填筑工程连续压实控制技术研究进展

冯永乾，江辉煌，吴龙梁，向卫国

(1.深圳市建筑工务署，广东深圳 518031；2.中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081；3.中国铁道科学研究院深圳研究设计院，广东深圳 518000)

引言

填筑工程主要是指由颗粒填料按照一定的堆积和碾压要求填筑形成的土工结构或构筑物，涉及到公路、铁路、市政、大坝和机场等诸多领域[1]。根据交通部“十三五”规划，我国已步入填筑工程迅速建设阶段。提高填筑工程技术水平和确保填筑工程质量关乎国运民生，责任重大。在控制好压实机械和填筑材料的情况下，填筑工程的质量检测方法是影响工程质量的关键因素。然而，常规的质量检测方法存在代表性差、受外界因素影响大、缺乏过程检测与重点检测、无法实现压实均匀性控制等缺点和不足[1，2]，难以满足日益提高的工程技术和质量要求。随着科学技术的进步和发展，连续压实控制技术应运而生。连续压实控制技术是1975年由瑞典的Dynapac和Geodynamik公司联合提出的填筑工程质量检测与控制技术[1，3]。该技术通过安装在振动压路机振动轮上的传感器采集振动响应信号，根据振动响应信号的数据分析结果来评估填筑体的压实程度，结合卫星地理定位(GNSS)技术实现压实质量的连续控制。其系统构成如图 1 所示。连续压实控制技术能够实现填筑工程实时的、全面的过程控制，相比常规的质量检测方法具有显著的优势，被誉为填筑工程技术的“第三次革命”[4]。

图1 连续压实控制系统构成示意

经过40余年的发展和完善，连续压实控制技术取得了较大的进步。随着连续压实控制技术在理论研究上的深入开展和在工程实践中的大量推广应用，该技术仍将不断面临新的问题和挑战以满足科学技术水平和生产力迅速发展的需求。为清楚认识连续压实控制技术的研究现状和瓶颈，促进该技术的进步，分别从理论研究、试验研究、设备研制、技术标准与工程应用角度对连续压实控制技术相关研究内容进行系统梳理，总结介绍连续压实控制技术研究进展，得到相关的结论和建议，从而为连续压实控制技术的发展和应用提供有益参考。

1 理论方面

压实程度评估方法和压实质量控制方法是连续压实控制技术理论研究的基础也是核心内容，是影响填筑工程质量控制的的关键因素[1-5]。成层填筑体的振动测量值问题关系到压实程度评估的准确性，引起了业界广泛重视和探讨。上述三方面内容是连续压实控制技术理论研究的焦点，以下将分别介绍其研究进展情况。

1.1 压实程度评估方法

国外，Forssblad[6]通过试验发现压路机振动轮的加速度谐波幅值与填料的压实程度有一定的联系。在这一发现的基础上，Thurner和Sandstom[7]基于信号处理的原理提出了压实度值CMV，并采用压实度值评价填筑体的压实程度。Noshe[8]通过对半阶谐频和更高阶谐频的分析，提出了类似于CMV指标的CCV指标。此外，根据振动信号随着填筑体的压实而逐渐产生畸变的原理，国外学者还提出了其他类似的指标，例如THD[9-10]、RMV[1]等。其后，Bomag[11]基于压路机行进时克服运动阻力所需的能量开发了另一种压实度计指标MDP，并采用该指标评价路基的压实状态。瑞士Ammann公司[12-13]基于振动轮和机架垂直运动的两自由度模型，建立了振动压实的二阶微分运动方程，通过求解计算得到了土体的刚度系数Ks，并以此评估填筑体的压实程度。Krobe[14]将填筑体视为空间半无限弹性体，并将振动轮荷载视为集中荷载，通过力学方法推导得到了振动模量Evib指标。Ks和Evib指标的提出标志着连续压实程度评估方法由基于谐波失真的经验方法迈向基于力学原理的理论方法，促进了连续压实控制技术的巨大进步。国内，在学习国外先进经验并结合我国基本国情的基础上，徐光辉等[1，15]从动力学的角度分析了振动轮与填筑体的相互作用，建立了振动轮加速度信号和抵抗力之间的关系，进而推导了响应指标与压实程度的关系式，提出了采用抵抗力指标VCV评估填筑体的压实程度。刘东海[16-17]提出了基于能量原理的压实程度评估方法，该方法通过振动信号推求单位体积压实功E，将压实功作为连续压实控制检测指标，在公路路基层的压实质量评估中取得了较好的应用效果。

当前的连续控制方法根据不同原理可分为四类：(1)基于振动信号频谱分析的经验性评估方法—压实度计法，该方法的代表性指标包括瑞典的谐波比CMV、日本的谐波比衍生指标CCV；(2)基于力学原理的评估方法—刚度/模量方法，其代表性指标有瑞士的刚度指标Ks、德国的模量指标Evib；(3)基于动力学原理的评估方法—动力学方法，其代表性指标有我国的振动压实值VCV；(4)基于能量原理的评估方法—能量方法，其代表性指标有美国的功率指标MDP，我国的单位体积压实功指标E。尽管目前的压实程度评估方法较多，但都建立在一定的理论假设基础上。实际上，各类方法在理论求解中难以得到解析解，各种假设条件在工程应用中也难以一一满足，因此一定程度上影响到其适用性。针对千差万别的工程情况，采用何种压实程度评估方法，目前在业界内仍然存在较大的争议，尚未形成统一的标准或意见。研究和探索理论明确且贴近实际的压实程度评估方法，仍然是当前连续压实控制技术研究的重点和难点。

1.2 压实质量控制方法

压实质量控制是在压实程度评估的基础上进行的工程质量控制和评价。压实质量控制方法是填筑工程质量控制的关键，关系到填筑工程的使用寿命和性能。国外，Michael[3]等根据不同工况分别给出了选项1，2a，2b，3a，3b，3c共计6种压实质量控制方法的建议。其中，选项1是根据压实程度评价指标较低的部位识别出薄弱区域，再针对压实薄弱区域进行常规质量检测和控制；选项2是根据压实评估指标值的变化情况进行压实质量的评价和控制；选项3是建立压实评估指标与常规质量检测指标的相关关系，再根据校准得到的压实评估指标的目标值进行压实质量控制。上述6种选项既可以单独选用也可以组合应用，均具有较强的实用性。据悉该压实质量控制方法已纳入即将发布的美国连续压实控制技术规范之中。奥地利、德国、瑞典等国家(地区)提出的压实重量控制方法与上述6种选项类似，在压实质量控制方法的思路上大体一致，仅在具体判别标准和规定上有所差异。2016年欧盟发布的欧洲地区统一规程PD CEN/TS 17006:2016[18]将压实均匀性和压实稳定性纳为质量控制的重点，提出了基于统计学正态分布原理进行评估的方法。国内，徐立红等[19]从加权平均、随机分布等数理统计理论的角度进行研究，提出了可以考虑到空间问题的填筑体压实程度和均匀性的评价方法，形成了相对可靠的质量评价体系。聂志红等[20]基于某路基的现场压实试验数据，以压实度计类指标为分析变量，基于随机概率等统计学原理对试验数据进行针对性的筛选和分析，提出了连续压实检测指标概率分布模型的质量评价方法。王翔等[21]根据地统计学基本原理，采用半变异函数模型研究动态检测数据的空间变异性，并在采用指数模型进行最优化拟合的基础上提出了路基压实均匀性控制评价体系。胡迟春等[22]采用X-ray断层扫描技术得到了不同压实次数下试件的纵向空隙结构，并通过对试验结果的计算评价沥青混合料的压实均匀性，工程实例表明该方法具有较好的适用性。高杰等[23]通过无核密度仪快速测定路基的压实度，根据实测压实度数据得到了压实度的代表值、合格率和变异系数，并采用上述3个参数作为综合评价路基压实质量的指标。刘东海等[24]基于Dempster-Shafer证据理论和DBSCAN空间聚类分析方法，提出了可考虑碾压参数的定量评价压实薄弱区域的模糊综合评价方法。该方法已经在堆石坝工程中取得了较好的应用效果。此外，我国关于连续压实控制技术的规程[25-26]借鉴了国外经验，针对我国基本国情分别规定了压实程度、压实均匀性和压实稳定性这三方面的技术标准和要求，提出了全面、合理的连续压实质量控制体系。

实际上，压实程度、压实均匀性和稳定性是控制填筑工程压实质量的三要素[27]。压实程度关系到碾压层物理力学状态的指标是否达到规定值的程度，是保障压实质量的基础。压实均匀性关系到各部分物理力学形状分布的一致性，对于上部结构的支承条件有重要影响。压实稳定性决定了填筑结构在重复荷载作用下是否能够保持长期的稳定状态。随着科技的发展和认知水平的提高，填筑工程质量合格标准不再仅仅局限于压实程度的评估，包括压实均匀性评价和压实稳定性评价在内的压实质量控制方法逐渐受到广泛重视。将压实程度、压实均匀性和压实稳定性有机结合起来进行综合质量评价和控制是压实质量控制方法发展的方向和趋势。

1.3 成层填筑体的振动测量值问题

在连续压实控制过程中，基于振动响应的压实程度评估指标反映的是响应深度范围内的整体信息。由于填料的填筑厚度通常小于振动压路机的影响深度，因此，压实程度评估指标值实际上是当前填筑层和下卧层信息的综合测量值[3-5]。当填筑体竖向不均匀(即为成层填筑体)时，如何从理论上考虑各层填筑体性能参数的异同，将指标值在量测深度范围内进行合理“分解”从而得到可以反映当前填筑层压实程度的信息，是提高连续压实控制技术可靠性和适用性的有效途径。德国Bomag公司基于层状黏弹性力学原理，采用类似于FWD反算模量的方法进行了填筑体性能参数分层问题研究，但尚未得出最终的研究结论；美国Michael[3]通过测量振动压路机的激振力、位移以及填筑体内的应力和位移，反推振动测量值与填筑体各层性能参数的对应关系，得到了各层性能参数对测量值的贡献不同的结论。此外，美国Soheil和George在其承担的NCHRP24-45科研项目中也正在进行填筑体性能参数分层问题的研究。国内，田利锋[5]通过开展现场试验研究了不同性能参数填筑层的振动测量值与填筑体内应力分布的关系，得到了振动测量值与填筑体内应力分布情况有关的结论。此外，西南交通大学和哈尔滨工业大学的科研团队从多层黏弹性体力学原理的角度，研究了填筑体性能参数成层的问题，得到了有益的参考结论。

目前，填筑体性能参数分层问题已受到广泛的关注，但都停留在基于经典力学理论的分析和基于试验的定性分析上，尚无满意的理论解答更未发现已应用于工程实践的成果。

总体上，连续压实控制技术理论方面的研究主要集中在压实程度评估方法、压实质量控制方法和成层填筑体的振动测量值问题研究上。其中，压实程度评估方法研究是连续压实控制技术研究的基础，也是当前研究的难点。压实质量控制方法研究已逐渐成熟，其研究成果已经得到了大量的成功应用。成层填筑体的振动测量值问题仍然缺少适用的计算方法和应对措施，有待进一步的研究和探索。此外，工程经验表明，碾压参数对连续压实控制技术的影响显著[28]，而当前的施工技术水平难以对碾压参数进行实时、全面、精确的控制，较大程度上影响到该技术的适用性。如何合理考虑碾压参数的影响，将其引入连续压实控制技术当中逐渐引起了业内的广泛讨论。

2 试验方面

连续压实控制技术涉及到信息、机械、岩土、力学等多个学科领域。影响压实测量值的因素很多，不仅包括压路机振动类型、行进速度、振动频率、激振力和振幅在内的压实工艺参数，还包括填料颗粒粗细、填料级配、填料含水量在内的填料特性参数。开展试验研究是探索各因素影响规律和相互关系的有效手段。以下将从压实工艺和填料特性对振动测量值影响方面的试验研究进展进行阐述。

2.1 压实工艺的影响

国外，Michael等[3]在美国华盛顿哥伦比亚特区高速公路段开展了振动压路机的振动频率、振幅和行进速度等工艺参数对振动测量值影响的现场试验。研究了振动测量值CMV、CCV、Ks和Evib对不同压实工艺的敏感性和可重复性。得到了力学指标Ks和Evib对于不同压实工艺具有更好的可重复性的结论。Camargo等[29]开展了不同振幅下的振动压实试验，结果表明振动质量检测参数(振动测量值)随着振幅的改变而变化，得到了振幅的改变影响到振动轮的运行状况进而改变振动测量范围和振动测量值大小的结论。Van Susante和Mooney[30]通过试验研究发现振动频率对压路机的振动模式产生了很大的影响，并进一步影响到压实质量检测参数(振动测量值)的大小。国内，张润利等[31]根据连续压实的基本原理，将振动轮的加速度与土体压实系数近似为正相关，通过自主研发的软件对比分析了连续压实测试数据与压实程度数据，研究了压实系数、振幅、激振频率等碾压参数与振动测量值的关系。范娟等[32]以压实度计指标为研究对象，基于正交原理进行了现场试验设计，在沪昆高铁芷江段开展了压实工艺试验，研究了振动压路机振幅、振动频率、行进速度和方向对振动测量值的影响。田利锋[5]针对已有研究未能定量分析振动压路机工艺参数对连续压实指标的影响程度，设计了以振动压路机工艺参数为影响因素的正交试验，进行方差分析，量化了振动压路机振幅、振动频率、碾压速度以及行驶方向对连续压实指标的影响程度。

压实工艺对振动测量值影响的试验研究主要集中在不同类别的工艺参数对振动测量值的影响程度和各类振动测量值对某类工艺参数的敏感性两方面内容。压实工艺影响试验原理相对简单且可操作性较强，国内外已开展了大量类似的试验工作，得到的结论也大同小异：(1)振动压路机的振动频率、振幅对振动测量值的影响较大，行进速度和行进方向对测量值的影响相对较小；(2)力学指标相比压实度计指标对不同压实工艺参数的可重复性更好，即力学指标对压实工艺参数表现出更好的稳定性。

2.2 填料特性的影响

国外，Michael等[3]开展了5种振动压实指标(MDP、CMV、CCV、Ks、Evib)与17种不同土壤的综合评估试验，研究了填料的类别、级配、含水量等特性对不同振动压实指标的影响，得到了细粒料填料受含水量影响较大和粗颗粒填料受级配、下卧层支撑条件的影响较大的结论，给出了在进行振动测量指标与常规质量检测指标的相关性分析时，针对填料特性采用多元回归分析方法对振动测量值进行修正的建议。日本Sakai公司[33]开展了粉质黏土、级配碎石和堆石料三类填料的振动压实试验，研究了填料类别对振动测量值适用性的影响。试验结果表明，填料为粉质黏土、级配碎石时压实度计类指标与常规指标具有较好的相关性，而填料为堆石料时的相关性较差。Mooney和Rinehart[10]开展了不同类别填料的振动压实试验，得到了当填料为粗粒料时振动测量值与激振力呈正相关，而当填料为细粒料时振动测量值与激振力呈负相关的结论，证实了填料类别对振动测量值的影响显著。国内，何广杰等[34]开展了碎石材料振动压实试验，试验结果表明碎石填料的振动压实是一个强度、刚度和稳定性不断变化的过程。振动压实改变了填料的特性，而填料特性的改变势必引起不同的振动响应结果。由此可见，填料特性对振动测量值的影响是动态的、双向的和复杂的。在填料含水量对振动测量值的影响方面，张献民[35]等通过开展大型振动压实试验，研究了不同含石量和含水量对混合料中细粒土的压实度的影响，得到了含水量对细粒土压实度影响较大的结论。此外，Anderegg[36]、Petersen[37]、徐光辉[1]和刘东海等[38]学者也认为含水量对填料的物理力学性质影响显著(尤其是细粒填料)，均提出了应用连续压实控制技术时多关注填料含水量变化的建议。各文献关于含水量对振动测量值的影响机理总结概括如下：含水量变化时，一方面材料的物理力学性质发生了显著变化，对振动的响应也随之改变；另一方面，填料的物理力学性质对应的含水量不唯一，即填料在某一刚度或密实度条件下可对应两种不同的(高/低)含水量。与此同时，振动测量值与常规质量检验指标对含水量的敏感性往往相差较大[39]，从而导致两者在相关性校验时的离散性很大，甚至无法达到连续压实控制技术应用的基本条件。针对填料含水量问题，多个国家的连续压实控制技术规范均指出需重视填料含水量的问题，但遗憾的是除美国明尼苏达州试点规程提出了简化的修正方法以外均未能给出具体的建议和措施，仍然停留在经验应用层面。

目前，国内外针对连续压实的试验研究主要集中在压实工艺和填料特性对振动测量值的影响研究方面。其中，填料含水量对振动测量值的影响是研究的热点也是难点。针对工程实际中的压实工艺参数和填料特性，通过开展现场校准试验对振动测量值进行多元化修正是连续压实控制技术发展的一个趋势。

3 设备研制方面

3.1 连续压实设备的研制

基于各类压实程度评估方法，国内外设备厂商和科研单位研制出了数十种连续压实设备和系统[40-47]。例如：基于CMV指标，瑞典Dynapac公司研发了DCA型压实分析仪，中国水利水电科学研究院研发了YS-1型压实度仪，徐工集团研发了SMC-960A型密实度测量仪等。上述设备的基本原理相同，以瑞典Dynapac公司的DCA型压实分析仪为典型代表。DCA型压实分析仪通过数据计算和处理并结合GPS定位技术，能够以图形的格式输出CMV、碾压遍数、振幅、频率、GPS坐标等大量与振动压实相关的数据，是研发时间相对较早的连续压实控制设备。基于CCV指标研发的连续压实控制设备以日本Sakai公司生产的压实分析仪为典型代表，该设备的基本原理与DCA型压实分析仪相近，同属于基于频谱分析原理的连续压实控制设备。基于能量指标的连续压实控制设备包括德国Bomag公司研制的OMEGA压实度仪、Caterpillar公司研发的Compaction Viewer系统以及我国苏交所研制的MSY-100 的压实度测量仪，该类设备的基本原理是根据振动轮的振动加速度信号求解克服压实填料阻抗所需的能量，从而根据能量值评价填筑体的压实状态。在基于能量指标的连续压实设备中，Compaction Viewer系统具备数据采集和卫星定位功能，能够实时显示位置和压实测量值，是目前应用较多的系统。该系统采用的是GPS定位技术，水平面精度为±10 mm，垂直面精度为±20 mm，可以在PC上实现数据的后处理和可视化监控，并能够与土方工程AccuGrade应用软件较好兼容。此外，天津大学基于每单位体积的压实功率指标E开发了一个实时系统[17]，用于监测堆石坝施工中的压实质量。该系统可以实现对压实参数(即碾压遍数，速度，振动状态和压实厚度)的全面监控。基于Ks指标研发连续压实控制设备的主要生产厂商有Ammann公司和Case公司，以Ammann公司研发的Ace Plus系统为典型代表。Ace Plus系统每振动一周计算一次碾压体的刚度系数Ks，并将Ks数据与通过车载GPS设备采集的X、Y和Z坐标相结合，以1 Hz的频率报告Ks的平均值。该系统软件安装在平板电脑车载电脑内，能够以图形格式输出实时振动碾压参数。基于Evib指标，德国Bomag公司研发了Vario Control系统。该系统主要包括车载平板电脑、移动软件和用于数据传输的USB记忆棒，可以接受任何能够通过RS232接口提供GGA或PJK数据的GPS接收器，并以10 Hz的频率报告并存储GPS采样坐标处的Evib。基于VCV指标的连续压实控制系统主要包括中国铁道科学研究院研发的CCC-800系统、西南交通大学研发的CPMS系统、北京天玑科技公司研发的ICC-900系统、西安依恩驰公司研发的RCC100连续压实系统、上海华测导航公司研发的TC63压实质量管理系统等。基于VCV指标的连续压实控制设备以广州中海达公司代理的北斗压路机智能压实设备为典型代表。中海达连续压实设备主要包括基准站、车载显示终端、移动软件和用于存储的数据采集盒等，该设备安装有北斗工程接收机且支持多星多频，校正后的定位精度为厘米级，目前已在我国铁路和公路领域得到了较好的推广应用。

3.2 智能压实设备的研制

智能压实是在填筑体碾压过程中，在连续压实控制技术识别和评估压实程度的基础上，采用人工智能技术建立决策和反馈控制体系，实现对填筑过程的动态监测和反馈控制，以求压实效率的自动最优化[4，48-54]。实际上，连续压实控制技术属于数字化施工的范畴，是智能压实技术的基础。智能压实技术属于智能化施工的范畴，是连续压实控制技术发展的高级阶段[50]。

连续压实控制技术诞生不久，智能压实的思想便开始萌芽。20世纪80年代，北欧Bomag和Geodynamik等厂家开始着手智能压实技术的初步研究。智能压实技术的早期思想是将连续压实技术和无级调幅定向振动技术进行集成，基于这一理念，于1992年成功研制出了世界上第一台具备“智能”特征的振动压路机。在随后的几年时间中，德国HAMM公司对该技术进行了深化，研制出了可以根据填筑体的压实程度自动调节行驶速度、激振力和振动频率的智能压路机，Bomag公司也研发出了可根据作业工况的变化自动调节激振力方向智能振动压路机和Variomatic/Variocontrol智能压实系统，能根据识别出的填筑材料的压实程度数据自动优化振动频率和振幅以提高压实效率。1996年智能压实控制技术成功应用于沥青路面压实中，实现了真正意义上的工程应用。随着连续压实控制技术的进步，采用力学类指标评估压实程度的理念被引入智能压实技术之中，随后于2001年研发出基于力学原理的沥青压实专家智能系统。2006年，美国Caterpillar公司也正式开始研究智能压实技术，并研发出了CS、CP系列的智能压路机。与之前的智能压路机不同之处在于，CS、CP系列的智能压路机是通过振动轮内独特的钢球改变偏心矩从而实现了振幅的变换和调整，这一理念在当时是相对先进的。

我国的智能压实技术研究起步相对较晚，经历了从向国外引进学习到自主创新的历程，在该领域取得了一定的进步。厦工三明和福州大学等单位联合研制出了YZC12串联式智能振动压路机，该智能压实设备具备自动的无级变幅功能。遗憾的是YZC12型智能振动压路机无法根据填筑层压实信息准确、快速地反馈振动频率和行进速度的最优工艺组合。石家庄铁道大学研制的YZC16型压路机能够根据填筑体的固有频率识别出不同类别的土壤，并在此基础上进行振动频率的自动调节。但是在实际压实过程中，填筑体的固有频率随着压实程度的变化而发生改变，先前设置的固有频率数据与实际情况存在一定的差异。因此，严格意义上YZC16型压路机并未达到“智能”的标准。徐工集团研发的XD142双钢轮振动压路机基于PLC与CAN集成技术能够实现故障自动报警，但是在碾压过程中无法实时自动地调整振动频率、振幅等工艺参数，未实现完全的智能化压实。天津大学研制出了可调整碾压参数的RCC碾压模拟试验装置[55]。该装置实现了碾压机械的激振力、振动频率和行进速度的多级协同调整，在智能压实设备的研制上取得了新的突破。此外，作为智能化发展方向之一的无人驾驶技术也取得了一些进展。例如国防科技大学研制出了国内第一台无人驾驶的振动压路机—W1102DZ型振动压路机。但W1102DZ型振动压路机未能与连续压实控制技术结合，无法实现振动压实的智能化[4]。由此可见，我国的智能压实设备研制目前仍处于初级阶段，尚未实现真正意义上的智能化应用。

目前，国内外关于连续压实控制技术的设备研制成果主要包括连续压实设备研制和智能压实设备研制两个方面。其中，连续压实设备和系统的研制取得了较大的发展，但是其实质性的进步依赖于压实程度评估方法的改进和创新。智能压实设备研制是目前的研究热点，也是未来连续压实控制技术设备研发的发展方向。实际上，智能压实大体是沿着调节“振动频率、振幅(激振力大小)和激振力方向”这三种模式演化的[4]。目前，智能压实设备研制中的机械硬件性能研究取得了较好的发展，即较好解决了碾压过程中压实工艺参数“能否调节”的“硬件”问题。而解决好“如何调节”和“调节多少”的“软件”问题则有待于压实程度评估方法的发展和人工智能技术的进步。

4 技术标准与工程应用

4.1 连续压实控制技术标准

自20世纪90年代起，欧洲一些国家陆续发布了关于连续压实控制技术的规范和标准。例如：奥地利于1990年发布了RVS 8S.02.6，并分别于1993年和1999年进行了修订。瑞典于1994年颁布了BYA92、ATB Vg，并于2004年进行了修订。德国于1994年颁布了ZTVE-StB-93，并于1997年进行了更新，于2009年进行了部分修订。另外，法国、荷兰、爱尔兰等国家也正计划起草连续压实控制技术标准和规范。2016年，欧盟颁布了PD CEN/TS 17006:2016(试用版)，并于2018年宣布正式实施。这标志着连续压实控制技术在欧洲地区已经形成了统一的标准，即将开展大规模的推广应用。美国绝大部分的州交通局均已颁布了州立智能压实标准，美国地区的统一标准也已经完成起草，预计近年正式发布和实施。我国于2011年发布了首部连续压实控制技术的国家行业标准TB 10108—2011，其后于2015年发布了中国铁路总公司企业标准Q/CR 9210-2015，并于2017年颁布了中国第一份公路路基智能压实的推荐性标准JT/T 1127—2017。各国家(地区)标准和规范的大体思路基本一致，主要是针对地域性差别，在连续压实检验指标、质量控制方法和质量验收标准等内容的具体规定和要求上有所差异。

4.2 成功的案例

随着连续压实控制技术相关标准和规范的发布与实施，该技术逐渐得到了普遍采用[56-64]，积累了大量成功的应用经验。德国科隆—莱茵河高速铁路项目对连续压实控制技术进行了较好应用。该项目填料为级配良好的粗颗粒填料，碾压设备采用了Bomag公司生产的具有良好性能的BW型振动压路机。采用连续压实控制技术进行大规模的路基碾压施工时严格控制了碾压厚度和碾压速度，碾压完毕后质检部门结合连续压实控制测试数据识别碾压的薄弱区域，并在薄弱区域进行常规质量抽检，以复核路基的压实质量。德国的后勤中心也成功应用了连续压实技术。该项目利用GPS技术并结合连续压实控制平台实时获取碾压厚度、碾压遍数、行车速度等碾压参数，大大提高了工程管理效率。同时，根据连续压实控制测试结果合理优化了碾压遍数，不仅节约了30%的工期和成本，而且有效避免了“欠压”等质量问题。美国Amman公司在罗利地区的某沥青路面压实施工中也采用了连续压实控制技术。该项目通过现场标定试验并结合工程经验建立了连续压实控制指标Evib与压实度、K30的一元回归关系。结果显示两类指标之间的相关系数均在0.8以上，具有强相关性。通过率定得到的碾压目标值成功实现了路面的连续压实控制，有效提高了沥青路面的压实质量。我国于1993年开始对连续压实控制技术进行了试验性应用，其中在东北三省的高等级公路碾压施工中应用较多。应用结果表明：当填料为细粒料时，VCV与弯沉检测值/压实度之间存在较好的线性相关性，采用连续压实控制技术能够取得较好的应用效果。随着我国高速铁路的快速发展，连续压实控制技术于2008年开始应用于我国铁路建设中，并积累了丰富的成功应用经验。例如京沪高速铁路邹城段、沪昆高铁娄底段和芷江段、石济铁路客运专线平原东站站场路基段和京沈客运专线TJ-10标段采用连续压实控制技术均取得了成功的应用。上述成功应用了连续压实控制技术的铁路建设项目存在一些共同点：(1)填料性能优良，且填料含水量均控制在最优含水率附近；(2)施工过程控制严格，碾压厚度、碾压速度等施工工艺参数严格按照评审方案执行；(3)较高的工程管理水平，业主、监理、施工单位建立了有效的沟通平台和管理机制，较好地实现了“运行-回馈-决策-响应”的良好施工模式。随着成功经验的积累，2013年由原铁道部颁发的[2013]3号文件将“连续压实控制技术”作为新技术在铁路建设领域进行了全面推广，积极促进了连续压实控制技术在我国的发展和应用。此外，在2013年甘肃成州机场的建设项目中也成功应用了连续压实控制技术。该机场项目的最大填高为60 m，对压实质量要求较高。在碾压施工过程中，采用了连续压实控制技术结合现行铁路标准TB10108—2011进行压实质量控制，不仅确保了工程质量，还取得了较好的经济效益。与此同时，连续压实控制技术在168 m坝高的雅砻江官地碾压混凝土坝、119 m坝高的金沙江龙开口碾压混凝土坝和糯扎渡心墙堆石坝等工程项目上得到了初步应用，取得了良好的效果。由此可见，连续压实控制技术已经在公路、铁路、机场、大坝等多个领域得到了成功的推广应用。

4.3 失败的案例

连续压实控制技术既有大量的成功应用经验，也有不少失败的案例。日本建设省土木研究所在20世纪80年代曾对压实度计方法进行过较为细致的研究[33]。分别针对夹粉土砾、夹黏土砾和堆石料3种材料进行了对比试验。试验表明，CMV只对含有较多细颗粒的填料在某种程度上是有效的，而对于堆石料等粗粒坚硬填料的效果欠佳，因而在其高速公路建设中未进行推荐应用。中国在沈阳至丹东高速公路建设中曾计划采用压实度计方法进行压实质量控制。该项目采用了粉土、黏性土、碎石等多种填料，各类填料的颗粒粒径、级配存在巨大差异，且填料的含水量变化幅度较大。现场率定试验表明CMV与压实质量之间没有很好的相关性，因而没有能够进行成功应用。哈尔滨至大连高速铁路进行了试验性应用，但受到碾压机械性能的影响，激振力、振动频率、振幅等碾压参数均存在一定程度的不可控波动，导致实际的应用效果欠佳而无法满足质量控制要求，因而未能在该项目展开大规模的工程应用。沈阳至铁岭高速公路、长春至扶余高速公路等项目涉及到温度、含水量变化等诸多问题，使连续压实控制技术的应用变得十分复杂，难以得到较满意的应用结果。此外，还有很多工程项目由于没能进行成功的应用而没有进行相关报道，其失败的原因不详。

从有限的失败案例报道和记录来看，连续压实控制技术未能取得较好的应用效果或者无法进行应用的主要原因总结如下。(1)压实程度评估方法选择不合理，选用的方法针对本工程项目的适用性不强。根据各类压实程度评估方法的基本原理进行分析可知，各类方法自身存在一些局限性。例如压实度计法是通过谐波失真的程度评估压实质量，当现实中存在跳振情况时，谐波将会呈现出高度的非线性而无法得到准确的结果。而振动碾压砾石、碎石等粗颗粒填料时，当填料达到一定压实程度后十分容易产生跳振现象。力学方法将土体假定为开尔文体，未考虑土体压实过程中的塑性变形，且该方法为了求解微分方程通常不考虑滞后角或者假定滞后角为某一个固定的值，这与土体的黏弹性特性不相符。当填料为黏性土等细颗粒填料时或者当填料的含水量变化较大时，这种假定将带来更为明显的偏差。实际上，很难有一种能够全面贴近实际情况的压实程度评估方法。因此，实际应用中需结合工程实际针对不同类别的填料选用不同的压实程度评估方法。(2)碾压参数变动大，连续压实控制指标与压实质量难以建立线性关系。由连续压实控制技术的基本理论可知，该技术是通过建立连续压实控制指标与常规质量检测指标的联系或者根据连续压实控制指标的相对变化来间接评估填筑体的压实质量，保持碾压参数恒定不变是应用该技术的基本条件。然而，现实中的填筑工程所使用的填料通常是就地取材，填料的类别和性质差异较大。加上受到机械性能以及人为因素干扰的影响，包括机械工艺参数和施工工艺参数在内的碾压参数往往难以做到实时的、全面的精准控制。(3)工程管理粗放，工程技术人员的水平参差不齐。传统的压实质量控制是在施工完毕后通过常规质量检测进行“事后控制”，压实的过程控制往往被忽视。而连续压实控制技术是对压实质量进行“事中控制”，压实的过程控制直接影响到连续压实评估结果的准确性。传统的“重结果而轻过程”的思想在一定程度上限制了连续压实控制技术的成功应用。另外，我国对连续压实控制工程技术人员暂未实行统一的培训和持证上岗，工程人员的技术水平参差不齐，这也是影响连续压实控制技术成功应用的重要原因之一。

目前，连续压实技术得到了越来越多的工程应用，既有成功的经验也有失败的教训。工程应用研究表明[1-4，36-37，57-61，65]，虽然连续压实控制技术的理论和方法有待于进一步研究和完善，但是在严格控制填料和碾压参数的前提下，通过科学合理的工程管理与多方协调把控，采用连续压实控制技术仍然能够得到较为满意的结果。

5 结论

我国将长期处于填筑工程迅速发展和建设时期，填筑工程质量控制中的传统样点检测方法将逐渐被具有过程控制、全面覆盖等显著优势的连续压实控制技术所取代。然而，大量研究和实践表明，当前连续压实控制技术存在压实程度评估方法的普遍适用性欠佳[1-3，36-37，65]、受碾压参数不可控波动以及填筑体特性成层问题的影响大[3-5]、智能/连续压实控制设备滞后于理论[1-3]等诸多欠缺和不足。因此，为了适应我国经济和社会的高速发展与进步，改进和完善连续压实控制技术基本理论，加强连续/智能压实设备研发，提高工程管理和施工技术水平，从而促进连续压实控制技术在我国取得更广泛的成功应用具有重要的现实意义。本文通过对国内外连续压实技术进行较为系统的梳理和总结，得到的主要结论和建议如下。

(1)智能/连续压实控制技术是诸多学科和领域交叉的新兴技术，单纯以某一个专业为导向进行研究和探索往往难以得到满意的结果。因此，多学科的协同研究是发展该技术的必然之路。

(2)探索更贴近实际的压实程度评估方法、解决填筑体性能参数分层和碾压参数波动问题是连续压实控制技术理论研究的热点。智能碾压设备的研制是连续压实控制技术设备研发的趋势，也是连续压实控制技术向智能化压实发展的关键。

(3)建立业主、监理、施工单位多方沟通平台与协调机制，规范连续压实控制工程技术人员的培训与考核，有利于促进连续压实控制技术在我国更广泛的应用。

(4)当前连续压实技术的应用需针对工程实际进行充分的分析和可行性论证，理论结合试验并借鉴类似工程经验是该技术进行成功应用的有效途径。