高速鐵路路基填筑連續(xù)壓實控制技術(shù)的應用

孫晴

摘要：結(jié)合路基填筑連續(xù)壓實控制技術(shù)的工藝原理，以鄭萬高速鐵路河南段七標方城車站路基為例，對路基連續(xù)壓實控制技術(shù)應用方法、步驟做詳細介紹。總結(jié)和分析應用效果發(fā)現(xiàn)，連續(xù)壓實控制技術(shù)提高了路基填筑質(zhì)量，能夠取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

Abstract： Combined with the technology principle of roadbed filling continuous compaction control technology， taking Fangcheng Station of Zheng-Wan High speed railway Henan Section 7# as an example， the application method and steps of continuous compaction control technology for subgrade are described in detail. By summarizing and analyzing the application effects， it is found that continuous compaction control technology has improved the subgrade filling quality， and can achieve good economic and social benefits.

關(guān)鍵詞：高速鐵路；路基填筑；連續(xù)壓實

Key words： high speed railway；the subgrade filling；continuous compaction

中圖分類號：U238 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0133-03

1 工程概況

我標段施工的鄭萬高鐵河南段，為鄭萬高鐵7標段，設計時速為350km，項目位于河南省方城縣境內(nèi)，車站位置處于方城縣十里鋪村，車站正線路基為1.96km，本段路基屬于松軟土路基及膨脹土路塹，施工里程為：DK228+300～DK230+260.09，填方量為56萬m3。基床底層及以下路堤采用A、B組填料填筑，正線（及與其不能分開的到發(fā)線）路基基床表層采用級配碎石填筑，過渡段在基床表層采用級配碎石摻5%水泥填筑，基床底層及以下采用級配碎石摻3%水泥填筑。在路基填筑施工工程中，采用壓實度、動態(tài)變形模量、地基系數(shù)等常規(guī)檢測手段以點的形式對路基進行檢測，檢測結(jié)束后，通過連續(xù)壓實系統(tǒng)對路基填筑均勻性性、穩(wěn)定性、壓實程度以面的形式進行檢測，采用雙控的手段對路基進行質(zhì)量控制，從而減少了高速鐵路路基工后的不均勻沉降。

2 連續(xù)壓實系統(tǒng)工作原理

2.1 連續(xù)壓實設備安裝[1]

連續(xù)壓實設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。

北斗定位系統(tǒng)接收天線安裝在壓路機車頂中間位置，并將電臺接收天線也安裝在車頂。

位移傳感器的感應頭應正對強磁鐵S級，位移傳感器的輸出端連接至壓實顯示器。為保證測量結(jié)果的準確性，請均勻放置強磁鐵，并保證強磁鐵的位置固定。建議在加載的1m位移內(nèi)分布不低于4個強磁鐵。

振動傳感器要垂直安裝在加載振動輪的內(nèi)壁上輸出端連接至壓實處理器。為保證穩(wěn)定性建議將振動傳感器固定在鋼板上，并將鋼板焊接在負載振動輪內(nèi)壁上。

數(shù)字處理器須安裝在加載駕駛倉內(nèi)，但避免安裝在熱油軟管附近以及類似的地方。A-SENSOR端連接振動傳感器以接收振動傳感器采集到的壓實信號，POW/OUT端連接電源，串口輸出端連接壓實顯示器，將處理完的壓實信號輸出到壓實顯示器。

壓實顯示器須安裝在加載駕駛倉內(nèi)。壓實顯示器與位移傳感器、高精度北斗定位系統(tǒng)（可選）、壓實處理器連接以獲取它們的信號。

電源采用負載蓄電池，電壓范圍為：DC 12-36V，連接12V的系統(tǒng)功耗是0.2-1.5A。

2.2 連續(xù)壓實控制技術(shù)原理[2]

連續(xù)壓實控制技術(shù)的基本原理是將振動碾壓過程看作是一種動態(tài)試驗過程，振動壓路機為動態(tài)加載設備。在碾壓過程中振動輪同時受到來自機械本身的激振力和路基結(jié)構(gòu)的抵抗力（反力）作用，二者的共同作用引起振動輪的振動響應，基于這種振動響應建立相應的評定與控制體系，實現(xiàn)碾壓過程中的實時監(jiān)測和反饋控制。

3 連續(xù)壓實控制技術(shù)施工工藝

3.1 相關(guān)性試驗[3]

相關(guān)性試驗包括計算振動壓實值與常規(guī)質(zhì)量驗收指標之間的相關(guān)系數(shù)，確定相關(guān)關(guān)系和目標振動壓實值。在采用連續(xù)壓實控制技術(shù)前要首先在試驗段進行相關(guān)校驗及對比試驗，檢驗并建立目標振動值VCV與常規(guī)質(zhì)量驗收指標間的相關(guān)關(guān)系。即建立VCV值K30之間的關(guān)系。

3.2 確定碾壓遍數(shù)

根據(jù)《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)性校驗規(guī)定，試驗段長度不小于100m，本項目選取DK229+270～DK229+370段作為相關(guān)性試驗段，試驗段按輕度、中度、重度三種壓實狀態(tài)進行碾壓作業(yè)，為了確定達到相應壓實程度需要的碾壓遍數(shù)，提前在工地上進行了試驗，根據(jù)壓路機碾壓遍數(shù)與壓實系數(shù)的關(guān)系，最后確定的試驗需要的碾壓遍數(shù)見表1。

3.3 相關(guān)性試驗建立

為了避免開挖后底層地面對測試結(jié)果的影響，試驗選在分層碾壓的第3層進行，具體的試驗步驟為：

①試驗段劃線等準備工作完成后對該段路基面開始碾壓，碾壓遍數(shù)按照批準的方案進行，壓路機行走按照劃定的線路運行，見圖1，同時規(guī)定要求，相鄰壓實軌跡之間重疊不超過10cm。

②達到輕度密實狀態(tài)后，根據(jù)振動壓實曲線，在曲線變化平緩的位置選1個區(qū)段（原則上是3～5m范圍），每個壓實區(qū)選6段，選取該區(qū)段的中間位置，進行K30測試；依據(jù)《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準》的要求，選擇測試點，進行預壓試驗，預壓結(jié)束后，進行第一級加載，表穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)記錄，同樣步驟進行逐級加載，直至滿足要求。

③達到中度密實、重度密實狀態(tài)后，在同樣的6個點進行K30測試，并做好試驗記錄。

④為了增加相關(guān)性試驗和常規(guī)檢查數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，在輕度、中度、重度3個壓實程度的最后一遍進行連續(xù)壓實檢測外，尚需在中間過程中增加連續(xù)壓實測試，壓路機行走按照《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)程》要求執(zhí)行。連續(xù)壓實測試見圖2，K30試驗見圖3。

⑤整理數(shù)據(jù)，判斷相關(guān)性是否成立。

3.4 數(shù)據(jù)分析與處理

3.4.1 相關(guān)性系數(shù)確定

按照相關(guān)性系原理，確定VCV值和K30之間的相關(guān)性。通過現(xiàn)場實際檢測數(shù)據(jù)采用離散圖確定相關(guān)系數(shù)R。

數(shù)據(jù)分析處理的步驟的要求如下：對檢測數(shù)據(jù)進行篩選，剔除掉異常數(shù)據(jù)后，將每個檢測點的VCV與K30采用最小二乘法進行相關(guān)性分析[4]，若相關(guān)系數(shù)大于0.7，則相關(guān)性成立。然后根據(jù)施工質(zhì)量驗收標準中規(guī)定的壓實指標最小值計算所對應的振動壓實值，即得到在這一填料類型和施工條件下，連續(xù)壓實檢測的控制指標。

根據(jù)《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實控制技術(shù)規(guī)程》要求，在輕度、中度、重度三種壓實狀態(tài)區(qū)域內(nèi)至少各選6個點進行相關(guān)性系數(shù)確定。相關(guān)性檢測數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)以上現(xiàn)場實際檢測數(shù)據(jù)，采用離散圖確定相關(guān)系數(shù)R。相關(guān)系數(shù)見圖4。

從圖可以看出相關(guān)系數(shù)大于0.7，則相關(guān)性成立。

3.4.2 目標振動壓實值確定

根據(jù)常規(guī)質(zhì)量驗收指標檢測結(jié)果確定振動壓實值檢測結(jié)果的回歸模型[VCV]=0.281·K30+6.1，依據(jù)《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準》規(guī)定，碎石類及礫石類地基系數(shù)K30為150（MPa·m-1），計算對應的振動壓實值48.25，即為目標振動壓實值[VCV]。

4 連續(xù)壓實過程控制

4.1 連續(xù)壓實控制一般要求

①施工段的填料、填層厚度與相關(guān)性試驗段的參數(shù)要保持一致。

②同時振動壓路機及其振動壓實工藝參數(shù)等與試驗段采用的一致，若有變化，重新進行相關(guān)性檢驗。

③碾壓輪跡數(shù)根據(jù)碾壓面寬度和安裝連續(xù)壓實設備用的壓路機輪寬劃分，確保覆蓋整個碾壓面，振動壓路機采用平碾方式，相鄰碾壓輪跡之間的重疊寬度控制在10 cm范圍內(nèi)。

4.2 連續(xù)壓實過程控制判定

連續(xù)壓實過程控制應根據(jù)碾壓過程檢測取得的壓實質(zhì)量信息，按照壓實程度、壓實均勻性和壓實穩(wěn)定性的判定和控制準則進行實時的壓實質(zhì)量監(jiān)控。壓實程度、壓實均勻性和壓實穩(wěn)定性可以通過連續(xù)壓實系統(tǒng)操作平臺直接生成，通過圖形可以直觀的判定壓實程度、壓實均勻性和穩(wěn)定性是否滿足要求。

4.2.1 壓實程度判定

壓實程度通過通過率進行判定，通過率按照不小于95%進行控制，且不通過的檢測單元應呈分散分布狀態(tài)。

4.2.2 壓實均勻性判定

壓實均勻性通過碾壓輪跡上振動壓實曲線的波動變化程度和碾壓面振動壓實值數(shù)據(jù)的分布特征進行判定。壓實均勻性宜按振動壓實值數(shù)據(jù)不小于其平均值的80%即VCVi≥0.80VCV進行控制。

4.2.3 壓實穩(wěn)定性判定

壓實穩(wěn)定性應按同一碾壓輪跡上前后兩遍振動壓實值數(shù)據(jù)變化率不大于δ進行控制，其中δ為規(guī)定的精度，按照對應的常規(guī)質(zhì)量驗收指標數(shù)據(jù)變化率不大于5%進行確定。

5 應用效果分析

路基填筑連續(xù)壓實控制技術(shù)實現(xiàn)了碾壓質(zhì)量過程控制，可實時檢測全程范圍內(nèi)的壓實點和材料，及時找到不合格區(qū)域，避免常規(guī)檢測僅反映監(jiān)測點壓實質(zhì)量的現(xiàn)象；該技術(shù)不僅提高了作業(yè)質(zhì)量、工作效率，降低了施工成本，此外，可將施工數(shù)據(jù)完整存檔，現(xiàn)場生成報告，便于事后分析和數(shù)據(jù)處理。

6 結(jié)束語

路基填筑連續(xù)壓實控制施工技術(shù)把由點的抽樣檢測轉(zhuǎn)變?yōu)楦采w整個碾壓面的全面監(jiān)控與檢測，對壓實過程以可視化體現(xiàn)，同時，連續(xù)壓實系統(tǒng)與常規(guī)檢測方法結(jié)合，使常規(guī)檢測的隨機控制變?yōu)楸∪鯀^(qū)域控制，大大減少常規(guī)檢測數(shù)量，并且可以確定常規(guī)檢查不合格點的范圍。連續(xù)壓實系統(tǒng)的全過程控制，與施工同步進行，能指導現(xiàn)場施工，對欠壓段能即使進行補充碾壓。連續(xù)壓實系統(tǒng)是土木工程與電子技術(shù)、信息技術(shù)完美結(jié)合，把網(wǎng)絡傳輸、GPS與傳統(tǒng)機械制造融匯在一起，操作簡單，能實時顯示壓實信息，遠程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可供業(yè)主和相關(guān)管理部門實時查看，最大效能地發(fā)揮了各項技術(shù)的功能和效益。連續(xù)壓實系統(tǒng)確保料路基填筑壓實的整體質(zhì)量及其均勻性，避免由于填筑壓實質(zhì)量不均勻造成的路基不均勻沉降。該技術(shù)有利于縮短施工工期，提高工程安全和質(zhì)量，實現(xiàn)經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]中國鐵道科學研究院.壓實系統(tǒng)使用手冊CCC-800[Z].2016.

[2]中國鐵路總公司.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[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[3]楊維威.鐵路路基填筑中的連續(xù)壓實控制技術(shù)應用[J].路基技術(shù)，2013（2）：174.

[4]臧春波.京沈客運專線路基連續(xù)壓實控制技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2017（8）：119-122.