連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)在填方工程中的應(yīng)用

袁志軍

（浙江華東工程建設(shè)管理有限公司，杭州 310012）

1 路基連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)用了多種現(xiàn)代化技術(shù)，例如，GNSS高精度定位技術(shù)、微電子技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等，在路基施工中，該系統(tǒng)可以采集到行駛軌跡、方向、速度、壓實(shí)度、碾壓遍數(shù)、填筑層數(shù)（厚度）等多種施工指標(biāo)，并對(duì)所采集的指標(biāo)進(jìn)行分析與反饋，實(shí)現(xiàn)連續(xù)壓實(shí)控制[1]。

1.1 系統(tǒng)原理

連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)系統(tǒng)主要由基站、北斗衛(wèi)星、傳感器和計(jì)算機(jī)端構(gòu)成。北斗衛(wèi)星可以接收項(xiàng)目區(qū)域基站所發(fā)射差分信號(hào)對(duì)壓路機(jī)進(jìn)行精確定位，而壓路機(jī)上所安裝的多種傳感器可以配合檢測(cè)出施工時(shí)壓路機(jī)的進(jìn)行軌跡以及碾壓遍數(shù)等信息，并將數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至車載計(jì)算機(jī)中，操作司機(jī)可以根據(jù)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工。這些數(shù)據(jù)還將通過(guò)GNSS無(wú)線通信的方式傳到服務(wù)器，使得管理人員能夠24 h遠(yuǎn)程查看施工信息，監(jiān)督作業(yè)。圖1為連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)。

圖1 連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)

1.2 路基連續(xù)壓實(shí)控制的優(yōu)勢(shì)

1）利用覆蓋整個(gè)填層的全面檢測(cè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)抽樣檢測(cè)，不僅能更加精確地監(jiān)測(cè)到當(dāng)前的壓實(shí)狀態(tài)，還能直觀地顯示在車載平板中。

2）將事后隨機(jī)控制的方法改進(jìn)為連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)關(guān)鍵區(qū)域的控制方法，這樣不僅可以大大降低檢測(cè)數(shù)量，更可以找出在傳統(tǒng)檢測(cè)中不合格的點(diǎn)所處位置，并對(duì)此位置額外加強(qiáng)處理，減少返工面。

3）利于施工數(shù)據(jù)的存檔，可以快速生成分析報(bào)告。

4）實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的全過(guò)程監(jiān)控：實(shí)時(shí)軌跡、壓實(shí)層數(shù)與遍數(shù)、壓實(shí)度、厘米級(jí)定位等數(shù)字化信息將同步至車載計(jì)算機(jī)中，施工人員可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)來(lái)輔助施工，對(duì)項(xiàng)目路基壓實(shí)質(zhì)量的均勻性有很大提升，還能排除相鄰工作面的干擾，提高工程的質(zhì)量。

5）利用智能化、信息化的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)當(dāng)前填筑層的壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利于駕駛員進(jìn)行相應(yīng)的操作[2]。

2 工程概況

本文以廣州從化某工業(yè)園區(qū)基層工程為實(shí)例，該園區(qū)占地面積約40 km2，其中約30 km2需要進(jìn)行基層填筑。為了提高基層填筑的施工質(zhì)量與效率，并滿足工程設(shè)計(jì)文件的時(shí)間與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工程區(qū)域的實(shí)際情況，確定采用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)對(duì)本段基層進(jìn)行施工。

3 連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)工藝

3.1 設(shè)備安裝檢查

本次工程所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由硬件、軟件兩部分組成。硬件的重要組成部分是一系列加載和檢測(cè)設(shè)備及連接裝置，配套安裝后需要符合工程建設(shè)的性能要求和安裝規(guī)范，壓實(shí)信息管理系統(tǒng)則為軟件系統(tǒng)的主要構(gòu)成，對(duì)壓實(shí)過(guò)程的優(yōu)化提供支持。

在系統(tǒng)安裝之后，還需要對(duì)設(shè)備的連接情況進(jìn)行復(fù)查，并對(duì)壓路機(jī)的行駛速度與振動(dòng)頻率進(jìn)行檢測(cè)。選取一段各項(xiàng)指標(biāo)符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的路基作為測(cè)試區(qū)域，檢測(cè)時(shí)需根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)定的壓路機(jī)振動(dòng)頻率與行進(jìn)速度進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與調(diào)試。

3.2 相關(guān)性試驗(yàn)

在施工之前還需對(duì)比連續(xù)壓實(shí)控制指標(biāo)與傳統(tǒng)驗(yàn)收指標(biāo)，計(jì)算獲得兩指標(biāo)的相關(guān)性。本項(xiàng)目采用相關(guān)性試驗(yàn)結(jié)合施工工藝試驗(yàn)的方法，選取DK600+796.012~DK600+896.78段基床底層第二層為施工測(cè)驗(yàn)區(qū)域。

3.2.1 施工準(zhǔn)備

1）填料：填料的采用有著嚴(yán)格的質(zhì)量要求，需經(jīng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格（本次使用的填料最佳含水量約為6.5%，最大干密度約為2.27 g/cm3，最大粒徑＜58 mm）。

2）現(xiàn)場(chǎng)：將施工區(qū)域劃分為4個(gè)區(qū)段（填土區(qū)段、平整區(qū)段、碾壓區(qū)段、檢測(cè)區(qū)段）并對(duì)每個(gè)區(qū)段設(shè)立醒目的標(biāo)牌。填土區(qū)需要進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分規(guī)格為10 m×nm（n＜10）[3]。

3.2.2 取、卸料及攤鋪

在填料前需要在施工區(qū)域按照設(shè)計(jì)需求繪制方格，填料時(shí)挖掘機(jī)配合汽車根據(jù)這些方格的標(biāo)注進(jìn)行卸料。填料完畢之后由推土機(jī)與平地機(jī)進(jìn)行兩道壓平處理，直至滿足松鋪厚度33 cm以及相對(duì)硬度的設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 連續(xù)壓實(shí)及檢測(cè)

本次施工采用22 t型振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓步驟如下：（1）靜壓1遍；（2）弱振2遍；（3）強(qiáng)振n遍（n=1，2，3）；（4）弱振1遍；（5）靜壓收光1遍。

過(guò)程中路基面將會(huì)被逐步碾壓至輕度、中度和重度3種不同的密實(shí)狀態(tài)，處于每種狀態(tài)時(shí)需選定若干個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，按照規(guī)程對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)分別檢測(cè)常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)K30及與該點(diǎn)的振動(dòng)壓實(shí)值。

3.3 連續(xù)壓實(shí)控制

3.3.1 連續(xù)壓實(shí)控制準(zhǔn)備

按照測(cè)試區(qū)的安裝方法安裝檢測(cè)設(shè)備，根據(jù)填料技術(shù)指標(biāo)和攤鋪厚度要求調(diào)試壓實(shí)控制系統(tǒng)的控制參數(shù)與壓路機(jī)的工藝參數(shù)。另外，在施工段的邊界做好標(biāo)識(shí)，并計(jì)算出施工段的長(zhǎng)度與寬度。

3.3.2 連續(xù)壓實(shí)過(guò)程控制

壓實(shí)過(guò)程中利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析顯示，進(jìn)而控制壓實(shí)面的穩(wěn)定性、均勻性以及壓實(shí)程度。該技術(shù)將控制技術(shù)與壓實(shí)檢測(cè)工藝相結(jié)合，同時(shí)具有兩者的優(yōu)勢(shì)。

壓實(shí)程度：在壓實(shí)操作結(jié)束后需對(duì)壓實(shí)值進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)單元的壓實(shí)值小于目標(biāo)壓實(shí)值則視為不合格，所有單元的合格率應(yīng)大于95%。

壓實(shí)均勻性:通過(guò)測(cè)定施工段各個(gè)位置的壓實(shí)數(shù)據(jù)繪制壓實(shí)曲線與分布特征圖，曲線要保持平滑并且各位置的壓實(shí)度應(yīng)大于整段區(qū)域壓實(shí)度的80%。

壓實(shí)穩(wěn)定性：壓路機(jī)在施工段相同位置前后兩次壓實(shí)操作（保持輪跡一致）后檢測(cè)到的指標(biāo)變化情況。此次工程要求壓實(shí)穩(wěn)定性變化率δ＜2%。

3.4 路基網(wǎng)格化劃分與分解

3.4.1 施工網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分是施工階段的重要一步，根據(jù)需求對(duì)施工區(qū)域的路基網(wǎng)格化劃分，以便施工高效率地進(jìn)行以及后續(xù)的檢測(cè)。在項(xiàng)目中按照200 mm×50 mm的規(guī)則網(wǎng)格對(duì)整體的路基進(jìn)行劃分，并對(duì)其進(jìn)行里程劃分與編號(hào)，以便更好地確定某段網(wǎng)格需要進(jìn)行的填料類型、層數(shù)和驗(yàn)收范圍，加快了工程驗(yàn)收以及資料歸檔的效率。

3.4.2 施工網(wǎng)格分解

將每一個(gè)網(wǎng)格的坐標(biāo)、填料類型、填筑層數(shù)、不規(guī)則圖形等信息進(jìn)行分解，以便后續(xù)檢測(cè)與控制。

3.5 施工網(wǎng)格精準(zhǔn)定位

網(wǎng)格分解后，傳感器所獲取到的數(shù)據(jù)將被傳到機(jī)載CPS與CPS-RTK測(cè)量手簿端，CPS-RTK測(cè)量手簿能夠?qū)郝窓C(jī)實(shí)時(shí)定位，并且跟蹤它的行駛軌跡進(jìn)行放樣。根據(jù)工程的需求設(shè)置放樣誤差為10 cm，在壓實(shí)工作進(jìn)行時(shí)，只要偏離網(wǎng)格達(dá)到10 cm時(shí)，車載計(jì)算機(jī)就會(huì)發(fā)出預(yù)警，機(jī)械操作人員能夠及時(shí)修正行進(jìn)軌跡，避免偏離預(yù)設(shè)軌跡或者各種欠壓過(guò)壓?jiǎn)栴}。

3.6 連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)薄弱區(qū)精準(zhǔn)定位

對(duì)獲取到的網(wǎng)格信息進(jìn)行分析，得出網(wǎng)格中壓面的薄弱區(qū)域，有針對(duì)性地對(duì)該區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)處理，降低返工率。對(duì)比正線路基（即帶狀路基），本項(xiàng)目網(wǎng)格較寬，在同一網(wǎng)格中可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)壓路機(jī)的運(yùn)行輪跡，這也將提高壓力不均問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)用機(jī)載CPS配合RTK測(cè)量手簿對(duì)檢測(cè)薄弱區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)定位，降低了操作司機(jī)憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定位時(shí)產(chǎn)生的誤差，同時(shí)減少作業(yè)時(shí)間。

3.7 相鄰網(wǎng)格搭接臺(tái)階精確處理

根據(jù)試驗(yàn)段對(duì)相鄰網(wǎng)格搭接時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，設(shè)置壓實(shí)厚度為30 cm，按照高度與寬度1∶2的比例來(lái)設(shè)置搭接臺(tái)階。壓實(shí)操作后，還需進(jìn)行臺(tái)階開挖操作，設(shè)置臺(tái)階的寬度為60 cm，設(shè)置放樣誤差小于0.8 m。這樣操作司機(jī)就可以在RTK測(cè)量手簿的指導(dǎo)與預(yù)警下進(jìn)行施工，提升壓面的質(zhì)量。

3.8 路基施工質(zhì)量精準(zhǔn)控制

壓路機(jī)運(yùn)行路徑與行進(jìn)速度，路基壓實(shí)狀況、均勻性等圖像及數(shù)字信息能夠通過(guò)CPS測(cè)量手簿和機(jī)載平板電腦實(shí)時(shí)反映給機(jī)械操作司機(jī)，便于機(jī)械操作司機(jī)通過(guò)參考這些信息做出以下操作：（1）通過(guò)CPS測(cè)量手簿對(duì)壓路機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，確保壓路機(jī)碾壓施工范圍的準(zhǔn)確性；（2）參考車載電腦顯示的當(dāng)前速度，對(duì)行進(jìn)速度進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，使行進(jìn)速度滿足規(guī)范施工的速度要求；（3）操作司機(jī)可以參考?jí)簩?shí)度曲線，及時(shí)對(duì)欠壓位置進(jìn)行補(bǔ)壓操作，提高路基的壓力均勻性；（4）機(jī)載電腦與CPS測(cè)量手簿可以進(jìn)行預(yù)警，即使在夜間也能顯示壓路機(jī)的行進(jìn)路線，保障夜間施工的質(zhì)量。

4 質(zhì)量檢測(cè)

壓實(shí)過(guò)程完畢后，將完整的壓實(shí)區(qū)域分為若干個(gè)長(zhǎng)度為100 m的檢測(cè)區(qū)域，檢測(cè)時(shí)壓路機(jī)需保持勻速正向行駛，速度需控制在2~3 km/h。壓實(shí)質(zhì)量分析時(shí)對(duì)于每一個(gè)檢測(cè)單元（1 m2），都應(yīng)該同時(shí)滿足以下3點(diǎn)：（1）壓實(shí)程度通過(guò)率：在壓實(shí)操作結(jié)束后需對(duì)壓實(shí)值進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)單元的壓實(shí)值小于目標(biāo)壓實(shí)值則視為不合格，所有單元的合格率應(yīng)大于95%。（2）壓實(shí)均勻性：通過(guò)測(cè)定施工段各個(gè)位置的壓實(shí)數(shù)據(jù)繪制壓實(shí)曲線與分布特征圖，曲線要保持平滑并且各位置的壓實(shí)度應(yīng)大于整段區(qū)域壓實(shí)度的80%。（3）壓實(shí)穩(wěn)定性：壓路機(jī)在施工段相同位置前后兩次壓實(shí)操作（保持輪跡一致）后檢測(cè)到的指標(biāo)變化情況。此次工程要求壓實(shí)穩(wěn)定性變化率δ＜2%。

針對(duì)不符合要求的局部區(qū)域，可以根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行修補(bǔ)處理，直到最終的檢測(cè)結(jié)果符合連續(xù)壓實(shí)控制的要求。圖2為路基壓實(shí)程度檢測(cè)結(jié)果。

圖2 壓實(shí)程度分布圖

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)路基填筑施工的實(shí)時(shí)、全過(guò)程的監(jiān)控，能夠快速、直觀地找出碾壓面的薄弱區(qū)域，從而降低了施工、人員的成本和油耗，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量的全面控制，本文結(jié)合具體工程實(shí)例，對(duì)連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)在路基工程中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的研究，以促進(jìn)路基填筑數(shù)字化、信息化進(jìn)程，確保道路工程施工質(zhì)量。