路基智能壓實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)探討

張選鋒

(中鐵一局集團(tuán)陜西華營工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，重慶 401121)

1 工程概況

新建蘭新鐵路第二雙線甘青段LXS-17標(biāo)段，起止里程為DK1015+000～DK1119+679，線路穿越甘肅、瓜州、柳園極旱荒漠國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，屬中溫帶干旱大陸性氣候區(qū)，區(qū)域內(nèi)年均蒸發(fā)量為降水量的30倍～50倍，氣候異常干燥，降雨量小。線路正線長104．679 km，其中路基長99．641 km，約占管段內(nèi)線路長度的95．2%。標(biāo)段路基土石方1 103萬m3。

由于路基所占比例高，再加上柳園戈壁灘地區(qū)施工用水奇缺，需用火車從遠(yuǎn)在300 km外的哈密經(jīng)2次倒用解決。取土后從加水燜料，到上料后攤鋪碾壓各個(gè)環(huán)節(jié)由于風(fēng)速大，水分蒸發(fā)損耗極大，攤鋪初平后還要補(bǔ)水，導(dǎo)致填料含水率需達(dá)到7%以上方可滿足施工需要。這樣一來，致使路基施工成本費(fèi)用大幅度增加。

為加強(qiáng)路基施工質(zhì)量的過程控制，提高工效，降低施工成本，蘭新鐵路第二雙線推廣路基智能壓實(shí)系統(tǒng)，這是我國第一次在鐵路工程建設(shè)中大面積應(yīng)用，對實(shí)現(xiàn)客專鐵路路基施工機(jī)械化、信息化建設(shè)具有積極意義。

該標(biāo)段在路基施工中共安裝智能壓實(shí)系統(tǒng)的壓路機(jī)共計(jì)40臺(tái)，建設(shè)GPS基站7座，基本能滿足路基填筑壓實(shí)施工的需要。相關(guān)圖示見圖1～圖4。本文將對路基智能壓實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)做一分析探討。2 施工參數(shù)、工藝參數(shù)

圖1 智能壓實(shí)系統(tǒng)地面基站

圖2 壓路機(jī)振動(dòng)輪上的壓實(shí)傳感器

圖3 駕駛室里的顯示控制器

圖4 壓路機(jī)頂部GPS接收機(jī)和無線電接收器

2．1 施工參數(shù)

2．1．1 目標(biāo)CMV值

CMV值是通過壓路機(jī)振動(dòng)輪上加裝的加速度傳感器，實(shí)時(shí)記錄振動(dòng)時(shí)路面反彈硬度而計(jì)算出來的數(shù)值，通過CMV值來控制壓實(shí)質(zhì)量。

2．1．2 CMV與EVD的相關(guān)性

CMV值、EVD(動(dòng)態(tài)變形模量)均屬動(dòng)態(tài)獲取的壓實(shí)參數(shù)，二者具有相關(guān)性;在路基試驗(yàn)段工藝性試驗(yàn)過程中可通過EVD與CMV的相關(guān)性利用散點(diǎn)圖對數(shù)據(jù)分析可知，在預(yù)設(shè)的碾壓遍數(shù)范圍內(nèi)隨著碾壓遍數(shù)的增加，EVD與CMV值成正比例關(guān)系。

2．2 工藝參數(shù)

2．2．1 碾壓厚度、填層平整度

根據(jù)(同填料)試驗(yàn)段獲取的工藝參數(shù)在系統(tǒng)中預(yù)設(shè)填筑厚度;實(shí)際平均填筑厚度是系統(tǒng)根據(jù)上下相鄰填層每個(gè)點(diǎn)位的高程變化計(jì)算出的實(shí)際填筑厚度平均值。

2．2．2 碾壓遍數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)工藝參數(shù)在系統(tǒng)中預(yù)設(shè)碾壓遍數(shù);智能壓實(shí)系統(tǒng)的碾壓遍數(shù)是GPS定位獲得，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)是系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)位置通過遍數(shù)計(jì)算的平均值;碾壓遍數(shù)百分比是系統(tǒng)按作業(yè)區(qū)域不同位置不同遍數(shù)進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)。

2．2．3 碾壓速度

根據(jù)工藝試驗(yàn)總結(jié)的最佳碾壓速度為2．5 km/h～4．0 km/h。

2．3 質(zhì)量分布均勻性

CMV值是控制路基智能壓實(shí)質(zhì)量的核心指標(biāo);顯示屏顯示的內(nèi)容有:1)目標(biāo)CMV值;2)平均CMV值;3)CMV百分比;4)薄弱區(qū)域的位置。

1)目標(biāo)CMV值是利用常規(guī)土工試驗(yàn)方法通過EVD與CMV試驗(yàn)相互印證，通過線性回歸圖表、方程分析取得，目標(biāo)CMV值是大面積路基施工同填料壓實(shí)度的目標(biāo)值。

2)平均CMV值是碾壓結(jié)束后系統(tǒng)計(jì)算的當(dāng)前區(qū)域內(nèi)壓實(shí)度的平均值，該數(shù)值可反映路基的一個(gè)綜合壓實(shí)情況。

3)CMV值百分比是指實(shí)際碾壓CMV值占目標(biāo)CMV值各個(gè)區(qū)間的百分比。

4)薄弱區(qū)域是對路基面壓實(shí)度較弱位置進(jìn)行的客觀描述，薄弱點(diǎn)的數(shù)量可以在系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)定，篩選出來的點(diǎn)位根據(jù)樁號(hào)及偏移量顯示。

3 具體應(yīng)用情況

3．1 檢測程序、實(shí)際總結(jié)出的工藝參數(shù)

3．1．1 路基本體及基床底層檢測程序

為保證工程實(shí)體質(zhì)量及要求，路基檢測工作在自檢合格后，每壓實(shí)層均由現(xiàn)場監(jiān)理工程師見證試驗(yàn);檢測項(xiàng)目為:地基系數(shù)K30(90 cm厚填層檢測一次，100%見證)，壓實(shí)系數(shù)K，動(dòng)態(tài)變形模量EVD。三項(xiàng)指標(biāo)合格后，填寫申請委托單，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理確認(rèn)后，報(bào)請?jiān)囼?yàn)監(jiān)理工程師到現(xiàn)場進(jìn)行平行檢測。檢測項(xiàng)目為:壓實(shí)系數(shù)K，動(dòng)態(tài)變形模量EVD，抽檢K30;平檢頻率大于10%以上。檢測合格后通知下一道工序施工。

3．1．2 A，B組填料試驗(yàn)段工藝總結(jié)出的參數(shù)

路基填筑碾壓完畢后，經(jīng)現(xiàn)場檢測驗(yàn)證，在機(jī)手規(guī)范操作下，路基A，B組填料現(xiàn)場測定含水率為3．8%～5．3%，攤鋪厚度30 cm左右，碾壓遍數(shù)16遍以上，路基壓實(shí)質(zhì)量一檢通過率較高，且壓實(shí)系統(tǒng)顯示CMV值滿足采集數(shù)據(jù)要求。

3．2 路段的檢測情況

3．2．1 DK1015+100～DK1015+300段檢測數(shù)據(jù)

該段路基填筑取土場位于DK1016+200左側(cè)550 m，細(xì)角礫土，屬B類土，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果最大干密度為2．20 g/cm3，最優(yōu)含水率為5．30%。

1)第三層換填:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)16．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度30．5 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值69．7;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

2)墊層第二層:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)17．2遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度30．2 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值69．6;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

3)基床以下第三層:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)16．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度30．7 cm;CMV目標(biāo)值50，CMV平均值71．3;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

4)第六層:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)17．5遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度30．2 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值69．2;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

5)第九層:智能壓實(shí)系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)17．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度30．1 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值65．4;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

6)基床底層第三層:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)16．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度29．3 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值64．4;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

7)第六層:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)17．4遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度29．5 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值68．1;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

實(shí)際檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 DK1015+100～DK1015+300段檢測數(shù)據(jù)

3．2．2 DK1025+100～DK1025+200段檢測數(shù)據(jù)

該段路基填筑取土場位于DK1024+900左側(cè)540 m，細(xì)角礫土，屬A類土，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果最大干密度為2．34 g/cm3，最優(yōu)含水率為5．4%。

1)墊層第二層:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)16．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度29．3 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值69．7;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無;

2)基床以下第三層:系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)17．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度31 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值69．6;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無;

3)第四層:智能壓實(shí)系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)16．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度30．2 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值71．3;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無;

4)基床底層第三層:智能壓實(shí)系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)17．5遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度31 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值69．2;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無;

5)第六層:智能壓實(shí)系統(tǒng)設(shè)定碾壓遍數(shù)18遍，實(shí)際平均碾壓遍數(shù)17．9遍;設(shè)定填筑厚度30 cm，實(shí)際平均填筑厚度30．4 cm;CMV目標(biāo)值60，CMV平均值65．4;薄弱區(qū)域:CMV值較弱點(diǎn):無。

實(shí)際檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 DK1025+100～DK1025+200段檢測數(shù)據(jù)

4 效能分析

4．1 智能壓實(shí)系統(tǒng)與傳統(tǒng)壓實(shí)的比較

使用智能壓實(shí)系統(tǒng)是質(zhì)量控制技術(shù)創(chuàng)新的一種體現(xiàn)，是“三階段、四區(qū)段、八流程”路基施工工藝的拓展。它對于控制路基填筑施工質(zhì)量、提高工效具有推動(dòng)作用。

經(jīng)過一段時(shí)間使用，我們總結(jié)出智能壓實(shí)系統(tǒng)比傳統(tǒng)壓實(shí)方法具有以下優(yōu)點(diǎn):

1)能夠有效控制壓實(shí)施工的全過程。目前“規(guī)范”規(guī)定的路基壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)主要有壓實(shí)度K，K30，EVD和EV2等。這些指標(biāo)的取得主要依靠現(xiàn)場“抽樣”試驗(yàn)進(jìn)行，屬于“點(diǎn)”控制和“事后”控制，難以過程控制和全面控制。壓路機(jī)安裝智能壓實(shí)系統(tǒng)后駕駛室內(nèi)的控制箱能夠?qū)崟r(shí)顯示整個(gè)作業(yè)面壓實(shí)狀況，使機(jī)手無需再憑猜測和感覺施工，減少了因人為因素造成的漏壓或過壓現(xiàn)象的發(fā)生。碾壓完成后，檢測人員根據(jù)壓實(shí)記錄顯示的薄弱區(qū)域進(jìn)行有針對性的試驗(yàn)檢測，結(jié)合抽檢點(diǎn)的檢測結(jié)果來反映整個(gè)面的壓實(shí)度，使得施工質(zhì)量分布均勻性大為提高。

2)能有效的控制路基填筑設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的寬度、碾壓遍數(shù)、壓實(shí)厚度，特別是對壓實(shí)薄弱區(qū)段具體位置的顯示，取消了現(xiàn)場檢測工作的盲動(dòng)性。

3)能詳細(xì)記錄路基碾壓起始時(shí)間，碾壓區(qū)段的里程、高程，保證了預(yù)設(shè)的填層厚度、高程、碾壓時(shí)間，基本消除了人為忽視質(zhì)量弄虛作假的現(xiàn)象。

4)能有效地反映大面積的填料攤鋪厚度。按照“驗(yàn)標(biāo)”規(guī)定，攤鋪厚度每100 m見證檢測一處，這并不能起到有效控制大面積攤鋪厚度的作用。使用智能壓實(shí)系統(tǒng)后，第一遍靜壓攤鋪厚度便被全面、清晰的反映出來，對于及時(shí)調(diào)整控制攤鋪厚度起到了指導(dǎo)作用。

5)能夠清晰反映壓實(shí)過程中的薄弱區(qū)域，指導(dǎo)碾壓過程中對薄弱區(qū)域加強(qiáng)碾壓，達(dá)到壓實(shí)效果的最大保證。由于填料含水率的不均勻、攤鋪厚度的誤差，在同樣碾壓遍數(shù)的情況下，難免會(huì)出現(xiàn)局部碾壓效果較差。在未使用智能壓實(shí)系統(tǒng)時(shí)，主要是靠施工人員和檢測人員的直觀檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)問題后再次調(diào)用壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充碾壓，既耗費(fèi)時(shí)間又不一定能使薄弱區(qū)域得到全部的處理。使用智能壓實(shí)系統(tǒng)后，可以及時(shí)反映出漏壓區(qū)、薄弱區(qū)，使得碾壓過程中能夠及時(shí)對一些薄弱區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充碾壓，從而有效保證了全區(qū)段的壓實(shí)質(zhì)量。

因此，該系統(tǒng)在路基填筑施工中的廣泛使用，不僅使路基檢測各項(xiàng)指標(biāo)的“一檢合格率”得到較大提高，從而使路基填筑施工過程質(zhì)量控制得到了明顯加強(qiáng)。

4．2 對加強(qiáng)現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控發(fā)揮的作用

1)通過智能壓實(shí)系統(tǒng)對壓實(shí)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了施工管理人員對施工全過程管控力度。

2)減少了重復(fù)檢測、機(jī)械調(diào)配，縮短了檢測時(shí)間，在一定程度上加快了路基施工進(jìn)度，從而降低施工成本。

3)智能壓實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用，使路基施工過程由過去的“人控”變?yōu)椤皵?shù)控”，最大化的發(fā)揮了壓實(shí)機(jī)具的功能，使路基的壓實(shí)質(zhì)量過程控制發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

4)降低了現(xiàn)場檢測人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

5 智能壓實(shí)系統(tǒng)使用中存在的問題和建議

1)目標(biāo)CMV的取值目前尚未形成一套切實(shí)可行的理論體系和應(yīng)用規(guī)范。沒有與驗(yàn)標(biāo)規(guī)定的檢測指標(biāo)建立對應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，與現(xiàn)行驗(yàn)標(biāo)規(guī)定的檢測項(xiàng)目不匹配，需要在施工準(zhǔn)備階段進(jìn)行CMV與驗(yàn)標(biāo)規(guī)定的K，K30，EVD和EV2等做驗(yàn)證轉(zhuǎn)換，目前需行業(yè)部門加快研究，形成一套切實(shí)可行的理論體系和應(yīng)用規(guī)范。

2)戈壁丘陵兼處風(fēng)區(qū)，基站信號(hào)不穩(wěn)定，壓路機(jī)接收信號(hào)時(shí)有中斷，大風(fēng)天氣信號(hào)差或無接收信號(hào)，導(dǎo)致作業(yè)面定位不準(zhǔn)確。有必要對接收信號(hào)進(jìn)行不斷的改進(jìn)和優(yōu)化。

3)路基區(qū)段作業(yè)時(shí)，由于個(gè)體壓路機(jī)之間數(shù)據(jù)不能共享，必須固定在該區(qū)段，不能隨意調(diào)配作業(yè);致使機(jī)械閑置，利用率不高，施工項(xiàng)目上有必要根據(jù)控制中心，便于個(gè)體壓路機(jī)數(shù)據(jù)資源共享，以達(dá)到真正意義上的信息化管理。

4)壓路機(jī)實(shí)際碾壓輪跡與壓實(shí)系統(tǒng)設(shè)定的路徑存在不一致情況。當(dāng)壓路機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，壓實(shí)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)失真。

5)建議增加能夠反映平整度、橫縱坡指標(biāo)設(shè)備裝置，以便在第一遍靜壓后便可出具平整度及坡度指標(biāo)，指導(dǎo)平地機(jī)手及時(shí)調(diào)整平整度及橫縱坡，使路基成型質(zhì)量內(nèi)實(shí)外美。

6)機(jī)手業(yè)務(wù)不熟練，進(jìn)入和離開作業(yè)面時(shí)疏忽大意，忘記開、關(guān)機(jī)，導(dǎo)致部分打印小票失真，與現(xiàn)場實(shí)際情況不符。因此要加強(qiáng)對操作人員的教育培訓(xùn)。

［1] TB 10102-2004，鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程［S］．

［2] TZ 1214-2005，客運(yùn)專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南［S］．

［3] TZ 1214-2005，客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)［S］．