連續壓實過程監控系統（CPMS）在機場場道填筑中的應用

梁軍平，趙文斌，馬萬良

（1.清華大學環境學院，北京　100084；2.甘肅省機場投資管理有限公司，甘肅　蘭州　730000；3.西南交大土木工程設計有限公司，四川　成都　610000）

連續壓實過程監控系統（CPMS）在機場場道填筑中的應用

梁軍平1，趙文斌2，馬萬良3

（1.清華大學環境學院，北京100084；2.甘肅省機場投資管理有限公司，甘肅蘭州730000；3.西南交大土木工程設計有限公司，四川成都610000）

摘要：以甘肅隴南成州民用機場建設場道填筑質量控制為對象，采用連續壓實過程監控系統（CPMS）對場道填筑質量進行過程控制，并與常規檢測結果進行比對。結果表明：CPMS能夠對地基填筑質量實現由“點”的控制到連續控制，有效保證了施工質量，可在機場、港口場道施工中推廣應用。

關鍵詞：連續壓實；過程監控系統；機場；場道填筑

中圖分類號：U615.4；U416.1

文獻標志碼：A

文章編號：2095-7874（2015）03-0061-03

doi：10.7640/zggWjs201503013

收稿日期：2014-10-29修回日期：2014-12-05

作者簡介：梁軍平（1972—），男，甘肅天水市人，碩士，副研究員，環境工程專業。E-mail：1649959055@qq.com

App lication of continuous coMpaction processMonitoring systeMin airport road filling

LIANG Jun-ping1,ZHAO Wen-bin2,MA Wan-liang3
（1.SchoolofEnvironment,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.Gansu Province Airport Inwestment& Management Co.,Ltd.,Lanzhou,Gansu 730000,China;3.Southwest Jiaotong University CivilEngineering Design Co.,Ltd.,Chengdu, Sichuan 610000,China）

Abstract：Taking the quality control of Chengzhou Civil Airport road filling construction in Gansu Longnan as the object,we used continuous compaction processmonitoring systeM(CPMS) to control the road filling quality,and compared with conventionaldetection tests.The results shoWthatCPMScan realize continuous controlby replacing the'point'control for filling quality control,effectively to ensure the construction quality,which can be popularized and applied in road construction in the airport and port.

Keywords：continuous compaction；process control system；airport；road filling

0　引言

壓實是機場場道、港口基礎填筑施工過程中的關鍵工序，松散材料只有通過有效壓實才能獲得足夠的強度和穩定性[1]。長期以來，在控制填筑體壓實質量時，一般采用K、K30、EVD、EV2等常規控制指標，是事后控制、“點”的控制，發現問題很難及時處理，處理范圍也很難界定，很容易造成合格區域的“過壓”。連續壓實過程監控系統（CPMS）作為一項新型的填筑質量控制技術，起源于上世紀80年代末的德國和瑞士等西方國家，國內經過多年來的研究已經趨于成熟，目前主要大面積應用在高速鐵路路基填筑質量的控制中，并且取得了很好的效果，但在公路、民航、水利、港口等領域還未推廣應用，尤其在地形復雜、填料為細粒土、深填高挖等特殊條件下的機場場道和港口建設中應用更少。本文以甘肅隴南成州民用機場為依托項目，就連續壓實過程監控系統（CPMS）在地基填筑中的應用技術進行研究分析。

1　成州民用機場工程簡介

1.1工程概況

甘肅隴南成州民用機場位于成縣店村鎮，屬

黃土高原中低山丘陵地帶，中心點設計標高為1 124.5 m。跑道中心點距新江武公路約1 km，高程在1 078.09～1 157.47 m之間，最大高差約80 m，為典型的山區機場，受地形地貌限制，在建設過程中需對場地進行大規模的挖填改造。

1.2工程質量控制

因機場修建在山梁上，填料為細粒土（粉質黏土），而且需要深填高挖，其最大填方高度達60 m（見圖1），場道填筑的壓實控制是工程質量控制的最大難點之一。為此，建設單位改變傳統的檢測方法，引入CPMS技術，將其與常規檢測有機結合，解決常規檢測無法實現過程控制的弊病，同時加大對施工過程的監控，減少人為因素的干擾，大大提高了質量控制精度和效果。

圖1　1號邊坡坡段構成（均坡1∶2）Fig.1 The grade section constituentsof No.1 slope

2　CPMS的工作原理及優點

CPMS技術以動力學作用原理為理論基礎，基于克服常規控制方法的不足而提出的，是壓實質量控制的進一步發展[2]。

2.1傳統壓實質量檢測控制方法的缺點

目前國內壓實質量控制的傳統方法主要依靠常規指標，存在很大局限性，主要表現在：1）由于常規實驗都是在工序結束后進行的，屬于結果控制，很難在碾壓過程中進行控制。2）費時費力，對施工干擾大，取得的“抽樣點”值很難反映整個碾壓面壓實質量情況。3）發現個別點不滿足要求時，很難界定重新碾壓范圍，若全部碾壓可能會造成部分區域的“過壓”。4）抽樣檢驗適合樣本總體較均勻的情況，當填料不均勻時，抽樣點是否具有代表性值得懷疑。

2.2CPMS的工作原理

將振動壓路機的碾壓過程看作是一種動態荷載試驗過程，原則上與平板荷載試驗基本相似[3]。在填筑碾壓過程中，根據土體與振動壓路機相互動態作用原理，通過連續量測壓路機振動輪豎向響應信號，建立檢測評定與反饋控制體系，實現對整個碾壓面壓實質量的實時動態監測與控制。

壓路機施加給振動輪激振力，同時土體給振動輪抵抗力并引起相應的振動響應。根據動力學和系統識別原理，通過對振動輪振動響應的實時量測和處理，得到與土體結構抗力有關的指標——振動壓實值VCV，再通過對整個碾壓面上各點VCV值分析評價壓實質量，如圖2所示。

圖2　CPMS基本原理Fig.2 Basic principle of CPMS

2.3CPMS的優點

連續壓實控制技術在填筑施工過程中可以實現多項控制功能，其中過程控制（壓實程度、壓實均勻性、壓實穩定性）和質量檢測（壓實狀態分布）可以根據施工要求有選擇性地應用，與傳統壓實質量檢測控制方法相比，CPMS具有高效率、高精度、操作簡單等特點，而且能夠實時對“面”進行壓實控制。

3　CPMS在成州機場場道填筑上的應用

根據CPMS操作手冊要求，比照《鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程》[4]和《公路路基與基層填筑工程連續壓實系統技術標準》，采用CPMS進行場道填筑壓實質量控制，首先應進行對比試驗，建立連續壓實控制指標VCV與常規控制指標（壓實系數K）之間的關系，確定相關系數r，在相關系數滿足要求（r≥0.7）的基礎上才能采用CPMS進行質量控制。

3.1建立VCV與K之間的關系

由于成州機場場道填料為細粒土（其常規物理指標如表1），現場采用壓實系數K作為質量控制的常規檢測指標，并建立VCV與K之間的相關關系，確立相關系數和連續壓實控制目標值[VCV]。根據現場試驗數據，建立其對應關系（如圖3所示）。

由圖3看出：VCV與K之間相關系數r= 0.74，大于0.7，滿足規范要求。根據民用機場施工質量控制要求，滿足質量要求的壓實系數K= 0.93，根據計算對應的連續壓實質量控制目標值[VCV]= 302 kN/m。因此，在后續施工中，當壓

路機型號、填筑工藝、填料相同的情況下，即可以采用CPMS技術，以[VCV]= 302 kN/m為目標控制值進行連續壓實質量控制。

表1　粉質黏土物理指標Table 1 Physical index of silty clay

圖3　VCV與K的關系圖Fig.3 The relation of VCV and K

3.2質量檢測結果

對施工現場調查和前期相關數據的分析表明，受當地自然環境的影響，該處填料及其含水量不易控制，波動性較大。

在成州機場場道填筑工程中，從“壓實狀態分布圖”中提取壓實薄弱點進行常規檢測，做“最小風險控制”。若常規檢測合格則判定為該區域壓實質量合格；若常規檢測不合格則對“壓實狀態分布圖”中的壓實薄弱區域進行“補壓”。

現對成州機場P107 + 065—P107 + 165（里程樁號）“壓實狀態分布圖”（圖4）進行檢測結果驗證，對圖上顯示的碾壓薄弱區域進行常規檢測。

圖4　壓實狀態分布圖Fig.4 Layoutplan of coMpaction condition

圖4中深色區域為壓實質量薄弱區，從中提取常規檢測點并對測得的數據進行對比，見表2。

表2數據顯示，當VCV > 302時，所提取的5個點（1～5號）基本達到K=0.93合格的要求，但由于填料、特別是含水量的變異性導致VCV與K之間對應關系也發生一定變異，如3號點。當VCV < 302時，提取的4個點（6～9號）均不能滿足要求，需經過“補壓”處理，方可達到要求，

這樣既可以為常規檢測提供取點依據，并且可以找出合理的、需要補壓處理的范圍。

表2　VCV與K值對比表Table 2 CoMparison of VCV and K value

4　結語

采用連續壓實狀態分布圖可以有效鑒定壓實質量，且較易判斷壓實薄弱區域的界限。成州機場場道填筑通過應用連續壓實監控系統，大大提高了機場場道填筑質量，保證各項指標值均能達到或高于場道填筑質量指標要求值，質量合格率達到99.8％。由此可以看出，CPMS技術對機場場道填筑質量控制優勢明顯，實現了由“事后檢測”到“過程控制”的轉變，有效地保證了施工質量，可在機場、港口場道填筑施工中推廣應用。

參考文獻：

[1]徐光輝，高輝，王哲人.路基壓實質量連續動態監控技術[J].中國公路學報，2007（3）：17-22. XU Guang-hui,GAO Hui,WANG Zhe-ren.Continuous dynamic monitor technology on subgrade compaction quality[J].China JournalofHighwayand Transport,2007(3):17-22.

[2]官文龍.路基壓實過程監控系統應用研究[J].路基工程，2013 （1）：165-167. GUAN Wen-long.Study on application ofmonitoring systeMin subgrade compaction process[J].Subgrade Engineering,2013(1)：165-167.

[3]徐光輝，高輝，王哲人.級配碎石振動壓實過程的連續動態監控分析[J].巖土工程學報，2005（11）：35-37. XU Guang-hui,GAO Hui,WANG Zhe-ren.Analysisofcontinuous dynamicmonitoringon vibrating compaction processofgraded broken stone[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2005 (11)：35-37.

[4] TB 10108—2011，鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程[S]. TB 10108—2011,Technical code for continuous compaction controlof fillengineeringof railwayearth structure[S].