連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在鐵路路基填筑工程應(yīng)用探究

摘要：連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)具有壓實(shí)效果好、應(yīng)用范圍廣、成本低、實(shí)施便捷等諸多優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在鐵路路基填筑施工中，可有效提升路基的壓實(shí)質(zhì)量，獲得較理想的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。以鐵路路基工程實(shí)際為基礎(chǔ)，在系統(tǒng)分析連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)展開(kāi)分析，并系統(tǒng)探究了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在鐵路路基填筑工程的實(shí)際應(yīng)用，可為相關(guān)工程實(shí)施提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路路基;填筑施工;連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù);技術(shù)應(yīng)用

0" "引言

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)是將信息技術(shù)、電子技術(shù)與土工工程專業(yè)的科學(xué)結(jié)合，將GPS定位、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域，利用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)對(duì)鐵路路基填筑施工實(shí)施質(zhì)量監(jiān)測(cè)[1]。其檢測(cè)控制配合路基常規(guī)檢測(cè)方法協(xié)同使用，實(shí)施過(guò)程便捷，壓實(shí)信息直觀呈現(xiàn)，可為相關(guān)施工管理部門(mén)提供遠(yuǎn)程管控依據(jù)，完成對(duì)路基施工質(zhì)量實(shí)施過(guò)程控制，能有效提升路基填筑工程的穩(wěn)定性與強(qiáng)度，降低路基沉降等不合格參數(shù)的發(fā)生率。

1" "連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)概述

1.1" "連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

連續(xù)壓實(shí)機(jī)械主要由精準(zhǔn)定位系統(tǒng)（GPS或北斗）、振動(dòng)傳感元件、位移傳感元件、數(shù)據(jù)計(jì)算器、壓實(shí)顯示終端等構(gòu)成[2]。連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)智能機(jī)械組成如圖1所示。

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要借助連續(xù)壓實(shí)機(jī)械與路基間力的作用原理。設(shè)備實(shí)施壓實(shí)作業(yè)時(shí)，利用加裝在振動(dòng)輪部件的振動(dòng)傳感元件，檢測(cè)路基表面與振動(dòng)輪接觸過(guò)程的豎直振動(dòng)參數(shù)。該參數(shù)持續(xù)傳輸?shù)綁簩?shí)操作室的控制軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)利用振動(dòng)輪的振動(dòng)變化感應(yīng)消息完成參數(shù)辨析，以實(shí)現(xiàn)路基碾壓施工的動(dòng)態(tài)連續(xù)控制[3]，圖2為連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)工作原理。

應(yīng)用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)，可針對(duì)路基壓實(shí)狀態(tài)的測(cè)評(píng)進(jìn)行量化定義。用壓實(shí)計(jì)值表示路基連續(xù)壓實(shí)情況的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量，即CMV。CMV主要包括平均CMV值與目標(biāo)CMV值兩方面評(píng)測(cè)。

1.2" "連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.2.1" "實(shí)施便捷且可視化程度高

連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)便于操作，常規(guī)壓路操作人員經(jīng)過(guò)適當(dāng)培訓(xùn)即可熟練掌握系統(tǒng)操作。借助操作室內(nèi)系統(tǒng)顯示終端，能夠直觀顯示壓實(shí)度參數(shù)、壓實(shí)次數(shù)、壓路設(shè)備行駛軌跡和行進(jìn)速率，實(shí)時(shí)顯示碾壓薄弱區(qū)域，并提醒操作人員進(jìn)行及時(shí)加強(qiáng)壓實(shí)質(zhì)量，尤其在夜間操作時(shí)，可為操作人員提供可靠、便捷操作依據(jù)。同時(shí)，其能夠快速記錄、匯總壓實(shí)度參數(shù)數(shù)據(jù)和壓實(shí)次數(shù)數(shù)據(jù)等全過(guò)程報(bào)表，便于施工人員對(duì)路基填筑質(zhì)量進(jìn)行控制和后續(xù)分析、管理。

1.2.2" "質(zhì)量管控嚴(yán)格且應(yīng)用范圍廣

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)可應(yīng)用于多數(shù)土方分層填筑工程的壓實(shí)質(zhì)量控制，可對(duì)路基碾壓過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)壓實(shí)度監(jiān)測(cè)，便于及時(shí)排查填筑質(zhì)量薄弱區(qū)域坐標(biāo)、范圍及漏振部位。采取應(yīng)對(duì)措施壓實(shí)，可大幅度降低返工率，科學(xué)管控路基填筑質(zhì)量[4]。尤其針對(duì)細(xì)粒土及級(jí)配較好的路基填料質(zhì)量控制效果明顯。當(dāng)實(shí)際監(jiān)測(cè)的CMV數(shù)值超出目標(biāo)CMV值時(shí)，應(yīng)對(duì)此區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)排查，進(jìn)行壓實(shí)改良，以避免發(fā)生過(guò)振現(xiàn)象。

1.2.3" "定位準(zhǔn)確

連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與定位基站數(shù)據(jù)互連，高程參數(shù)采集、分析和處理，并實(shí)時(shí)將壓實(shí)厚度和壓實(shí)定位坐標(biāo)傳輸至操作室的顯示終端，可對(duì)鐵路路基壓實(shí)填筑厚度進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

2" "連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的實(shí)施要點(diǎn)

2.1" "骨料填裝試驗(yàn)及實(shí)施要點(diǎn)

2.1.1" "骨料填裝性能檢驗(yàn)

在鐵路路基填筑壓實(shí)施工準(zhǔn)備階段，應(yīng)對(duì)施工骨料取樣檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)、篩分試驗(yàn)等操作，制定最優(yōu)的骨料填裝類別、最大干密度、最優(yōu)含水率、不均衡系數(shù)等方案設(shè)計(jì)[5]。測(cè)試檢驗(yàn)結(jié)果符合施工設(shè)計(jì)要求并經(jīng)過(guò)審批后，即可根據(jù)設(shè)計(jì)配比骨料實(shí)施填筑工序。鐵路路基填筑施工過(guò)程中應(yīng)定期復(fù)測(cè)骨料，鐵路路基每完成5000m3基床填筑，或常規(guī)鐵路路堤每完成10000m3填筑，均應(yīng)進(jìn)行骨料復(fù)檢操作。如果檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在誤差，應(yīng)做及時(shí)調(diào)整。

2.1.2" "控制骨料粒徑

骨料粒徑控制是保證連續(xù)壓實(shí)順利施工的前提，為此應(yīng)控制連續(xù)壓實(shí)骨料粒徑，使其滿足鐵路路基不同填筑位置的施工設(shè)計(jì)級(jí)配要求，避免使用超出級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)的大粒徑骨料。應(yīng)由專人處理攤鋪過(guò)程的骨料窩，以免影響后續(xù)的連續(xù)壓實(shí)效果。

2.1.3" "控制骨料含水率

鐵路路基實(shí)施連續(xù)壓實(shí)操作時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)控制骨料含水率參數(shù)，并根據(jù)骨料含水率的定期檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行骨料的晾曬、噴水調(diào)整操作。

2.2" "科學(xué)選取目標(biāo)CMV數(shù)值

目標(biāo)CMV數(shù)值是鐵路路基填筑連續(xù)壓實(shí)施工效果的重要參數(shù)指標(biāo)，其應(yīng)通過(guò)一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)、CMV值比對(duì)得出，驗(yàn)證符合工程實(shí)際需求后最終確定，以使目標(biāo)CMV數(shù)值最大限度的貼近實(shí)際值。受諸如連續(xù)壓路機(jī)種類、骨料類別等不同因素的影響，所采集的平均CMV數(shù)值也存在差異，所以一旦發(fā)生填筑骨料變更或連續(xù)壓實(shí)機(jī)械變更時(shí)，目標(biāo)CMV數(shù)值也應(yīng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)調(diào)整。

2.3" "以工程實(shí)際合理設(shè)置工藝參數(shù)

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)參數(shù)主要包含壓實(shí)度厚度、壓實(shí)次數(shù)、壓路設(shè)備行駛軌跡和設(shè)備行進(jìn)速率等。填筑壓實(shí)厚度平均值，是利用連續(xù)壓實(shí)機(jī)械設(shè)備定位系統(tǒng)收集的各監(jiān)控點(diǎn)不同填層高程，極端得出的差值。因此如果沒(méi)實(shí)施原地面壓實(shí)，即不可從首層數(shù)據(jù)收集中得出壓實(shí)度厚度參數(shù)數(shù)值。

壓實(shí)次數(shù)同樣從定位系統(tǒng)中獲取。壓實(shí)機(jī)械在實(shí)施壓實(shí)時(shí)，自動(dòng)累加計(jì)算得到壓實(shí)次數(shù)參數(shù)，系統(tǒng)依據(jù)相應(yīng)位置的通過(guò)次數(shù)測(cè)算平均值。實(shí)際平均次數(shù)是作業(yè)區(qū)域次數(shù)的平均值。

區(qū)別于普通的壓實(shí)施工，應(yīng)用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)中壓路機(jī)的往復(fù)行駛，統(tǒng)計(jì)為2次壓實(shí)次數(shù)，即壓路機(jī)經(jīng)過(guò)同一坐標(biāo)點(diǎn)就完成1次次數(shù)累加。施工人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)完成設(shè)備壓實(shí)行進(jìn)速率。鐵路路基施工規(guī)范規(guī)定，碾壓速度通常應(yīng)低于4km/h，工藝性檢測(cè)通常選取3～4km/h范圍。

2.4" "收集整理數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析

為準(zhǔn)確收集鐵路路基填筑壓實(shí)質(zhì)量參數(shù)，掌握實(shí)施效果，提升連續(xù)壓實(shí)設(shè)備使用效率，應(yīng)合理收集整理數(shù)據(jù)，并完成統(tǒng)計(jì)分析，形成包括壓實(shí)度厚度、壓實(shí)次數(shù)、CMV目標(biāo)值、CMV平均值、CMV壓實(shí)值等參數(shù)的壓實(shí)質(zhì)量分析報(bào)告。報(bào)告中的CMV壓實(shí)值主要反映了連續(xù)壓實(shí)實(shí)施狀況指標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與報(bào)告分析，可得出壓實(shí)薄弱位置的定位。

3" "連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的工程應(yīng)用

3.1" "鐵路路基填筑連續(xù)壓實(shí)施工準(zhǔn)備

完成施工所需的連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)系統(tǒng)、壓路機(jī)、平地機(jī)、K30平板荷載儀、動(dòng)態(tài)模量測(cè)試儀等機(jī)械設(shè)備及用具準(zhǔn)備，并經(jīng)校驗(yàn)調(diào)試，確保其合格。利用平地機(jī)完成路基的攤平操作，并將路基試驗(yàn)區(qū)域的起止點(diǎn)用白灰等標(biāo)記物完成標(biāo)識(shí)。

為保證壓路機(jī)能以連續(xù)壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入鐵路路基試驗(yàn)區(qū)，應(yīng)在標(biāo)識(shí)劃線時(shí)兩側(cè)擴(kuò)展10m的壓路機(jī)活動(dòng)起止區(qū)域，并以10m間隔為基準(zhǔn)，在壓路機(jī)行進(jìn)路線上標(biāo)記橫道線，為后續(xù)的定位取點(diǎn)做準(zhǔn)備。

3.2" "連續(xù)壓實(shí)設(shè)備安裝

根據(jù)鐵路路基填筑工程實(shí)際需要，在壓路機(jī)振動(dòng)輪輪軸處加裝符合設(shè)計(jì)需求的加速傳感元件，并保證傳感元件與壓路機(jī)輪軸方向、路基表面方向垂直。安裝后進(jìn)行緊固處理和檢查，安裝人員利用螺母先將傳感元件與鐵板緊固，緊固后再利用焊接實(shí)現(xiàn)機(jī)架與鋼板的二次固定，確保安裝的牢固性，以免壓實(shí)振動(dòng)導(dǎo)致傳感元件松動(dòng)。再采用相同的方式在壓路機(jī)車輪處加裝行進(jìn)定位系統(tǒng)。最后完成處理器與傳感器的數(shù)據(jù)互連。處理器位于操作室內(nèi)，將數(shù)據(jù)線用綁帶固定于壓路機(jī)機(jī)身管道，實(shí)現(xiàn)處理器與操作室顯示終端的互連。這樣操作人員便可直觀觀測(cè)壓實(shí)施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，完成現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)質(zhì)量觀測(cè)與控制。

3.3" "根據(jù)區(qū)域劃分壓實(shí)狀態(tài)

根據(jù)鐵路路基填筑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程需要及相關(guān)性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)相關(guān)的壓實(shí)度參數(shù)，根據(jù)不同區(qū)域按重度、中度、輕度等不同等級(jí)完成劃分，為相關(guān)性試驗(yàn)做準(zhǔn)備。

3.4" "建立連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)應(yīng)用相關(guān)性

根據(jù)路基填筑工程實(shí)際試驗(yàn)區(qū)域的常規(guī)測(cè)試和連續(xù)壓實(shí)相關(guān)性試驗(yàn)完成驗(yàn)證，將路基壓實(shí)系數(shù)K、路基系統(tǒng)K30分別比對(duì)驗(yàn)證VCV的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中路基壓實(shí)系數(shù)K、路基系統(tǒng)K30與常規(guī)骨料填筑之間有對(duì)應(yīng)的相關(guān)性，其相關(guān)性成立的基礎(chǔ)條件是相關(guān)系數(shù)不低于0.7。

以300m的鐵路路基測(cè)試區(qū)域?yàn)槔瓿汕捌诘穆坊鶖偲戒佋O(shè)及試驗(yàn)區(qū)域標(biāo)線等準(zhǔn)備后實(shí)施路基壓實(shí)操作工序，依據(jù)常規(guī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析得出壓路機(jī)的壓實(shí)次數(shù)，并設(shè)置專業(yè)連續(xù)壓實(shí)指揮人員進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)指揮?？刂茐郝窓C(jī)的行進(jìn)路線按設(shè)計(jì)要求行駛，且控制相鄰壓實(shí)軌跡重疊區(qū)域低于10cm。

壓路機(jī)實(shí)施1次弱振碾壓及1次靜壓碾壓，使路基試驗(yàn)區(qū)域達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的初始密度狀態(tài)。然后參考連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)振動(dòng)曲線選定一平緩曲線區(qū)段，將區(qū)段進(jìn)行6點(diǎn)位區(qū)域劃分，選取中心區(qū)域完成K30檢測(cè)。應(yīng)保證每區(qū)域至少進(jìn)行一次K30檢測(cè)，試驗(yàn)全過(guò)程嚴(yán)格遵循施工方案設(shè)計(jì)和操作規(guī)程，尤其針對(duì)K30檢測(cè)，應(yīng)待上一級(jí)加載狀態(tài)平穩(wěn)后，才開(kāi)啟下一級(jí)加載操作。

操作人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)域劃分，選定6個(gè)測(cè)試點(diǎn)位進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)檢驗(yàn)，并詳細(xì)記錄6點(diǎn)位區(qū)域壓實(shí)振動(dòng)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及路基壓實(shí)系數(shù)K數(shù)據(jù)、路基系統(tǒng)K30數(shù)據(jù)。連續(xù)壓實(shí)施工中，經(jīng)過(guò)2～3次的強(qiáng)振操作實(shí)現(xiàn)中度密實(shí)狀態(tài)，5～6次強(qiáng)振操作實(shí)現(xiàn)重度密實(shí)狀態(tài)。選定6點(diǎn)位進(jìn)行K30檢測(cè)，并選定另外的6點(diǎn)位進(jìn)行壓實(shí)系統(tǒng)K30檢測(cè)，并全程記錄。

為了清晰比對(duì)各種壓實(shí)次數(shù)情況下路基振動(dòng)壓實(shí)曲線的數(shù)據(jù)變化，在對(duì)重度、中度、輕度級(jí)別連續(xù)壓實(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)基礎(chǔ)上，應(yīng)隨機(jī)抽取測(cè)試點(diǎn)位進(jìn)行反復(fù)壓實(shí)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，并保證任何檢測(cè)過(guò)程均在壓路機(jī)前進(jìn)行駛狀態(tài)下完成。

3.5" "鐵路路基填筑連續(xù)壓實(shí)施工過(guò)程控制

鐵路路基填筑連續(xù)壓實(shí)施工要求壓實(shí)控制與連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)同時(shí)完成，所以操作人員應(yīng)根據(jù)振動(dòng)壓實(shí)操作中呈現(xiàn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合路基均勻程度、壓實(shí)狀態(tài)、穩(wěn)定性能的判斷及控制標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)路基填筑工程進(jìn)行整體全程評(píng)估和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。保證相關(guān)性的成立條件成立，即動(dòng)態(tài)連續(xù)壓實(shí)檢監(jiān)測(cè)與常規(guī)壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)測(cè)的相關(guān)系數(shù)不低于0.7，以滿足后續(xù)的路基壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)測(cè)條件。

針對(duì)待驗(yàn)收的鐵路路基進(jìn)行長(zhǎng)度區(qū)域劃分，如以200m為一檢測(cè)驗(yàn)收單位，少于200m則進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)驗(yàn)收。將每平方米路基劃為一個(gè)連續(xù)的壓實(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)單元，綜合分析碾壓操作的均勻程度、通過(guò)率、穩(wěn)定性能等，待其均滿足設(shè)計(jì)需求和施工標(biāo)準(zhǔn)后，才可最終確定壓實(shí)工藝滿足施工要求。對(duì)未滿足要求的區(qū)域進(jìn)行碾壓處理，并進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)控制，如此往復(fù)，直至此區(qū)域滿足連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

4" "結(jié)語(yǔ)

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)融合了定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，應(yīng)用到鐵路路基填筑施工的實(shí)際質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制中效果明顯。連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)直觀，減少了人為因素干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路路基施工壓實(shí)質(zhì)量的全過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)時(shí)排查質(zhì)量不達(dá)標(biāo)路基區(qū)域，為提高鐵路路基填筑工程的壓實(shí)強(qiáng)度及綜合穩(wěn)定性，降低路基沉降等病害的發(fā)生提供了強(qiáng)有力技術(shù)支撐。

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