tǒng)的優(yōu)點利用好該系統(tǒng)。

1 工作原理

路基填筑智能壓實系統(tǒng)采用GPS實時動態(tài)定位控制技術(shù)和壓實傳感器監(jiān)測技術(shù),通過智能控制系統(tǒng)實時處理獲知的壓路機鋼輪準確三維位置和姿態(tài)信息,以及壓實傳感器實時監(jiān)測到的鋼輪振動量,以圖形和數(shù)值方式顯示CMV(壓實質(zhì)量目標測定值)值、碾壓遍數(shù)、碾壓范圍、壓實厚度、薄弱區(qū)域等信息,引導(dǎo)操作手工作。這種技術(shù)集中體現(xiàn)在計算機技術(shù)、精密傳感技術(shù)和GPS定位技術(shù)的綜合應(yīng)用,實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)、信息化控制。

智能壓實系統(tǒng)由可移動或固定的 GPS基準站通過差分信號與安裝在液態(tài)式振動機械壓路機駕駛室頂?shù)?GPS接收機和無線電接收器、固定在壓路機鋼輪上的壓實傳感器、駕駛室中的PC顯示器、小型打印機組成?？蓪簩崣C械通過GPS天空衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)實時定位,準確地顯示機械位置、工作時間、機械作業(yè)面積,同時可以顯示CMV值、碾壓遍數(shù)的薄弱區(qū)域(可精確到1m2)。

2 智能壓實系統(tǒng)控制質(zhì)量時的監(jiān)理應(yīng)用及作用

2.1 路基填筑工藝性試驗階段

監(jiān)理督促施工單位根據(jù)設(shè)計的取土場數(shù)量實施數(shù)量相當?shù)墓に囆栽囼?如果在同一取土場的填料性質(zhì)發(fā)生變化時須相應(yīng)增加工藝性試驗。工藝性試驗的目的不但要針對不同的壓實機械、不同的鋪筑厚度、碾壓遍數(shù)對壓實系數(shù) K、地基系數(shù) K30及動態(tài)變形模量 Evd進行檢測對比,而且要采集不同碾壓遍數(shù)后的智能系統(tǒng)CMV測定值和保證率。一般而言,根據(jù)經(jīng)驗所得在碾壓第4遍時開始采集常規(guī)檢測參數(shù)及智能系統(tǒng)參數(shù)。隨著碾壓遍數(shù)的增加,壓實系數(shù)K、地基系數(shù)K30及動態(tài)變形模量Evd、目標值 CMV平均值及保證率均會提高;填筑厚度和機械參數(shù)均固定時,在碾壓第 N遍結(jié)束,通過常規(guī)檢測各項指標均合格,此時系統(tǒng)顯示的平均CMV值、碾壓遍數(shù)、厚度(均按不大于 30 cm)可以確定為同一種填料、同等功率壓實機械的目標控制值,大于CMV目標值的百分比可達到 95%以上,平均值也會大于目標值。

2.2 監(jiān)理對工藝性試驗的總結(jié)

在填料與壓實機械不變的情況下,分析總結(jié)碾壓遍數(shù)增加與CMV值的提高對應(yīng)關(guān)系,不同的CMV值與壓實系數(shù)K、地基系數(shù)K30及動態(tài)變形模量Evd之間的對應(yīng)關(guān)系是在今后質(zhì)量控制時的關(guān)鍵一步,因為系統(tǒng)顯示的實際平均碾壓遍數(shù)有可能與設(shè)定值會存在偏差,如果操作手的原因超出了設(shè)定碾壓范圍,這種偏差會增大,僅僅從系統(tǒng)打印小票來分析可認定碾壓不足,但實際壓實質(zhì)量已達到要求。

2.3 填筑過程的監(jiān)理控制

1)要求施工單位針對不同的填料或不同的取土場、不同機械采集的 CMV目標值、填筑厚度、設(shè)備編號、施工圖號(施工段落里程)、CMV值薄弱區(qū)及碾壓遍數(shù)較弱點數(shù)進行技術(shù)交底和設(shè)定。值得注意的是,根據(jù)《客運專線鐵路工程施工質(zhì)量驗收標準》規(guī)定,每層路基填筑沿線路縱向左、中、右每 100m抽樣檢測壓實系數(shù) 6點,當有反壓護道時每100m增加 2點;相應(yīng)在設(shè)定薄弱區(qū)時根據(jù)填筑縱向長度確定顯示屏和打印小票上顯示的點數(shù),否則在常規(guī)檢測時難以確定實測位置。2)在設(shè)定碾壓遍數(shù)時按傳統(tǒng)碾壓遍數(shù)的 2倍設(shè)置,因為壓路機正、反向行駛碾壓時對土粒施加的壓實功不同,反向時壓實功會降低 20%,該系統(tǒng)只自動記錄壓路機正向行駛壓實遍數(shù),對于壓路機在碾壓時的搭接寬度通過系統(tǒng)已自動忽略,與規(guī)范要求的輪跡搭接并不存在沖突。為了保證填筑層厚度顯示的準確性,在每段路基填筑前對地基處理后地面高程進行實測記錄,輸入系統(tǒng)默認。3)系統(tǒng)對當前填筑層在駕駛室顯示屏上通過圖形的方式顯示整個填筑范圍內(nèi)的壓實質(zhì)量CMV值分布,指引操作手對CMV值分布顯示高亮部位進行補充碾壓直至顯示合格。施工單位正式報驗前監(jiān)理要求提供該段本層的機打小票,通過對小票的分析來確定需見證檢測點的位置。4)監(jiān)理對機打小票分析時的關(guān)鍵注意事項：a.實際平均填筑厚度、最大填筑厚度、最小填筑厚度、超過設(shè)定填筑厚度 10%的比率,如果平均厚度超過了設(shè)定厚度,要分析超過設(shè)定厚度所占的比率。根據(jù)在施工中智能系統(tǒng)檢測與實際檢測對比,對這樣的問題依然通過“四區(qū)段、八流程、掛線網(wǎng)格化”作業(yè)解決。b.進行實際碾壓遍數(shù)與設(shè)定值的對比分析,平均碾壓遍數(shù)是否超過設(shè)定值,如果超出說明操作手根據(jù)顯示屏對局部進行了補壓;如果未達到設(shè)定值,要分析實際不同碾壓遍數(shù)所占比例,如果顯示有設(shè)定值/2的遍數(shù),此層可以認定局部碾壓不足,可要求對本層局部進行重新碾壓,一般出現(xiàn)這種情況時大多是在線路中線沉降觀測桿距離較近的地段;如果設(shè)定值 ±1遍所占比例的總數(shù)超過75%,碾壓過程是比較規(guī)范的。c.平均CMV值與設(shè)定值的對比,如果平均值比設(shè)定值小,如果沒有設(shè)備故障方面的原因,常規(guī)檢測指標不能一次合格,個別點的檢測值與規(guī)定值存在偏差。如果系統(tǒng)信號正常,平均CMV值大于設(shè)定值,常規(guī)檢測值均能達到規(guī)定值要求。d.根據(jù)CMV薄弱區(qū)和碾壓遍數(shù)薄弱區(qū)選擇常規(guī)檢測點,尤其按碾壓遍數(shù)較弱點進行常規(guī)檢測。監(jiān)理可以根據(jù)薄弱區(qū)域的顯示位置要求施工單位進行檢測或平行檢測。

2.4 智能系統(tǒng)的使用對監(jiān)理在路基填筑事前、事中、事后控制發(fā)揮了積極的作用

1)事前控制作用,可以針對不同填料進行室內(nèi)土工試驗及參數(shù)(CMV值確定)的確定,使得施工作業(yè)流程更加清晰,杜絕了填料已經(jīng)更換,但前期的試驗未完成,檢測依據(jù)錯誤,導(dǎo)致實際檢測時出現(xiàn)偏差,影響施工指導(dǎo)及質(zhì)量的判定。不但可以保證填料性質(zhì)確定,同時保證了土工試驗的規(guī)定頻次。同時,使監(jiān)理人員對不同性質(zhì)的填料及不同的碾壓遍數(shù)所對應(yīng)的目標值有了進一步的掌握;2)在路基填筑的攤鋪、碾壓過程中,由于智能系統(tǒng)實現(xiàn)了實時檢測,駕駛室所打印的小票可以在一定程度上代替監(jiān)理對松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓輪跡的搭接、平整度的控制,監(jiān)理只需對自卸車的篩網(wǎng)、網(wǎng)格的設(shè)置、下層頂面標高進行確認即可以將本層的填筑過程由最后的檢測來評定;不但減輕了監(jiān)理的工作量,而且使過程控制手段變得更加科學(xué);3)碾壓結(jié)束后,通過對打印小票的分析,針對CMV值、碾壓遍數(shù)薄弱區(qū)域的常規(guī)檢測對比,避免了事后對壓實質(zhì)量檢測的人為因素,使得監(jiān)理平行檢測更加公正、科學(xué)。

3 對智能系統(tǒng)的認識

1)作為高速鐵路控制路基填筑質(zhì)量的新興手段、信息化的技術(shù),打破了傳統(tǒng)的以點蓋面的檢測方法,使過程控制更加科學(xué),實現(xiàn)了路基填筑全過程、全方位的質(zhì)量控制;同時也打破了傳統(tǒng)的碾壓工藝,使過去對路基填筑層的正反向碾壓改變?yōu)檎蚰雺?使得壓實功更進一步的提高。對作業(yè)操作手的技能要求也更高,不但要對路基碾壓進行實時監(jiān)控,對作業(yè)人員的知識水平、責(zé)任心有了更高的要求,真正實現(xiàn)了質(zhì)量形成過程的全員參與。

2)GPS基站受地形條件及外界的電磁干擾較大,大風(fēng)及雨天對系統(tǒng)的正常使用也有影響,一臺基站的覆蓋范圍僅在 15 km左右,移動基站電池充電需專人負責(zé),不同的原因造成使用過程中出現(xiàn)小票無法打印或者差分信號無法接收的情況,所以將來的很長時間內(nèi)無法替代原有的常規(guī)檢測手段。

3)由于該系統(tǒng)僅僅處在推廣應(yīng)用階段,不受施工合同的約束,參建單位對系統(tǒng)的應(yīng)用認識不統(tǒng)一,作為質(zhì)量控制及監(jiān)理控制手段的一門新技術(shù),出現(xiàn)了過分強調(diào)或忽視智能系統(tǒng)的作用,過分強調(diào)時會影響進度,忽視時會出現(xiàn)檢測不合格—復(fù)壓—再檢測現(xiàn)象,延長了檢測的時間,降低了施工工效。

4)系統(tǒng)無法實現(xiàn)多臺壓路機在同一段落施工,這樣會導(dǎo)致壓實質(zhì)量打印小票各項數(shù)據(jù)紊亂而無法進行分析;當機械出現(xiàn)故障時如果進行車載系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)須進行重新錄入進行轉(zhuǎn)換設(shè)置,對作業(yè)人員要求更高,多數(shù)情況下會出現(xiàn)前一臺壓路機所采集數(shù)據(jù)丟失。

4 結(jié)語

路基填筑智能壓實系統(tǒng)作為質(zhì)量控制的高端技術(shù),雖然在使用過程中由于外在的原因經(jīng)常出現(xiàn)使用不正常,但是無法掩蓋其對傳統(tǒng)施工方法的沖擊和變革;對于填筑質(zhì)量控制方面的作用和意義更加明顯。如果能在信息化傳輸方面與計算機實現(xiàn)連接,將使質(zhì)量控制尤其是監(jiān)理對質(zhì)量的控制方法、手段更加趨于完善。該系統(tǒng)值得在將來的高速鐵路路基填筑過程運用更完善的方法進行推廣應(yīng)用。

[1] 楊永輝,唐 尋.路基壓實度的測試方法和影響因素的探析[J].山西建筑,2010,36(8)：276-277.

The cognition of subgrade intelligent com paction system

XIE Wei-ping ZHANG Guo-qian

This paper analysised the work principle of roadbed intelligent compaction system.Take theexampleof Lanzhou-Xinjiang railway second-line subgrade engineering,introduces the app lication and effect of the process while intelligent elaborated systems controls the quality of roadbed,thuswe have a further understanding about intelligent system so that to laid a foundation for the popularization and app lication of this system.

roadbed compaction,supervision control,intelligent system

U 416

A

1009-6825(2011)09-0154-03

2010-11-27

謝維平(1973-),男,工程師,甘肅鐵科建設(shè)工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730030

張國前(1984-),男,助理工程師,甘肅鐵科建設(shè)工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730030