淺談強夯路基連續(xù)檢測及質(zhì)量監(jiān)控

向勁

摘要：文章首先分析強夯路基連續(xù)檢測的技術(shù)原理，詳細(xì)分析路基連續(xù)壓實檢測技術(shù)能夠?qū)β坊M(jìn)行全面的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：強夯路基；連續(xù)檢測；質(zhì)量；監(jiān)控

目前，在路基填筑過程中，強夯技術(shù)的應(yīng)用較為普遍。因為，路基最重要的是具有足夠的承載能力，以及在荷載和自然力的綜合作用下能保持長期的均勻和穩(wěn)定的狀態(tài)，強夯沖擊動能強，影響深度大，是比較有效的技術(shù)處理措施。但其施工質(zhì)量的控制方法較為單一，主要還是通過灌砂法檢測的壓實度作為控制指標(biāo)。對于因為大粒徑填料太多而無法采用灌砂法的路基，則采用水準(zhǔn)儀觀測沉降的辦法，規(guī)定碾壓或夯實方式前后沉降差不大于 5cm，并視其表面無輪跡為合格標(biāo)準(zhǔn)。也有采用重型動力觸探、平板靜荷載試驗及承載板法測土基的承載能力的方法，最后以滿足設(shè)計承載能力為合格標(biāo)準(zhǔn)。但這些方法在使用時都需要滿足一定試驗檢測條件，存在一定的局限性。本文采用振動壓路機在碾壓過程中與路基相互作用的動態(tài)響應(yīng)信息的連續(xù)量測技術(shù)，將動態(tài)響應(yīng)與常規(guī)檢驗指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，得到二者之間的相關(guān)性，從而實現(xiàn)了對強夯路基質(zhì)量的連續(xù)檢測與控制。

1連續(xù)檢測的技術(shù)原理

1.1路基抗力識別原理

若想實現(xiàn)對路基壓實質(zhì)量的連續(xù)檢測，必須有連續(xù)的檢測設(shè)備。為此可以將振動壓路機看作是一種動態(tài)激振設(shè)備，利用其在碾壓行走的工作過程進(jìn)行動態(tài)試驗。以振動輪為研究對象，則不管路基的狀態(tài)如何，都可以表示成抗力對它的反作用，這是一個多輸入單輸出問題。由于振動輪系統(tǒng)本身是一個線性系統(tǒng)，這樣就極大地方便了識別工作。因為對于線性系統(tǒng)而言，如果兩個輸入中的一個是已知的，則可以通過對響應(yīng)的測試分析來了解另一個輸入的信息，這是線性系統(tǒng)的特點。由于振動輪受到兩個輸入作用，一個為壓路機本身的激振力P( 已知) ，另一個為路基抗力F( 未知) ，其輸出為振動輪的動態(tài)響應(yīng) X，可以實測得到。因此根據(jù)已知P，實測 X，可以識別出路基抗力 F。

由牛頓第二定律的要求建立振動輪的動力學(xué)方程。壓實機具系統(tǒng)的動力學(xué)方程可以表達(dá)成下式:

Mx+F(x)=Psinωt （1）

P=meω2=4π2mef2 （2）

其中: M為壓路振動輪質(zhì)量; P為激振力幅值; e為偏心距; m 為偏心質(zhì)量; ω 為振動角頻率，ω=2πf；F(x) 為路基對振動輪的反作用力，即路基抗力。

上述動力學(xué)方程看似簡單，實際上是很復(fù)雜的，本質(zhì)上為非線性彈塑性動力學(xué)方程，很難求得解答，只有在特殊情況可以求解。困難之一是 F(x)與x之間的非線性關(guān)系不清楚，位移既包括彈性部分又包括塑性部分; 困難之二是激振力和位移之間相差一個相位角也是未知的。但是我們可以對其進(jìn)行定性分析，這也是目前處理非線性問題的普遍方法。

理論推導(dǎo)和實測數(shù)據(jù)表明，在振動系統(tǒng)本身穩(wěn)定、激振力固定的條件下，加速度響應(yīng)與系統(tǒng)抗力之間存在著線性對應(yīng)關(guān)系。因此本文選取振動輪的加速度作為抗力指標(biāo)，它能很好地反映抗力的變化信息。

1.2連續(xù)測試模式

試驗測試時，將壓實過程監(jiān)控系統(tǒng)（CPMS）安裝在振動壓路機上，進(jìn)行壓路機動態(tài)響應(yīng)信號的連續(xù)檢測，經(jīng)實時處理后可及時顯示在屏幕上。路基壓實狀態(tài)的變化體現(xiàn)在強度、剛度和穩(wěn)定性方面，并綜合地表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)抗力的變化上。隨著路基塑性變形的減小，壓實狀態(tài)由低級穩(wěn)定向高級穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移，路基抗力 F 在不斷增大，壓路機的動態(tài)響應(yīng) X也隨之增大，這種變化綜合地反映到壓實過程監(jiān)控系統(tǒng)( CPMS) 中，便成為動態(tài)監(jiān)控的依據(jù)。

2試驗結(jié)果分析

2.1振動輪動態(tài)響應(yīng) X 與路基彎沉之間的對應(yīng)關(guān)系

對本文建立現(xiàn)場使用壓路機動態(tài)響應(yīng)與路基彎沉之間的對應(yīng)關(guān)系。經(jīng)過現(xiàn)場實測，建立了如圖 1所示的對應(yīng)關(guān)系。

圖1彎沉與動態(tài)測試結(jié)果關(guān)系圖

根據(jù)彎沉與動態(tài)測試結(jié)果關(guān)系建立的回歸方程，其相關(guān)系數(shù)為 0.87。根據(jù)規(guī)范要求，路基回彈模量30MPa 對應(yīng)的彎沉為 310.5(0.01mm) ，考慮季節(jié)修正系數(shù)1.2，最后得合 格彎沉為258.7( 0.01mm) 。相應(yīng)的動態(tài)測試結(jié)果為 61.61m/ss。因此利用這種對應(yīng)關(guān)系，采用同一臺振動壓路機、同一振動參數(shù)，便可以對路基進(jìn)行連續(xù)的壓實檢測了。

2.2路基質(zhì)量的連續(xù)檢測結(jié)果分析

按照圖 1 所示的回歸關(guān)系，采用該振動壓路機對試驗路段路基在強夯之后的質(zhì)量進(jìn)行了全面的測試。由路基合格彎沉對應(yīng)的動態(tài)響應(yīng)作為控制合格的標(biāo)準(zhǔn)。將這個標(biāo)準(zhǔn)值輸入到 CPMS 中，這樣當(dāng)壓路機進(jìn)行碾壓時，在其駕駛室內(nèi)的屏幕上就會實時地給出合格與不合格的信息，以圖形方式提供給使用者，如圖 2 所示。整個區(qū)域碾壓完畢后，將給出一張反映該段路基總體情況的壓實質(zhì)量分布圖，其中紅色表示合格，綠色為不合格，如圖 3~圖 4 所示。

從兩段路基連續(xù)檢測試驗結(jié)果看，不合格的區(qū)域占了 50%以上，同時反映出壓實是不均勻的。究其原因，主要有兩點，其一是強夯是采用一定間隔進(jìn)行，盡管最后又采用振動壓路機進(jìn)行了補充碾壓，但是由于強夯造成的不均勻并不會消失; 其二是填土的含水量偏大，致使壓實質(zhì)量差，導(dǎo)致質(zhì)量不合格區(qū)域的比例增大。上述壓實質(zhì)量的連續(xù)分布圖非常形象地給出了檢測結(jié)果，這種結(jié)果是常規(guī)檢測很難完成的，可見連續(xù)檢測具有更大的優(yōu)越性，特別是在路基的施工過程控制中。將這種檢測結(jié)果提供給有關(guān)單位，可以為進(jìn)一步的工程處理提供依據(jù)。根據(jù)本文的檢測結(jié)果，對壓實不合格區(qū)域進(jìn)行必要的處理。

圖2碾壓輪跡上的動態(tài)響應(yīng)曲線

圖3A段強夯路基的連續(xù)檢測結(jié)果

圖4B段強夯路基的連續(xù)檢測結(jié)果

3結(jié)語

路基連續(xù)壓實檢測技術(shù)能夠?qū)β坊M(jìn)行全面的質(zhì)量控制，經(jīng)過與常規(guī)試驗的對比分析，建立一定的對應(yīng)關(guān)系，可以在碾壓現(xiàn)場及時地給出面的碾壓質(zhì)量分布圖，為有關(guān)單位進(jìn)行工程處理提供可靠依據(jù)。

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