淺談強夯路基連續檢測及質量監控

向勁

摘要：文章首先分析強夯路基連續檢測的技術原理，詳細分析路基連續壓實檢測技術能夠對路基進行全面的質量控制。

關鍵詞：強夯路基；連續檢測；質量；監控

目前，在路基填筑過程中，強夯技術的應用較為普遍。因為，路基最重要的是具有足夠的承載能力，以及在荷載和自然力的綜合作用下能保持長期的均勻和穩定的狀態，強夯沖擊動能強，影響深度大，是比較有效的技術處理措施。但其施工質量的控制方法較為單一，主要還是通過灌砂法檢測的壓實度作為控制指標。對于因為大粒徑填料太多而無法采用灌砂法的路基，則采用水準儀觀測沉降的辦法，規定碾壓或夯實方式前后沉降差不大于 5cm，并視其表面無輪跡為合格標準。也有采用重型動力觸探、平板靜荷載試驗及承載板法測土基的承載能力的方法，最后以滿足設計承載能力為合格標準。但這些方法在使用時都需要滿足一定試驗檢測條件，存在一定的局限性。本文采用振動壓路機在碾壓過程中與路基相互作用的動態響應信息的連續量測技術，將動態響應與常規檢驗指標進行標定，得到二者之間的相關性，從而實現了對強夯路基質量的連續檢測與控制。

1連續檢測的技術原理

1.1路基抗力識別原理

若想實現對路基壓實質量的連續檢測，必須有連續的檢測設備。為此可以將振動壓路機看作是一種動態激振設備，利用其在碾壓行走的工作過程進行動態試驗。以振動輪為研究對象，則不管路基的狀態如何，都可以表示成抗力對它的反作用，這是一個多輸入單輸出問題。由于振動輪系統本身是一個線性系統，這樣就極大地方便了識別工作。因為對于線性系統而言，如果兩個輸入中的一個是已知的，則可以通過對響應的測試分析來了解另一個輸入的信息，這是線性系統的特點。由于振動輪受到兩個輸入作用，一個為壓路機本身的激振力P( 已知) ，另一個為路基抗力F( 未知) ，其輸出為振動輪的動態響應 X，可以實測得到。因此根據已知P，實測 X，可以識別出路基抗力 F。

由牛頓第二定律的要求建立振動輪的動力學方程。壓實機具系統的動力學方程可以表達成下式:

Mx+F(x)=Psinωt （1）

P=meω2=4π2mef2 （2）

其中: M為壓路振動輪質量; P為激振力幅值; e為偏心距; m 為偏心質量; ω 為振動角頻率，ω=2πf；F(x) 為路基對振動輪的反作用力，即路基抗力。

上述動力學方程看似簡單，實際上是很復雜的，本質上為非線性彈塑性動力學方程，很難求得解答，只有在特殊情況可以求解。困難之一是 F(x)與x之間的非線性關系不清楚，位移既包括彈性部分又包括塑性部分; 困難之二是激振力和位移之間相差一個相位角也是未知的。但是我們可以對其進行定性分析，這也是目前處理非線性問題的普遍方法。

理論推導和實測數據表明，在振動系統本身穩定、激振力固定的條件下，加速度響應與系統抗力之間存在著線性對應關系。因此本文選取振動輪的加速度作為抗力指標，它能很好地反映抗力的變化信息。

1.2連續測試模式

試驗測試時，將壓實過程監控系統（CPMS）安裝在振動壓路機上，進行壓路機動態響應信號的連續檢測，經實時處理后可及時顯示在屏幕上。路基壓實狀態的變化體現在強度、剛度和穩定性方面，并綜合地表現在其結構抗力的變化上。隨著路基塑性變形的減小，壓實狀態由低級穩定向高級穩定狀態轉移，路基抗力 F 在不斷增大，壓路機的動態響應 X也隨之增大，這種變化綜合地反映到壓實過程監控系統( CPMS) 中，便成為動態監控的依據。

2試驗結果分析

2.1振動輪動態響應 X 與路基彎沉之間的對應關系

對本文建立現場使用壓路機動態響應與路基彎沉之間的對應關系。經過現場實測，建立了如圖 1所示的對應關系。

圖1彎沉與動態測試結果關系圖

根據彎沉與動態測試結果關系建立的回歸方程，其相關系數為 0.87。根據規范要求，路基回彈模量30MPa 對應的彎沉為 310.5(0.01mm) ，考慮季節修正系數1.2，最后得合 格彎沉為258.7( 0.01mm) 。相應的動態測試結果為 61.61m/ss。因此利用這種對應關系，采用同一臺振動壓路機、同一振動參數，便可以對路基進行連續的壓實檢測了。

2.2路基質量的連續檢測結果分析

按照圖 1 所示的回歸關系，采用該振動壓路機對試驗路段路基在強夯之后的質量進行了全面的測試。由路基合格彎沉對應的動態響應作為控制合格的標準。將這個標準值輸入到 CPMS 中，這樣當壓路機進行碾壓時，在其駕駛室內的屏幕上就會實時地給出合格與不合格的信息，以圖形方式提供給使用者，如圖 2 所示。整個區域碾壓完畢后，將給出一張反映該段路基總體情況的壓實質量分布圖，其中紅色表示合格，綠色為不合格，如圖 3~圖 4 所示。

從兩段路基連續檢測試驗結果看，不合格的區域占了 50%以上，同時反映出壓實是不均勻的。究其原因，主要有兩點，其一是強夯是采用一定間隔進行，盡管最后又采用振動壓路機進行了補充碾壓，但是由于強夯造成的不均勻并不會消失; 其二是填土的含水量偏大，致使壓實質量差，導致質量不合格區域的比例增大。上述壓實質量的連續分布圖非常形象地給出了檢測結果，這種結果是常規檢測很難完成的，可見連續檢測具有更大的優越性，特別是在路基的施工過程控制中。將這種檢測結果提供給有關單位，可以為進一步的工程處理提供依據。根據本文的檢測結果，對壓實不合格區域進行必要的處理。

圖2碾壓輪跡上的動態響應曲線

圖3A段強夯路基的連續檢測結果

圖4B段強夯路基的連續檢測結果

3結語

路基連續壓實檢測技術能夠對路基進行全面的質量控制，經過與常規試驗的對比分析，建立一定的對應關系，可以在碾壓現場及時地給出面的碾壓質量分布圖，為有關單位進行工程處理提供可靠依據。

參考文獻

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