連續(xù)壓實技術(shù)在高鐵路基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

趙志強 張瑜 張玉寶

摘 要：現(xiàn)行規(guī)范中，控制路堤的壓實標(biāo)準(zhǔn)，主要采用壓實系數(shù)K和地基系數(shù)K30或變形模量Ev2以及動態(tài)變形模量EVD作為控制指標(biāo)，這些控制指標(biāo)，都是采用點樣式的方法進行檢驗，通過相關(guān)的現(xiàn)場試驗對路基的壓實狀況進行評價。連續(xù)壓實設(shè)備只要開始碾壓就開始了檢測，可以對填筑體壓實程度、壓實均勻性和壓實穩(wěn)定性進行動態(tài)、連續(xù)、面的控制。對比常規(guī)壓實檢測方法，結(jié)合連續(xù)壓實技術(shù)的工作原理，以連鎮(zhèn)鐵路灌南站場路基為例，對連續(xù)壓實控制技術(shù)在高鐵路基壓實質(zhì)量檢測中的應(yīng)用做詳細(xì)介紹。對連續(xù)壓實技術(shù)的應(yīng)用效果進行總結(jié)和分析，可知連續(xù)壓實控制技術(shù)提高了路基填筑的質(zhì)量和路基壓實質(zhì)量檢測的效率，能取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，并能在類似工程中進行推廣。

關(guān)鍵詞：高鐵；路基；壓實質(zhì)量檢測；連續(xù)壓實技術(shù)；VCV值

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.082

目前《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10751-2010），《高速鐵路路基工程施工技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9602-2015）等規(guī)范中規(guī)定的路基壓實質(zhì)量控制指標(biāo)主要有K（壓實系數(shù)）和K30（地基系數(shù)）或Ev2（變形模量）以及EVD（動態(tài)變形模量）等。這些檢測指標(biāo)主要都是依靠采用“抽樣”的方式進行現(xiàn)場試驗獲得，通過檢測獲得局部點的壓實程度來評估路基面的壓實程度，過程比較費時費力，并且是壓實完成后檢測，比較難適應(yīng)施工現(xiàn)場的機械化施工要求。因此，采用可對整個路基碾壓面的壓實質(zhì)量進行實時、全面監(jiān)控和檢測的連續(xù)壓實控制技術(shù)，可以提高路基填筑質(zhì)量并能提高路基壓實質(zhì)量檢測的效率。

1 工程概況

本工程項目位于江蘇省連云港市灌南縣境內(nèi)，標(biāo)段為新建連云港至鎮(zhèn)江鐵路連云港至淮安段LZZQ-1標(biāo)段，灌南車站工程。車站設(shè)計范圍DK44+688.7～DK46+383.2，全長1694.5m，灌南車站為客運中間站，設(shè)計規(guī)模為兩臺四線。工點前接新沂河特大橋，后接漣水特大橋。線路在本段以填方通過，最大填高約8m。車站內(nèi)正線路基，基床表層填筑0.7m級配碎石，基床底層及基床以下路堤均采用A、B組填料（土源檢測為細(xì)角礫）。用此種填料填筑基床以下路堤時，需滿足壓實系數(shù)K≥0.92，地基系數(shù)K30>110MPa/m。

2 路基壓實常規(guī)檢測方法

2.1 壓實系數(shù)

壓實系數(shù)K是填筑土層在現(xiàn)場檢查的干密度和室內(nèi)重型擊實試驗得到的最大干密度的比值，即K=ρd÷ρdmax。壓實系數(shù)代表了填筑土層的相對壓實程度。現(xiàn)場采用灌砂法測得填土的密度，使用酒精燃燒法測定含水率，從而得到填筑土層的干密度。《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10751─2010）中規(guī)定檢驗數(shù)量為每層沿縱向每100m等間距檢查2個斷面6點，每斷面左右點距路基邊緣1m處各2點，路基中部2點。

2.2 地基系數(shù)

地基系數(shù)K30是利用直徑為30cm的荷載板進行現(xiàn)場原位測試，現(xiàn)場的壓路機作為加載反力裝備，隨著靜載加壓，路基碾壓層下沉量達(dá)到1.25mm時，對應(yīng)的荷載和沉降量的比值，即K30=Q1.25÷1.25×10-3（Mpa/m）?！陡咚勹F路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10751─2010）中規(guī)定每填高0.9m，縱向每100m檢查2個斷面4點，距路基邊緣2m處左、右各1點，路基中部2點，不足0.9m亦檢查2個斷面4點。

2.3 常規(guī)檢測方法存在的不足

壓實系數(shù)和地基系數(shù)雖然能夠評價路基的壓實質(zhì)量，但是按照質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，在碾壓完成的路基上進行抽樣式檢測，存在以下不足：

（1）檢測費時費力。現(xiàn)場檢測壓實系數(shù)和地基系數(shù)時，檢測過程挪動儀器花費時間較多，與碾壓不能同時進行且地基系數(shù)檢測時還需占用壓實機具作為反力裝置。

（2）檢測干擾因素多?，F(xiàn)場檢測時，不同點位、不同的試驗人員、來往車輛的振動、天氣原因等都會對壓實指標(biāo)對檢測結(jié)果造成干擾。

（3）代表性不佳，缺乏對壓實均勻性的控制。常規(guī)檢測方法采取的是點樣式檢測，只能代表局部面積的壓實質(zhì)量，填料粒徑大小不均勻性對檢測指標(biāo)的影響較大，當(dāng)個別抽樣點壓實度低于合格值時，很難判定還有哪些不合格區(qū)域需要加強碾壓，若對已合格區(qū)域再次誤壓容易造成過壓現(xiàn)象。這種小范圍的檢測指標(biāo)來代替整個碾壓面的壓實指標(biāo)，難以正確反映路基結(jié)構(gòu)的真實質(zhì)量，無法對整個路基的壓實均勻性進行判斷。

3 連續(xù)壓實技術(shù)

3.1 連續(xù)壓實技術(shù)工作原理

連續(xù)壓實技術(shù)的檢測原理是在路基填筑碾壓過程中，根據(jù)土體與振動壓路機之間的相互動態(tài)作用，連續(xù)量測壓實作業(yè)時振動壓路機的振動輪豎向振動的響應(yīng)信號，從而建立檢測評定與反饋控制體系，實現(xiàn)對整個碾壓面壓實質(zhì)量的實時、全面的動態(tài)監(jiān)控與檢測。

《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9210-2015）中介紹了連續(xù)壓實控制系統(tǒng)組成框圖，如圖1所示。連續(xù)壓實設(shè)備由高精度北斗定位系統(tǒng)、位移傳感器、振動傳感器、數(shù)字處理器、壓實顯示器等系統(tǒng)組成。

振動傳感器垂直安裝在振動壓路機內(nèi)機架上，反應(yīng)振動輪的垂直振動情況。通過控制碾壓厚度、碾壓遍數(shù)及壓路機行進速度等施工參數(shù)，路基連續(xù)壓實控制系統(tǒng)可以對路基壓實程度進行實時監(jiān)控。

3.2 路基壓實指標(biāo)相關(guān)性檢驗

3.2.1 現(xiàn)場試驗方案

試驗段選在站場路基DK46+230～330進行。路基試驗段施工嚴(yán)格按照鐵路路基“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工工藝及標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)組織施工。采用連續(xù)壓實技術(shù)進行路基壓實質(zhì)量檢測的路基填筑施工過程與常規(guī)的基本一致，僅增加了壓實連續(xù)檢測設(shè)備用于碾壓檢測。試驗段的目的在于獲得連續(xù)壓實檢測與常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)檢測的換算關(guān)系，為大面積使用連續(xù)壓實設(shè)備提供依據(jù)。通過相關(guān)性檢驗建立連續(xù)壓實控制指標(biāo)VCV與常規(guī)檢測指標(biāo)壓實系數(shù)K和地基系數(shù)K30之間的相關(guān)性。

3.2.2 相關(guān)系數(shù)和目標(biāo)值確定

通過路基試驗段的施工，確定路基連續(xù)壓實檢測指標(biāo)VCV與常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)壓實系數(shù)K，從而指導(dǎo)本區(qū)段內(nèi)其他路堤的大面積施工。試驗段碾壓至輕度、中度、重度三種壓實狀態(tài)，其重度密實區(qū)為合格區(qū)。完成三種密實狀態(tài)的連續(xù)壓實檢測后對三種密實狀態(tài)再進行常規(guī)檢測。每種密實區(qū)內(nèi)的壓實指標(biāo)檢測數(shù)量不少于6組，將對應(yīng)壓實狀態(tài)區(qū)內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)輸入計算軟件中，取得相關(guān)系數(shù)R和目標(biāo)值[VCV]。

試驗段每層均碾壓5遍，即靜壓1遍+弱振2遍+強震1遍+靜壓1遍。在填筑路基試驗段第三層時，將松鋪、平整等工序完成后，對整個路基面開始進行碾壓。碾壓至輕度壓實狀態(tài)后，根據(jù)連續(xù)壓實設(shè)備實時繪制的振動壓實曲線，在曲線變化平緩的位置選1個區(qū)段（原則上3～5m范圍），三種密實狀態(tài)區(qū)段各選6段，選取每段的中間位置，進行壓實系數(shù)K測試；試驗嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程操作。

試驗采集得到的常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)值K和振動壓實值VCV見表1；繪制壓實系數(shù)和振動壓實值VCV的關(guān)系曲線如圖2所示。

計算得到相關(guān)系數(shù)R=0.94，回歸方程：VCV=9.24x-449.03。對于基床以下路堤，常規(guī)質(zhì)量驗收指標(biāo)合格值[x]=92，因此得到目標(biāo)值[VCV]=400。

3.3 連續(xù)壓實過程控制

對試驗段路基進行過程控制的連續(xù)壓實檢測與控制同步進行。在振動碾壓過程中，連續(xù)壓實檢測設(shè)備檢測采集壓實控制指標(biāo)VCV值，并實時繪制壓實曲線。技術(shù)人員可對路基的壓實程度、壓實均勻性和壓實穩(wěn)定性進行實時的壓實質(zhì)量監(jiān)控。對于壓實控制指標(biāo)VCV值低于目標(biāo)控制值[VCV]=400的區(qū)域，可針對性地進行補壓。

3.4 連續(xù)壓實質(zhì)量檢驗

質(zhì)量檢測是在路基碾壓完成后，對整個路基面進行連續(xù)壓實檢測。根據(jù)質(zhì)量檢測壓實程度分布圖，可對路基碾壓面的壓實狀態(tài)和壓實強度分布狀況進行分析，從而找出壓實薄弱的區(qū)域。在壓實最薄弱區(qū)進行常規(guī)質(zhì)量檢測，比較常規(guī)檢測指標(biāo)是否達(dá)到要求，以確保路基壓實整體質(zhì)量。

路基連續(xù)壓實控制技術(shù)的應(yīng)用，可以找出路基面碾壓后的薄弱區(qū)域。對薄弱區(qū)域的控制更準(zhǔn)確，也更完善，既能保證整個路基面的壓實質(zhì)量，又能避免過壓，從而極大提高了路基填筑的質(zhì)量和路基壓實質(zhì)量檢測的效率。這樣也減少了司機由于重復(fù)碾壓導(dǎo)致的疲勞操作，減弱了人為因素對于路基填筑壓實質(zhì)量的干擾。連續(xù)壓實控制技術(shù)真正意義上實現(xiàn)了對路基填筑壓實過程的動態(tài)控制，能夠及時發(fā)現(xiàn)不合格區(qū)域，避免了常規(guī)檢測中以局部點的壓實程度來評估路基面的壓實程度的現(xiàn)象。

3.5 連續(xù)壓實技術(shù)應(yīng)用效果分析

通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)連續(xù)壓實技術(shù)檢測指標(biāo)VCV值受填料性質(zhì)、含水率等因素影響，具有較大的差異性。因此，要得到壓實控制指標(biāo)目標(biāo)值[VCV]，需要增加相關(guān)性校驗的次數(shù)，從而得到不同填料、不同含水率情況下的檢測指標(biāo)VCV值和常規(guī)檢測指標(biāo)壓實系數(shù)K的關(guān)系。這樣才能確定不同情況下的控制指標(biāo)目標(biāo)值[VCV]，更為準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場施工，需要進行大量的試驗，試驗過程中發(fā)現(xiàn)，在采用同一種填料、相同含水率的條件下進行路堤填筑，壓路機的行駛速度及振動穩(wěn)定性對連續(xù)壓實采集的VCV值有一定影響。行駛速度相比試驗段發(fā)生改變時，會導(dǎo)致連續(xù)壓實設(shè)備記錄的距離和實際距離不符，數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。壓路機振動頻率增大時，得到的檢測指標(biāo)VCV值也會增大；壓路機振動頻率的波動會導(dǎo)致對土體的激振力出現(xiàn)更大的波動，從而導(dǎo)致檢測指標(biāo)VCV值異常，造成得到的路基壓實程度分布圖上反映出路基壓實質(zhì)量不均勻，不能真實地反映路基的壓實狀態(tài)。

因此，采用連續(xù)壓實技術(shù)控制路基壓實質(zhì)量時，前期需進行充分的試驗段檢測。在填料性質(zhì)、含水率、設(shè)備型號一致的情況下，應(yīng)特別注意壓路機的行駛和振動狀態(tài)需保持一致。

4 結(jié)論

路基連續(xù)壓實控制技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了對路基填筑施工的實時、全過程的監(jiān)控，能夠快速、直觀地找出碾壓面的薄弱區(qū)域，可以指導(dǎo)現(xiàn)場有針對性地對薄弱區(qū)域進行補充碾壓，避免過壓，減少了路基填料在攤鋪過程中的不均勻性、碾壓過程的不確定性對路基質(zhì)量的整體穩(wěn)定性的影響。在高鐵路基檢測中應(yīng)用連續(xù)壓實技術(shù)，避免了抽樣檢測造成的停工，提高了施工效率；連續(xù)壓實技術(shù)采用實時、連續(xù)檢測，減少了重復(fù)檢測時間，加快了檢測效率；連續(xù)壓實技術(shù)可以有針對性指導(dǎo)操作，提高了施工機械的工作效率，從而也降低了施工、人員的成本和油耗，實現(xiàn)了對路基填筑壓實質(zhì)量的全面控制，可在類似工程中推廣和應(yīng)用。

參考文獻：

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作者簡介：趙志強（1984-），男，甘肅慶陽人，本科，工程師，研究方向：鐵路路基工程、橋涵工程、隧道工程、軌道工程、市政涉鐵工程、公路工程、施工現(xiàn)場管理、鐵路工程造價。