路基智能壓實系統應用技術探討

張選鋒

(中鐵一局集團陜西華營工程建設監理有限公司，重慶 401121)

1 工程概況

新建蘭新鐵路第二雙線甘青段LXS-17標段，起止里程為DK1015+000～DK1119+679，線路穿越甘肅、瓜州、柳園極旱荒漠國家級自然保護區，屬中溫帶干旱大陸性氣候區，區域內年均蒸發量為降水量的30倍～50倍，氣候異常干燥，降雨量小。線路正線長104．679 km，其中路基長99．641 km，約占管段內線路長度的95．2%。標段路基土石方1 103萬m3。

由于路基所占比例高，再加上柳園戈壁灘地區施工用水奇缺，需用火車從遠在300 km外的哈密經2次倒用解決。取土后從加水燜料，到上料后攤鋪碾壓各個環節由于風速大，水分蒸發損耗極大，攤鋪初平后還要補水，導致填料含水率需達到7%以上方可滿足施工需要。這樣一來，致使路基施工成本費用大幅度增加。

為加強路基施工質量的過程控制，提高工效，降低施工成本，蘭新鐵路第二雙線推廣路基智能壓實系統，這是我國第一次在鐵路工程建設中大面積應用，對實現客專鐵路路基施工機械化、信息化建設具有積極意義。

該標段在路基施工中共安裝智能壓實系統的壓路機共計40臺，建設GPS基站7座，基本能滿足路基填筑壓實施工的需要。相關圖示見圖1～圖4。本文將對路基智能壓實系統的應用技術做一分析探討。2 施工參數、工藝參數

圖1 智能壓實系統地面基站

圖2 壓路機振動輪上的壓實傳感器

圖3 駕駛室里的顯示控制器

圖4 壓路機頂部GPS接收機和無線電接收器

2．1 施工參數

2．1．1 目標CMV值

CMV值是通過壓路機振動輪上加裝的加速度傳感器，實時記錄振動時路面反彈硬度而計算出來的數值，通過CMV值來控制壓實質量。

2．1．2 CMV與EVD的相關性

CMV值、EVD(動態變形模量)均屬動態獲取的壓實參數，二者具有相關性;在路基試驗段工藝性試驗過程中可通過EVD與CMV的相關性利用散點圖對數據分析可知，在預設的碾壓遍數范圍內隨著碾壓遍數的增加，EVD與CMV值成正比例關系。

2．2 工藝參數

2．2．1 碾壓厚度、填層平整度

根據(同填料)試驗段獲取的工藝參數在系統中預設填筑厚度;實際平均填筑厚度是系統根據上下相鄰填層每個點位的高程變化計算出的實際填筑厚度平均值。

2．2．2 碾壓遍數

根據試驗工藝參數在系統中預設碾壓遍數;智能壓實系統的碾壓遍數是GPS定位獲得，實際平均碾壓遍數是系統根據每個位置通過遍數計算的平均值;碾壓遍數百分比是系統按作業區域不同位置不同遍數進行的統計。

2．2．3 碾壓速度

根據工藝試驗總結的最佳碾壓速度為2．5 km/h～4．0 km/h。

2．3 質量分布均勻性

CMV值是控制路基智能壓實質量的核心指標;顯示屏顯示的內容有:1)目標CMV值;2)平均CMV值;3)CMV百分比;4)薄弱區域的位置。

1)目標CMV值是利用常規土工試驗方法通過EVD與CMV試驗相互印證，通過線性回歸圖表、方程分析取得，目標CMV值是大面積路基施工同填料壓實度的目標值。

2)平均CMV值是碾壓結束后系統計算的當前區域內壓實度的平均值，該數值可反映路基的一個綜合壓實情況。

3)CMV值百分比是指實際碾壓CMV值占目標CMV值各個區間的百分比。

4)薄弱區域是對路基面壓實度較弱位置進行的客觀描述，薄弱點的數量可以在系統中進行設定，篩選出來的點位根據樁號及偏移量顯示。

3 具體應用情況

3．1 檢測程序、實際總結出的工藝參數

3．1．1 路基本體及基床底層檢測程序

為保證工程實體質量及要求，路基檢測工作在自檢合格后，每壓實層均由現場監理工程師見證試驗;檢測項目為:地基系數K30(90 cm厚填層檢測一次，100%見證)，壓實系數K，動態變形模量EVD。三項指標合格后，填寫申請委托單，經現場監理確認后，報請試驗監理工程師到現場進行平行檢測。檢測項目為:壓實系數K，動態變形模量EVD，抽檢K30;平檢頻率大于10%以上。檢測合格后通知下一道工序施工。

3．1．2 A，B組填料試驗段工藝總結出的參數

路基填筑碾壓完畢后，經現場檢測驗證，在機手規范操作下，路基A，B組填料現場測定含水率為3．8%～5．3%，攤鋪厚度30 cm左右，碾壓遍數16遍以上，路基壓實質量一檢通過率較高，且壓實系統顯示CMV值滿足采集數據要求。

3．2 路段的檢測情況

3．2．1 DK1015+100～DK1015+300段檢測數據

該段路基填筑取土場位于DK1016+200左側550 m，細角礫土，屬B類土，根據擊實試驗結果最大干密度為2．20 g/cm3，最優含水率為5．30%。

1)第三層換填:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數16．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度30．5 cm;CMV目標值60，CMV平均值69．7;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

2)墊層第二層:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數17．2遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度30．2 cm;CMV目標值60，CMV平均值69．6;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

3)基床以下第三層:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數16．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度30．7 cm;CMV目標值50，CMV平均值71．3;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

4)第六層:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數17．5遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度30．2 cm;CMV目標值60，CMV平均值69．2;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

5)第九層:智能壓實系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數17．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度30．1 cm;CMV目標值60，CMV平均值65．4;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

6)基床底層第三層:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數16．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度29．3 cm;CMV目標值60，CMV平均值64．4;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

7)第六層:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數17．4遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度29．5 cm;CMV目標值60，CMV平均值68．1;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

實際檢測數據見表1。

表1 DK1015+100～DK1015+300段檢測數據

3．2．2 DK1025+100～DK1025+200段檢測數據

該段路基填筑取土場位于DK1024+900左側540 m，細角礫土，屬A類土，根據擊實試驗結果最大干密度為2．34 g/cm3，最優含水率為5．4%。

1)墊層第二層:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數16．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度29．3 cm;CMV目標值60，CMV平均值69．7;薄弱區域:CMV值較弱點:無;

2)基床以下第三層:系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數17．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度31 cm;CMV目標值60，CMV平均值69．6;薄弱區域:CMV值較弱點:無;

3)第四層:智能壓實系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數16．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度30．2 cm;CMV目標值60，CMV平均值71．3;薄弱區域:CMV值較弱點:無;薄弱區域:CMV值較弱點:無;

4)基床底層第三層:智能壓實系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數17．5遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度31 cm;CMV目標值60，CMV平均值69．2;薄弱區域:CMV值較弱點:無;

5)第六層:智能壓實系統設定碾壓遍數18遍，實際平均碾壓遍數17．9遍;設定填筑厚度30 cm，實際平均填筑厚度30．4 cm;CMV目標值60，CMV平均值65．4;薄弱區域:CMV值較弱點:無。

實際檢測數據見表2。

表2 DK1025+100～DK1025+200段檢測數據

4 效能分析

4．1 智能壓實系統與傳統壓實的比較

使用智能壓實系統是質量控制技術創新的一種體現，是“三階段、四區段、八流程”路基施工工藝的拓展。它對于控制路基填筑施工質量、提高工效具有推動作用。

經過一段時間使用，我們總結出智能壓實系統比傳統壓實方法具有以下優點:

1)能夠有效控制壓實施工的全過程。目前“規范”規定的路基壓實質量控制指標主要有壓實度K，K30，EVD和EV2等。這些指標的取得主要依靠現場“抽樣”試驗進行，屬于“點”控制和“事后”控制，難以過程控制和全面控制。壓路機安裝智能壓實系統后駕駛室內的控制箱能夠實時顯示整個作業面壓實狀況，使機手無需再憑猜測和感覺施工，減少了因人為因素造成的漏壓或過壓現象的發生。碾壓完成后，檢測人員根據壓實記錄顯示的薄弱區域進行有針對性的試驗檢測，結合抽檢點的檢測結果來反映整個面的壓實度，使得施工質量分布均勻性大為提高。

2)能有效的控制路基填筑設計范圍內的寬度、碾壓遍數、壓實厚度，特別是對壓實薄弱區段具體位置的顯示，取消了現場檢測工作的盲動性。

3)能詳細記錄路基碾壓起始時間，碾壓區段的里程、高程，保證了預設的填層厚度、高程、碾壓時間，基本消除了人為忽視質量弄虛作假的現象。

4)能有效地反映大面積的填料攤鋪厚度。按照“驗標”規定，攤鋪厚度每100 m見證檢測一處，這并不能起到有效控制大面積攤鋪厚度的作用。使用智能壓實系統后，第一遍靜壓攤鋪厚度便被全面、清晰的反映出來，對于及時調整控制攤鋪厚度起到了指導作用。

5)能夠清晰反映壓實過程中的薄弱區域，指導碾壓過程中對薄弱區域加強碾壓，達到壓實效果的最大保證。由于填料含水率的不均勻、攤鋪厚度的誤差，在同樣碾壓遍數的情況下，難免會出現局部碾壓效果較差。在未使用智能壓實系統時，主要是靠施工人員和檢測人員的直觀檢查發現，發現問題后再次調用壓路機進行補充碾壓，既耗費時間又不一定能使薄弱區域得到全部的處理。使用智能壓實系統后，可以及時反映出漏壓區、薄弱區，使得碾壓過程中能夠及時對一些薄弱區域進行補充碾壓，從而有效保證了全區段的壓實質量。

因此，該系統在路基填筑施工中的廣泛使用，不僅使路基檢測各項指標的“一檢合格率”得到較大提高，從而使路基填筑施工過程質量控制得到了明顯加強。

4．2 對加強現場質量監控發揮的作用

1)通過智能壓實系統對壓實過程的實時監控，提高了施工管理人員對施工全過程管控力度。

2)減少了重復檢測、機械調配，縮短了檢測時間，在一定程度上加快了路基施工進度，從而降低施工成本。

3)智能壓實系統的應用，使路基施工過程由過去的“人控”變為“數控”，最大化的發揮了壓實機具的功能，使路基的壓實質量過程控制發生了質的飛躍。

4)降低了現場檢測人員的勞動強度，提高了工作效率。

5 智能壓實系統使用中存在的問題和建議

1)目標CMV的取值目前尚未形成一套切實可行的理論體系和應用規范。沒有與驗標規定的檢測指標建立對應的數學關系，與現行驗標規定的檢測項目不匹配，需要在施工準備階段進行CMV與驗標規定的K，K30，EVD和EV2等做驗證轉換，目前需行業部門加快研究，形成一套切實可行的理論體系和應用規范。

2)戈壁丘陵兼處風區，基站信號不穩定，壓路機接收信號時有中斷，大風天氣信號差或無接收信號，導致作業面定位不準確。有必要對接收信號進行不斷的改進和優化。

3)路基區段作業時，由于個體壓路機之間數據不能共享，必須固定在該區段，不能隨意調配作業;致使機械閑置，利用率不高，施工項目上有必要根據控制中心，便于個體壓路機數據資源共享，以達到真正意義上的信息化管理。

4)壓路機實際碾壓輪跡與壓實系統設定的路徑存在不一致情況。當壓路機轉向時，壓實系統采集數據失真。

5)建議增加能夠反映平整度、橫縱坡指標設備裝置，以便在第一遍靜壓后便可出具平整度及坡度指標，指導平地機手及時調整平整度及橫縱坡，使路基成型質量內實外美。

6)機手業務不熟練，進入和離開作業面時疏忽大意，忘記開、關機，導致部分打印小票失真，與現場實際情況不符。因此要加強對操作人員的教育培訓。

［1] TB 10102-2004，鐵路工程土工試驗規程［S］．

［2] TZ 1214-2005，客運專線鐵路路基工程施工技術指南［S］．

［3] TZ 1214-2005，客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準［S］．