連續(xù)壓實(shí)過程監(jiān)控系統(tǒng)（CPMS）在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填筑中的應(yīng)用

梁軍平，趙文斌，馬萬良

（1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京　100084；2.甘肅省機(jī)場(chǎng)投資管理有限公司，甘肅　蘭州　730000；3.西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司，四川　成都　610000）

連續(xù)壓實(shí)過程監(jiān)控系統(tǒng)（CPMS）在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填筑中的應(yīng)用

梁軍平1，趙文斌2，馬萬良3

（1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100084；2.甘肅省機(jī)場(chǎng)投資管理有限公司，甘肅蘭州730000；3.西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司，四川成都610000）

摘要：以甘肅隴南成州民用機(jī)場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)道填筑質(zhì)量控制為對(duì)象，采用連續(xù)壓實(shí)過程監(jiān)控系統(tǒng)（CPMS）對(duì)場(chǎng)道填筑質(zhì)量進(jìn)行過程控制，并與常規(guī)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果表明：CPMS能夠?qū)Φ鼗钪|(zhì)量實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)”的控制到連續(xù)控制，有效保證了施工質(zhì)量，可在機(jī)場(chǎng)、港口場(chǎng)道施工中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：連續(xù)壓實(shí)；過程監(jiān)控系統(tǒng)；機(jī)場(chǎng)；場(chǎng)道填筑

中圖分類號(hào)：U615.4；U416.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-7874（2015）03-0061-03

doi：10.7640/zggWjs201503013

收稿日期：2014-10-29修回日期：2014-12-05

作者簡(jiǎn)介：梁軍平（1972—），男，甘肅天水市人，碩士，副研究員，環(huán)境工程專業(yè)。E-mail：1649959055@qq.com

App lication of continuous coMpaction processMonitoring systeMin airport road filling

LIANG Jun-ping1,ZHAO Wen-bin2,MA Wan-liang3
（1.SchoolofEnvironment,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.Gansu Province Airport Inwestment& Management Co.,Ltd.,Lanzhou,Gansu 730000,China;3.Southwest Jiaotong University CivilEngineering Design Co.,Ltd.,Chengdu, Sichuan 610000,China）

Abstract：Taking the quality control of Chengzhou Civil Airport road filling construction in Gansu Longnan as the object,we used continuous compaction processmonitoring systeM(CPMS) to control the road filling quality,and compared with conventionaldetection tests.The results shoWthatCPMScan realize continuous controlby replacing the'point'control for filling quality control,effectively to ensure the construction quality,which can be popularized and applied in road construction in the airport and port.

Keywords：continuous compaction；process control system；airport；road filling

0　引言

壓實(shí)是機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道、港口基礎(chǔ)填筑施工過程中的關(guān)鍵工序，松散材料只有通過有效壓實(shí)才能獲得足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性[1]。長期以來，在控制填筑體壓實(shí)質(zhì)量時(shí)，一般采用K、K30、EVD、EV2等常規(guī)控制指標(biāo)，是事后控制、“點(diǎn)”的控制，發(fā)現(xiàn)問題很難及時(shí)處理，處理范圍也很難界定，很容易造成合格區(qū)域的“過壓”。連續(xù)壓實(shí)過程監(jiān)控系統(tǒng)（CPMS）作為一項(xiàng)新型的填筑質(zhì)量控制技術(shù)，起源于上世紀(jì)80年代末的德國和瑞士等西方國家，國內(nèi)經(jīng)過多年來的研究已經(jīng)趨于成熟，目前主要大面積應(yīng)用在高速鐵路路基填筑質(zhì)量的控制中，并且取得了很好的效果，但在公路、民航、水利、港口等領(lǐng)域還未推廣應(yīng)用，尤其在地形復(fù)雜、填料為細(xì)粒土、深填高挖等特殊條件下的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道和港口建設(shè)中應(yīng)用更少。本文以甘肅隴南成州民用機(jī)場(chǎng)為依托項(xiàng)目，就連續(xù)壓實(shí)過程監(jiān)控系統(tǒng)（CPMS）在地基填筑中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究分析。

1　成州民用機(jī)場(chǎng)工程簡(jiǎn)介

1.1工程概況

甘肅隴南成州民用機(jī)場(chǎng)位于成縣店村鎮(zhèn)，屬

黃土高原中低山丘陵地帶，中心點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為1 124.5 m。跑道中心點(diǎn)距新江武公路約1 km，高程在1 078.09～1 157.47 m之間，最大高差約80 m，為典型的山區(qū)機(jī)場(chǎng)，受地形地貌限制，在建設(shè)過程中需對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行大規(guī)模的挖填改造。

1.2工程質(zhì)量控制

因機(jī)場(chǎng)修建在山梁上，填料為細(xì)粒土（粉質(zhì)黏土），而且需要深填高挖，其最大填方高度達(dá)60 m（見圖1），場(chǎng)道填筑的壓實(shí)控制是工程質(zhì)量控制的最大難點(diǎn)之一。為此，建設(shè)單位改變傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，引入CPMS技術(shù)，將其與常規(guī)檢測(cè)有機(jī)結(jié)合，解決常規(guī)檢測(cè)無法實(shí)現(xiàn)過程控制的弊病，同時(shí)加大對(duì)施工過程的監(jiān)控，減少人為因素的干擾，大大提高了質(zhì)量控制精度和效果。

圖1　1號(hào)邊坡坡段構(gòu)成（均坡1∶2）Fig.1 The grade section constituentsof No.1 slope

2　CPMS的工作原理及優(yōu)點(diǎn)

CPMS技術(shù)以動(dòng)力學(xué)作用原理為理論基礎(chǔ)，基于克服常規(guī)控制方法的不足而提出的，是壓實(shí)質(zhì)量控制的進(jìn)一步發(fā)展[2]。

2.1傳統(tǒng)壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)控制方法的缺點(diǎn)

目前國內(nèi)壓實(shí)質(zhì)量控制的傳統(tǒng)方法主要依靠常規(guī)指標(biāo)，存在很大局限性，主要表現(xiàn)在：1）由于常規(guī)實(shí)驗(yàn)都是在工序結(jié)束后進(jìn)行的，屬于結(jié)果控制，很難在碾壓過程中進(jìn)行控制。2）費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)施工干擾大，取得的“抽樣點(diǎn)”值很難反映整個(gè)碾壓面壓實(shí)質(zhì)量情況。3）發(fā)現(xiàn)個(gè)別點(diǎn)不滿足要求時(shí)，很難界定重新碾壓范圍，若全部碾壓可能會(huì)造成部分區(qū)域的“過壓”。4）抽樣檢驗(yàn)適合樣本總體較均勻的情況，當(dāng)填料不均勻時(shí)，抽樣點(diǎn)是否具有代表性值得懷疑。

2.2CPMS的工作原理

將振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓過程看作是一種動(dòng)態(tài)荷載試驗(yàn)過程，原則上與平板荷載試驗(yàn)基本相似[3]。在填筑碾壓過程中，根據(jù)土體與振動(dòng)壓路機(jī)相互動(dòng)態(tài)作用原理，通過連續(xù)量測(cè)壓路機(jī)振動(dòng)輪豎向響應(yīng)信號(hào)，建立檢測(cè)評(píng)定與反饋控制體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)碾壓面壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制。

壓路機(jī)施加給振動(dòng)輪激振力，同時(shí)土體給振動(dòng)輪抵抗力并引起相應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)和系統(tǒng)識(shí)別原理，通過對(duì)振動(dòng)輪振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)量測(cè)和處理，得到與土體結(jié)構(gòu)抗力有關(guān)的指標(biāo)——振動(dòng)壓實(shí)值VCV，再通過對(duì)整個(gè)碾壓面上各點(diǎn)VCV值分析評(píng)價(jià)壓實(shí)質(zhì)量，如圖2所示。

圖2　CPMS基本原理Fig.2 Basic principle of CPMS

2.3CPMS的優(yōu)點(diǎn)

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在填筑施工過程中可以實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)控制功能，其中過程控制（壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性、壓實(shí)穩(wěn)定性）和質(zhì)量檢測(cè)（壓實(shí)狀態(tài)分布）可以根據(jù)施工要求有選擇性地應(yīng)用，與傳統(tǒng)壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)控制方法相比，CPMS具有高效率、高精度、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而且能夠?qū)崟r(shí)對(duì)“面”進(jìn)行壓實(shí)控制。

3　CPMS在成州機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填筑上的應(yīng)用

根據(jù)CPMS操作手冊(cè)要求，比照《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)程》[4]和《公路路基與基層填筑工程連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，采用CPMS進(jìn)行場(chǎng)道填筑壓實(shí)質(zhì)量控制，首先應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，建立連續(xù)壓實(shí)控制指標(biāo)VCV與常規(guī)控制指標(biāo)（壓實(shí)系數(shù)K）之間的關(guān)系，確定相關(guān)系數(shù)r，在相關(guān)系數(shù)滿足要求（r≥0.7）的基礎(chǔ)上才能采用CPMS進(jìn)行質(zhì)量控制。

3.1建立VCV與K之間的關(guān)系

由于成州機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填料為細(xì)粒土（其常規(guī)物理指標(biāo)如表1），現(xiàn)場(chǎng)采用壓實(shí)系數(shù)K作為質(zhì)量控制的常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)，并建立VCV與K之間的相關(guān)關(guān)系，確立相關(guān)系數(shù)和連續(xù)壓實(shí)控制目標(biāo)值[VCV]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立其對(duì)應(yīng)關(guān)系（如圖3所示）。

由圖3看出：VCV與K之間相關(guān)系數(shù)r= 0.74，大于0.7，滿足規(guī)范要求。根據(jù)民用機(jī)場(chǎng)施工質(zhì)量控制要求，滿足質(zhì)量要求的壓實(shí)系數(shù)K= 0.93，根據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)的連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制目標(biāo)值[VCV]= 302 kN/m。因此，在后續(xù)施工中，當(dāng)壓

路機(jī)型號(hào)、填筑工藝、填料相同的情況下，即可以采用CPMS技術(shù)，以[VCV]= 302 kN/m為目標(biāo)控制值進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制。

表1　粉質(zhì)黏土物理指標(biāo)Table 1 Physical index of silty clay

圖3　VCV與K的關(guān)系圖Fig.3 The relation of VCV and K

3.2質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和前期相關(guān)數(shù)據(jù)的分析表明，受當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的影響，該處填料及其含水量不易控制，波動(dòng)性較大。

在成州機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填筑工程中，從“壓實(shí)狀態(tài)分布圖”中提取壓實(shí)薄弱點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)，做“最小風(fēng)險(xiǎn)控制”。若常規(guī)檢測(cè)合格則判定為該區(qū)域壓實(shí)質(zhì)量合格；若常規(guī)檢測(cè)不合格則對(duì)“壓實(shí)狀態(tài)分布圖”中的壓實(shí)薄弱區(qū)域進(jìn)行“補(bǔ)壓”。

現(xiàn)對(duì)成州機(jī)場(chǎng)P107 + 065—P107 + 165（里程樁號(hào)）“壓實(shí)狀態(tài)分布圖”（圖4）進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證，對(duì)圖上顯示的碾壓薄弱區(qū)域進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)。

圖4　壓實(shí)狀態(tài)分布圖Fig.4 Layoutplan of coMpaction condition

圖4中深色區(qū)域?yàn)閴簩?shí)質(zhì)量薄弱區(qū)，從中提取常規(guī)檢測(cè)點(diǎn)并對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見表2。

表2數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)VCV > 302時(shí)，所提取的5個(gè)點(diǎn)（1～5號(hào)）基本達(dá)到K=0.93合格的要求，但由于填料、特別是含水量的變異性導(dǎo)致VCV與K之間對(duì)應(yīng)關(guān)系也發(fā)生一定變異，如3號(hào)點(diǎn)。當(dāng)VCV < 302時(shí)，提取的4個(gè)點(diǎn)（6～9號(hào)）均不能滿足要求，需經(jīng)過“補(bǔ)壓”處理，方可達(dá)到要求，

這樣既可以為常規(guī)檢測(cè)提供取點(diǎn)依據(jù)，并且可以找出合理的、需要補(bǔ)壓處理的范圍。

表2　VCV與K值對(duì)比表Table 2 CoMparison of VCV and K value

4　結(jié)語

采用連續(xù)壓實(shí)狀態(tài)分布圖可以有效鑒定壓實(shí)質(zhì)量，且較易判斷壓實(shí)薄弱區(qū)域的界限。成州機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填筑通過應(yīng)用連續(xù)壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，大大提高了機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填筑質(zhì)量，保證各項(xiàng)指標(biāo)值均能達(dá)到或高于場(chǎng)道填筑質(zhì)量指標(biāo)要求值，質(zhì)量合格率達(dá)到99.8％。由此可以看出，CPMS技術(shù)對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道填筑質(zhì)量控制優(yōu)勢(shì)明顯，實(shí)現(xiàn)了由“事后檢測(cè)”到“過程控制”的轉(zhuǎn)變，有效地保證了施工質(zhì)量，可在機(jī)場(chǎng)、港口場(chǎng)道填筑施工中推廣應(yīng)用。

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