基于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的路基壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)

曹麗萍，周杰，李濤，陳鳳晨，董澤蛟

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱，150090；2.中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司工程勘察設(shè)計(jì)分公司，北京，100011；3.中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)有限公司北京中企卓創(chuàng)科技發(fā)展有限公司，北京，100101)

路基作為路面的基礎(chǔ)，承受著由路面?zhèn)鱽淼慕煌ê奢d并將其擴(kuò)散至地基，是公路的承重主體[1]。路基壓實(shí)是路基施工過程中的重要工序，通過施工機(jī)械的碾壓提高土體顆粒的密實(shí)程度，從而提升路基的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性[2]。在路基施工質(zhì)量評(píng)價(jià)中，壓實(shí)均勻性至關(guān)重要，因?yàn)樘钪w物理力學(xué)性能的不均勻分布會(huì)導(dǎo)致路基在服役期間產(chǎn)生不均勻沉降，輕則使上覆路面層出現(xiàn)裂縫，重則導(dǎo)致整體塌陷[3-4]。因此，路基壓實(shí)的均勻性對(duì)路面結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性有重要影響。

行業(yè)內(nèi)的學(xué)者與工程人員在路基壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)方面開展了一些的研究。王龍等[5]采用Matlab建立路基三維動(dòng)態(tài)變形模量的分布圖，以雙置信區(qū)間內(nèi)合格區(qū)域的投影面積與壓實(shí)路段總面積的比值來評(píng)價(jià)壓實(shí)程度的均勻性。徐立紅等[6]運(yùn)用類似的原理評(píng)價(jià)了花崗巖殘積土高路堤和路塹的壓實(shí)質(zhì)量均勻性。李躍軍等[7]則采用曲面擬合法對(duì)實(shí)測(cè)模量光順化處理，以降低因測(cè)量所導(dǎo)致的隨機(jī)誤差對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，并且在此基礎(chǔ)上，通過偽方差-均值綜合法進(jìn)行均勻性評(píng)價(jià)。陳春宏等[8]基于便攜式落錘彎沉儀所測(cè)模量數(shù)據(jù)的空間分布特征，提出運(yùn)用半變異函數(shù)進(jìn)行描述，并以均勻性指數(shù)UV來評(píng)價(jià)壓實(shí)程度的空間分布。但以上研究均是基于傳統(tǒng)的點(diǎn)式檢測(cè)方式，其只能反映工作區(qū)內(nèi)局部的壓實(shí)情況，并且這種事后檢測(cè)控制不可避免會(huì)占用施工時(shí)間，干擾正常的施工工序[9-11]。

在當(dāng)前交通基礎(chǔ)設(shè)施建造數(shù)字轉(zhuǎn)型與智能升級(jí)的背景下，連續(xù)壓實(shí)控制(continuous compaction control)在筑路技術(shù)中脫穎而出，該技術(shù)能夠在碾壓過程中，根據(jù)填筑體與壓實(shí)機(jī)械動(dòng)態(tài)相互作用的原理，通過連續(xù)測(cè)量壓實(shí)機(jī)械的響應(yīng)信號(hào)并進(jìn)行技術(shù)處理，建立檢測(cè)評(píng)定與反饋體系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工作區(qū)壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制[12-13]。并且連續(xù)壓實(shí)的測(cè)試指標(biāo)(如壓實(shí)計(jì)值)與常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)(如壓實(shí)度)之間具備較好的線性相關(guān)性。在這方面的研究中，閆國(guó)棟[14]分析了礫石土路基和石灰改良土路基中壓實(shí)計(jì)值與壓實(shí)度之間的相關(guān)關(guān)系，張忠強(qiáng)[15]則以低液限黏土作為研究對(duì)象，其線性相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.7以上，說明連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)能夠較好地反映路基的壓實(shí)程度。然而，利用連續(xù)壓實(shí)數(shù)據(jù)來合理評(píng)價(jià)路基壓實(shí)的均勻性，是該技術(shù)在運(yùn)用過程中亟待解決的重要問題。本文作者依托實(shí)體工程開展了基于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的路基壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)，提出以區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ以及條帶一致性統(tǒng)計(jì)量k和h分別作為局部區(qū)域與碾壓條帶壓實(shí)均勻性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且將其聯(lián)用從碾壓工作區(qū)的縱向和橫向分別進(jìn)行壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)，為連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)方面提供理論支持，促進(jìn)其在工程領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

1 連續(xù)壓實(shí)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

以四川省某機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)路基填筑工程為依托，開展本研究的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。路基填料為土石混合體，綜合土石質(zhì)量比約為4.3:5.7。土料主要為殘坡積黏性土和全風(fēng)化巖。黏性土主要為粉質(zhì)黏土和黏土，全風(fēng)化巖則已風(fēng)化成土狀，以黏土礦物為主，呈散體結(jié)構(gòu)。石料包括強(qiáng)風(fēng)化巖和中等風(fēng)化巖。強(qiáng)風(fēng)化巖為泥-砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，風(fēng)化均勻性差，遇水易軟化，失水易崩解，天然抗壓強(qiáng)度大多小于2.0 MPa。中等風(fēng)化巖主要是泥巖和砂巖，中厚-厚層構(gòu)造，局部為砂泥巖互層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，風(fēng)化均勻性較好，測(cè)得曲率系數(shù)CU為2.7，不均勻系數(shù)CC為10.1，表明其具有良好的顆粒級(jí)配。采用總質(zhì)量為26 t的振動(dòng)壓路機(jī)(型號(hào)為XS263J)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。在該振動(dòng)壓路機(jī)上，搭建了基于云GIS技術(shù)架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，其包含定位模塊、密實(shí)度模塊、顯示模塊、電源模塊、主控模塊、通訊模塊等，可實(shí)現(xiàn)壓實(shí)過程可視化以及質(zhì)量監(jiān)控實(shí)時(shí)化。

表1 振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of vibratory roller

連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)采用壓實(shí)計(jì)值(compaction meter value)，其由瑞典的Geodynamik與Dynapac公司提出，目前在全世界范圍內(nèi)被廣泛用作連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的測(cè)試指標(biāo)。該指標(biāo)基于諧波分析的思想，通過將加速度傳感器安裝在施工設(shè)備振動(dòng)輪的輪軸處，以加速度信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換后的一次諧波與基波的比值來反映路基壓實(shí)程度[16-18]，其計(jì)算公式如下：

式中：RCMV為壓實(shí)計(jì)值；A2Ω為加速度信號(hào)頻域下一次諧波對(duì)應(yīng)幅值；AΩ為加速度信號(hào)頻域下基波對(duì)應(yīng)幅值；C為常數(shù)。在振動(dòng)壓路機(jī)碾壓過程中，實(shí)時(shí)采集壓實(shí)計(jì)值并且在結(jié)束之后開展壓實(shí)度的檢測(cè)。

2 壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)方法

2.1 區(qū)域均勻性

區(qū)域均勻性是指在整個(gè)壓實(shí)工作區(qū)內(nèi)，任意區(qū)域與其相鄰區(qū)域的壓實(shí)程度差異在容許的范圍之內(nèi)。針對(duì)區(qū)域均勻性評(píng)價(jià)，本研究引入?yún)^(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ，該指標(biāo)表征了相鄰區(qū)域的壓實(shí)度差異，其計(jì)算公式如下：

式中：Ki為第i個(gè)壓實(shí)區(qū)域的壓實(shí)度，%；Kj為第i個(gè)壓實(shí)區(qū)域的相鄰區(qū)域壓實(shí)度，%。通過路基路面結(jié)構(gòu)的有限元建模，分析不同壓實(shí)度對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)的影響，并結(jié)合工程驗(yàn)收實(shí)際確定區(qū)域均勻性判定臨界值δcrit，以其作為區(qū)域均勻性的判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 條帶均勻性

條帶均勻性是指在平行和垂直于壓路機(jī)行進(jìn)的方向上，任意條帶與其他條帶的壓實(shí)程度差異在容許的范圍之內(nèi)。為對(duì)沿碾壓軌跡方向上的壓實(shí)均勻性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，本研究引入縱向條帶一致性統(tǒng)計(jì)量k，對(duì)每條碾壓軌跡條帶分別分析壓實(shí)度數(shù)據(jù)的均勻性，其計(jì)算公式如下：

式中：S為縱向條帶內(nèi)壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差，S=Xi為第i個(gè)點(diǎn)的壓實(shí)度；為縱向條帶內(nèi)的壓實(shí)度平均值；n為檢測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)；Sr為縱向條帶內(nèi)數(shù)據(jù)重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差，Sr=p為縱向條帶數(shù)。

縱向條帶一致性檢驗(yàn)臨界值kcrit的計(jì)算公式如下：

式中：F為F分布值。統(tǒng)計(jì)量k是把單條縱向條帶內(nèi)的數(shù)據(jù)重復(fù)性偏差與所有縱向條帶的平均重復(fù)性偏差進(jìn)行比較，來確定是否存在壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果離散性偏大的條帶。

本研究把垂直于碾壓軌跡方向定義為施工區(qū)域橫向，為對(duì)該方向壓實(shí)的均勻性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，本研究引入橫向條帶一致性統(tǒng)計(jì)量h，對(duì)垂直于碾壓軌跡方向的每條帶分別分析壓實(shí)度數(shù)據(jù)的均勻性，其計(jì)算公式如下：

式中：d為橫向條帶偏差，為橫向條帶內(nèi)壓實(shí)度平均值；q為橫向條帶數(shù)；SR為橫向條帶內(nèi)數(shù)據(jù)重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差，SR=

橫向條帶一致性檢驗(yàn)臨界值hcrit的計(jì)算公式如下：

式中：t為t分布值。統(tǒng)計(jì)量h是求得單條橫向條帶內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值與所有橫向條帶數(shù)據(jù)平均值的差值，再與橫向條帶間標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行比較，從而判斷是否存在壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果平均值偏離總平均值較大的條帶。

3 壓實(shí)計(jì)值與壓實(shí)度的相關(guān)性分析

連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)壓實(shí)計(jì)值是反映路基壓實(shí)程度的相對(duì)指標(biāo)，因此需要建立其與壓實(shí)度的線性關(guān)系，然后換算成相應(yīng)的壓實(shí)度，從而獲取路基真實(shí)的壓實(shí)程度[19]。在本研究的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的情況，確定工作區(qū)中檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)及原位測(cè)試的結(jié)果，然后通過數(shù)字化信息監(jiān)控系統(tǒng)選擇相應(yīng)的工作區(qū)并獲取相應(yīng)點(diǎn)位采集的壓實(shí)計(jì)值，最后將二者以坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方式組成二維數(shù)組。圖1所示為壓實(shí)計(jì)值與壓實(shí)度的關(guān)系。

圖1 壓實(shí)計(jì)值與壓實(shí)度的關(guān)系Fig.1 Relationship between compaction meter value and compactness

從圖1可知：壓實(shí)度隨著壓實(shí)計(jì)值(RCMV)增大而增大，通過最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合后，得到擬合關(guān)系式為K=0.073RCMV+92.473，相關(guān)系數(shù)r=0.71，數(shù)據(jù)組數(shù)n=67，說明壓實(shí)計(jì)值與壓實(shí)度之間具備一定的正線性相關(guān)關(guān)系。在目前國(guó)外的技術(shù)規(guī)程當(dāng)中，除瑞典標(biāo)準(zhǔn)要求相關(guān)系數(shù)r不低于0.6之外，其他國(guó)家普遍要求不低于0.7[20]。在我國(guó)JT/T 1127—2017“公路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)技術(shù)條件”[21]中，要求在連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)與常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)r≥0.7且n≥18的情況下，可進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值轉(zhuǎn)換。因此本研究中的相關(guān)性分析結(jié)果滿足技術(shù)要求，可以運(yùn)用回歸方程將壓實(shí)計(jì)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度，用于壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)。

4 區(qū)域均勻性判定臨界值δcrit的確定

4.1 模型構(gòu)建

4.1.1 材料參數(shù)

為研究路基壓實(shí)不均勻?qū)β坊访娼Y(jié)構(gòu)的影響，本研究采用Abaqus 軟件構(gòu)建路基路面模型作為研究對(duì)象，路面結(jié)構(gòu)選擇典型的半剛性基層瀝青路面，并根據(jù)國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范[22-23]確定各結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)參數(shù)，其具體的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表2 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 2 Pavement structural parameters

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，在此施工區(qū)域內(nèi)的壓實(shí)度最低值為93%，最高值為99%。根據(jù)壓實(shí)度與路基模量的擬合關(guān)系式(7)，對(duì)壓實(shí)度處于93%～99%之間對(duì)應(yīng)的模量進(jìn)行求解以作為路基模量輸入值，對(duì)應(yīng)結(jié)果如表3所示。

表3 路基壓實(shí)度與模量的對(duì)應(yīng)結(jié)果Table 3 Modulus values corresponding to different compactness

式中：E為路基模量，MPa；K為路基壓實(shí)度，%。

4.1.2 邊界及層間接觸條件

在本研究中，邊界條件U1，U2和U3分別為X，Y和Z方向位移；UR1，UR2和UR3分別為3 個(gè)方向轉(zhuǎn)角。地基底面：完全固定邊界條件U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0；地基縱截面：對(duì)稱邊界條件U1=UR2=UR3=0；地基、路基及路面橫截面：對(duì)稱邊界條件U3=UR1=UR2=0。在各結(jié)構(gòu)層之間，采用層間連續(xù)處理。

4.1.3 荷載簡(jiǎn)化

在有限元分析中，為避免網(wǎng)格劃分出現(xiàn)奇異，一般根據(jù)靜力等效原則將規(guī)范中雙圓垂直均布荷載轉(zhuǎn)化為矩形荷載。本研究通過式(8)～(10)進(jìn)行荷載尺寸轉(zhuǎn)換[24]，計(jì)算得到矩形荷載的長(zhǎng)為0.24 m，寬為0.16 m。

式中：A為圓形均布荷載的面積，m2；a為矩形荷載的長(zhǎng)度，m；b為矩形荷載的寬度，m；L為中間量。

4.1.4 模型尺寸

選擇長(zhǎng)方體地基作為無限半空間體，其長(zhǎng)×寬×高為16 m×12 m×4 m，路基下部寬度為6 m，高度為1.5 m，斜坡坡度為1.5:1.0。矩形荷載施加在路基路面結(jié)構(gòu)模型的中心位置處，最終確定網(wǎng)格劃分后的模型如圖2所示。

圖2 路基路面結(jié)構(gòu)有限元模型Fig.2 Finite element model of subgrade and pavement structure

4.2 結(jié)果分析

將不同壓實(shí)度對(duì)應(yīng)的模量輸入到模型中，分別得到沿道路行駛方向不同壓實(shí)度下的結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)變化，結(jié)果如圖3所示，并提取圖3中極值點(diǎn)處的數(shù)據(jù)，結(jié)果如表4所示。

圖3 不同壓實(shí)度下結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)的變化Fig.3 Variation of structure mechanics indicators under different compactness

由表4可以看出：隨著路基壓實(shí)度的提升，路表彎沉、瀝青混合料層層底拉應(yīng)變以及路基頂面壓應(yīng)變均逐漸減小，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力則逐漸增大。其中，壓實(shí)度每增加1%，路基頂面壓應(yīng)變變化率為3.9%，路表彎沉變化率為2.7%，瀝青混合料層層底拉應(yīng)變變化率為2.3%，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力變化率為0.6%，說明路基壓實(shí)程度不均勻?qū)β坊斆鎵簯?yīng)變?cè)斐傻挠绊懽畲?。因此，下面選擇路基頂面壓應(yīng)變變化率，并結(jié)合工程驗(yàn)收實(shí)際分析確定區(qū)域均勻性判定臨界值δcrit。首先，若控制相鄰區(qū)域的壓實(shí)度差異為1%，即超過1%壓實(shí)度則認(rèn)為路基壓實(shí)不均勻，此時(shí)壓實(shí)度每變化1%，路基頂面壓應(yīng)變變化率僅為3.9%，并且劃分區(qū)間過細(xì)對(duì)于工程施工驗(yàn)收無指導(dǎo)意義。當(dāng)壓實(shí)度差異為2%時(shí)，路基頂面壓應(yīng)變變化率達(dá)到7.8%，可以看出壓實(shí)不均勻已對(duì)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)產(chǎn)生了較大的影響。但當(dāng)壓實(shí)度差異為3%時(shí)，整個(gè)施工區(qū)域壓實(shí)度分布區(qū)間過大，細(xì)部壓實(shí)不均勻處易被忽略，已經(jīng)難以反映施工區(qū)域內(nèi)的壓實(shí)不均勻性。因此，綜合比較與分析，確定以2%作為區(qū)域均勻性判定臨界值δcrit。

表4 不同壓實(shí)度下結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)極值Table 4 Extremum value of structure mechanics indicators under different compactness

5 壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)施工區(qū)域的壓實(shí)均勻性，首先將施工區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過網(wǎng)格劃分區(qū)分不同碾壓條帶，將施工區(qū)域分為縱向和橫向進(jìn)行均勻性評(píng)價(jià)，網(wǎng)格劃分如圖4所示。通過北斗定位系統(tǒng)測(cè)得區(qū)域左下角坐標(biāo)為(8 550，3 260)，方格編號(hào)為1，右上角坐標(biāo)為(8 650，3 300)，方格編號(hào)為500。沿壓路機(jī)行駛軌跡為縱向條帶，共20 條；垂直于壓路機(jī)行駛軌跡為橫向條帶，共25 條。所以，將整個(gè)施工區(qū)域劃分成500個(gè)子區(qū)域。在壓實(shí)施工過程中，搭載于振動(dòng)壓路機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集壓實(shí)計(jì)值這些數(shù)據(jù)通過已建立的關(guān)系方程轉(zhuǎn)換為壓實(shí)度，然后根據(jù)網(wǎng)格劃分后的區(qū)域分布，取網(wǎng)格內(nèi)采集點(diǎn)的壓實(shí)度平均值代表該子區(qū)域的壓實(shí)程度。

圖4 施工區(qū)域網(wǎng)格劃分Fig.4 Grid partition of construction area

5.1 縱向條帶評(píng)價(jià)

首先進(jìn)行區(qū)域均勻性評(píng)價(jià)。將縱向碾壓條帶按每5條分為1個(gè)組，繪制不同組內(nèi)縱向條帶區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ的計(jì)算結(jié)果，如圖5所示。

圖5 各縱向條帶內(nèi)的區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δFig.5 Regional uniformity control index δ of longitudinal strips

從圖5可以看出：在縱向條帶1，2，3，4，5，10和13中，均存在區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ超出2%的數(shù)據(jù)，說明在這些縱向條帶中部分區(qū)域存在壓實(shí)不均勻現(xiàn)象。其中，條帶2 中存在δ超過4%的數(shù)據(jù)，表明該區(qū)域壓實(shí)不均勻性較突出。此外，條帶3 中有3 個(gè)區(qū)域的δ大于臨界值，表明該條帶出現(xiàn)壓實(shí)不均勻情況的頻率較高，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。為較為準(zhǔn)確定位壓實(shí)不均勻區(qū)域，可根據(jù)北斗定位系統(tǒng)下的坐標(biāo)點(diǎn)位置，對(duì)應(yīng)找到相應(yīng)的區(qū)域編號(hào)，表5展示了部分壓實(shí)不均勻區(qū)域的位置信息。

表5 縱向條帶中部分壓實(shí)不均勻區(qū)域的位置信息Table 5 Position information of some regions with nonuniform compaction in longitudinal strips

接下來進(jìn)行條帶均勻性評(píng)價(jià)。首先計(jì)算各縱向條帶的一致性統(tǒng)計(jì)量k，然后在95%置信水平下，查閱F分布表，并計(jì)算得到縱向條帶一致性檢驗(yàn)臨界值kcrit為1.25，結(jié)果如表6所示。

從表6結(jié)果可知：第1，2，3，4，7，9，14和17 條縱向條帶的k大于臨界值kcrit，說明這些條帶內(nèi)的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差與所有縱向條帶的檢測(cè)數(shù)據(jù)平均標(biāo)準(zhǔn)差有較大差別，所以存在壓實(shí)不均勻現(xiàn)象。其中，條帶2和條帶3的k分別為1.75和1.60，表明這2個(gè)條帶的壓實(shí)度離散性較大，從而不均勻現(xiàn)象較突出。此外，第5條縱向條帶的k接近于臨界值kcrit，說明該條帶內(nèi)可能會(huì)存在壓實(shí)不均勻性的情況。

表6 縱向條帶一致性統(tǒng)計(jì)量k計(jì)算結(jié)果Table 6 Calculation of longitudinal strip consistency statistic k

5.2 橫向條帶評(píng)價(jià)

首先進(jìn)行區(qū)域均勻性評(píng)價(jià)。按每5條橫向條帶為1 組計(jì)算得到區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ。計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖6 各橫向條帶內(nèi)的區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δFig.6 Regional uniformity control index δ of transverse strips

從橫向條帶δ分布圖可以看出：橫向條帶2，3，12，13，14，15，18，19，22和25中出現(xiàn)了區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ超過2%的情況，說明在此條帶內(nèi)存在壓實(shí)不均勻區(qū)域。其中，條帶22中含有δ超過4%的數(shù)據(jù)，說明該區(qū)域存在較為突出的壓實(shí)不均勻現(xiàn)象。此外，條帶13 和條帶19 分別存在4個(gè)和3 個(gè)區(qū)域的δ大于臨界值，表明這2 個(gè)條帶出現(xiàn)壓實(shí)不均勻情況的頻率較高，應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注。根據(jù)北斗定位系統(tǒng)下的坐標(biāo)點(diǎn)位置，可以對(duì)應(yīng)找到相應(yīng)的區(qū)域編號(hào)，部分壓實(shí)不均勻區(qū)域的位置信息如表7所示。

表7 橫向條帶中部分壓實(shí)不均勻區(qū)域的位置信息Table 7 Position information of some regions with nonuniform compaction in transverse strips

下面進(jìn)行條帶均勻性評(píng)價(jià)。首先計(jì)算得到各橫向條帶的一致性統(tǒng)計(jì)量h，然后在95%置信水平下，查閱t分布表，并計(jì)算得到橫向條帶一致性檢驗(yàn)臨界值hcrit為1.49，結(jié)果如表8所示。

從表8可以看出：橫向條帶10，20 和21 的一致性統(tǒng)計(jì)量h大于臨界值hcrit，說明與所有橫向條帶的檢測(cè)數(shù)據(jù)相比，這些條帶內(nèi)的壓實(shí)度均值偏大，即存在壓實(shí)不均勻的情況。其中，條帶20的h達(dá)到了1.85，表明該條帶的整體壓實(shí)程度與其他條帶有較大差別，從而不均勻情況較突出。此外，第9，19 和23 條橫向條帶的h與臨界值hcrit較為接近，說明該條帶內(nèi)可能會(huì)存在壓實(shí)不均勻現(xiàn)象。

表8 橫向條帶一致性統(tǒng)計(jì)量h計(jì)算結(jié)果Table 8 Calculation of transverse strip consistency statistic h

6 結(jié)論

1)路基連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)壓實(shí)計(jì)值與常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)壓實(shí)度之間具有正線性相關(guān)關(guān)系，擬合結(jié)果滿足我國(guó)現(xiàn)行“公路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)技術(shù)條件”以及國(guó)外相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，可進(jìn)行指標(biāo)值轉(zhuǎn)換，用于路基壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)。

2)隨著路基壓實(shí)度的提升，路表彎沉、瀝青混合料層層拉應(yīng)變和路基頂面壓應(yīng)變均逐漸減小，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力則逐漸增大，且路基壓實(shí)程度差異對(duì)路基頂面壓應(yīng)變的影響最大。結(jié)合路基頂面壓應(yīng)變變化率以及工程驗(yàn)收實(shí)際情況提出以2%作為壓實(shí)度差異的容許值。

3)為有效評(píng)價(jià)路基壓實(shí)的均勻性，提出采用區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ以及條帶一致性統(tǒng)計(jì)量k和h，從壓實(shí)工作區(qū)的縱向和橫向進(jìn)行不均勻性區(qū)域與條帶的判斷和定位，為現(xiàn)場(chǎng)抽檢點(diǎn)位的選擇和壓實(shí)薄弱區(qū)域的施工方案制定提供指導(dǎo)。