连续压实控制技术在公路路基施工中的应用

孙义

（邢台路桥建设集团有限公司，河北邢台 054000）

1 连续压实控制技术的原理

连续压实控制技术的本质是“刚性圆柱体在弹塑性体上振动和移动状态下的动力学求解以及参数识别与控制”。路基填筑过程中，安装在压路机钢轮上的传感器实时读取与路基压实质量相关的振动信号，车载量测系统，可进行对应信息处理，经过复杂的计算等步骤，得到路基结构的抗力、模量和刚度系数等与压实质量直接相关的参数（统称振动压实值VCV），VCV值经过与路基压实度的相关度校验，可作为检测路基压实度的技术指标。

控制系统在工作期间，基准站实时向压路机上的接收机发送差分信号，安装在振动压路机顶部的接收机和无线电接收器接收卫星信号和基站发送的差分信号，进行实时厘米级定位。方向位置传感器配合得出的碾压遍数、轨迹信息和通过压实度传感器采集的频率值等所有信息都会通过信号线传递到驾驶室里的ZD800平板上，方便压路机手实时查看碾压情况，防止过压和漏压。而平板收集到的信息则通过GPRS无线通讯的方式实时回传到服务器里面，做到全天候、实时查看碾压施工作业，管理人员能在任意互联网终端查看施工信息、实时碾压情况、剖面分析和输出相关作业报告等。

2 测试过程及分析

2.1 测试条件

武汉市某高速公路沿线属舒缓波状的垄岗平原，地势相对平坦，局部略有起伏，地面标高在20～32m之间。设计路面宽度41m，最大填土高度18.09m，采用4%～6%石灰改良土填筑，路堤、路床压实度为93%～96%。碾压设备为22t压路机，松铺厚度30cm，碾压方式根据试验段确定。

2.2 设备检查

本工程中引进的某智能压实系统（ZHD-ICS）主要由便携式基站、车载系统和管理软件组成。便携式基站包括V30工程接收机、DDTHPB无线数据收发一体电台，安装调试后的基站可以对压实设备进行精准定位。

图1 智能压实系统（ZHD-ICS）

车载系统包括M30北斗工程接收机、CPMS压实度传感器、ZD800平板控制终端、判向传感器和振动传感器。

开展相关性校验前对连续压实控制系统设备的安装及连接情况进行检查，确认安装正确且连接牢固。安装后台管理软件，进行检查振动压路机的压实工艺参数情况，确认振动频率保持在稳定值的允许波动范围内。

2.3 相关校验

为验证连续指标与常规指标的相关性，在路基上选取试验段进行相关校验，试验段长100m，宽12m，层厚30cm，填料为4%石灰改良土。压实设备采用22t压路机，分轻度、中度和重度碾压区，以不大于4km/h的速度进行平碾。依据连续压实检测试验结果，在三种压实状态区域内有针对性的各选6个测试点，用灌砂法进行压实度检测。各个检测点的实测振动压实值和压实度数据见表1。

表1振动压实值与压实度对比试验数据

相关性校验试验数据采集完成后，令x为常规检验指标、y为振动压实指标，通过下式计算振动压实值与常规检测指标之间的相关系数。

式（1）中：r为常规检验指标和振动压实值之间的相关系数；xi为常规检验指标样本值；yi为振动压实指标样本值；xˉ为xi的平均值；yˉ为yi的平均值。

根据上式计算连续指标与常规指标之间的相关系数r=0.765（相关性系数要求不小于0.7），满足应用条件要求。

建立振动压实值与常规检验指标之间的线性回归模型：

式中回归系数：

求得：a=81.8，b=0.09，x=81.8+0.09y。

线性回归模型建立后，可根据常规检测指标合格值确定目标振动压实值[VCV]，简称目标值，也可以通过振动压实测试结果预测常规检验指标。

图2 目标振动压实值[VCV]与压实度的关系

2.4 碾压过程控制

相关校核试验完成后，在路基碾压过程中可通过压实程度、压实均匀性和压实稳定性3个指标控制路基的压实质量。

2.4.1 压实程度控制

控制压实程度的目的是控制路基填筑体物理力学性能达到规定值，解决路基填筑体是否有足够强度和刚度支承上部结构的问题。碾压面上第i个单元的压实程度（VCVi）可通过式（5）进行判定：

由于压实质量受各种条件（如施工水平、填料变异或分布不均等）的影响，可通过碾压面压实程度通过率准则判定路基的压实程度。一般要求碾压面压实程度的通过面积（通过的测试单元数量）占碾压面积（测试单元总数量）的比值不小于90%，且不通过的测试单元呈分散分布状态。

2.4.2 压实均匀性控制

压实均匀性是指路基结构性能在碾压面上分布的一致性，控制的是路基填筑体物理力学性能的均匀分布程度，解决能否均匀支承上部结构的问题。压实度均匀性的控制准则可通过式（6）表示：

2.4.3 压实稳定性控制

压实稳定性主要是从控制填筑体物理力学性能的稳定程度方面考虑的，是指压实状态随碾压遍数变化程度的相对大小。一般用前后2遍压实振动值之差的相对大小进行判定。

式（7）中：VCVi为碾压轮迹上第i遍的振动压实值的检测结果；VCVi+1为碾压轮迹上第i+1遍的振动压实值的检测结果；δ为压实稳定性的控制精度，一般取1%～3%。

2.5 质量检测

路基填筑过程中，可对碾压面进行全面的连续检测，压实通过率判定与控制示意图见图3。浅色区域为振动压实值大于或等于按规范压实度设定的目标值，为合格区域。深色区域为振动压实值小于按规范压实度设定的目标值，为不合格区域。现场作业人员按照压实质量平面分布图，选取振动压实值不合格的区域进行检验，根据检验结果进行针对性补强，提高路基一次性验收合格率。

图3 碾压面压实通过率判定与控制示意图

3 结论

（1）依据《公路路基填筑工程连续压实控制系统技术条件》（JT/T1127—2017）的相关要求，组织设备安装调试和相关校验，数据分析表明连续压实指标与常规指标正相关，且相关性系数满足规范要求，依据线性回归方程，可通过测试VCV值对预测路基压实度。

（2）设备在数据试采集阶段出现VCV值离散性过大的问题，进一步分析论证表明：压路机的工作状态、填料质量、摊铺平整度等因素影响VCV值。路基摊铺过程中需选用工作状态良好的压路机，并保证填料的质量和摊铺平整度，获取的振动压实值才具有指导意义。

（3）通过对路基施工段落的连续压实检测，结果表明，通过该技术可将碾压面上的相关信息以压实状态分布图的形式反映出来，对欠压区域进行针对性的补强，保证路基压实合格率，提高施工效率。

（4）由于缺少相应的国家标准，市场上的连续压实设备质量参差不齐，数据采集结果偏差较大，相关校验工作耗费了大量精力，影响连续压实控制技术的推广。建议有关部门加快相关产品标准的制定工作，为该技术的推广应用奠定基础。