中德路基連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

賈莉浩，董學(xué)軍

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢430023；2.武漢市城市管理局材料站，湖北 武漢430012）

中德路基連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

賈莉浩1，董學(xué)軍2

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢430023；2.武漢市城市管理局材料站，湖北 武漢430012）

壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)是路基壓實(shí)的重要內(nèi)容。在對(duì)比中德兩國(guó)路基連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了兩國(guó)在壓實(shí)程度和壓實(shí)穩(wěn)定性評(píng)判方面的共性與差異。分析得出：在壓實(shí)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)方面，相比德規(guī)采用的雙變量指標(biāo)，我國(guó)采用的單變量指標(biāo)未能考慮不合格區(qū)域壓實(shí)值；在壓實(shí)穩(wěn)定性方面，我國(guó)規(guī)范未考慮土體對(duì)水的敏感性。故我國(guó)連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系與德國(guó)的體系相比仍存在一定的差距，尤其是相關(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還需要進(jìn)行改進(jìn)。最后，針對(duì)規(guī)范存在的問題，提出了進(jìn)一步改進(jìn)的思路。

路基壓實(shí)；連續(xù)壓實(shí)控制；壓實(shí)程度；壓實(shí)穩(wěn)定性

0　引言

常規(guī)質(zhì)量檢測(cè)采用抽樣方式進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，只能檢測(cè)局部點(diǎn)的壓實(shí)質(zhì)量屬于事后檢測(cè)，較難滿足路基壓實(shí)質(zhì)量要求［1］。而能夠?qū)φ麄€(gè)碾壓面壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)控和檢測(cè)的連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)為路基填筑質(zhì)量提供了一個(gè)嶄新的途徑［2］。近年來，此技術(shù)在土體壓實(shí)方面得到了廣泛的應(yīng)用。

建立合理的連續(xù)壓實(shí)控制規(guī)范是連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)應(yīng)用于路基壓實(shí)的重要前提，國(guó)內(nèi)外均制定了相應(yīng)的連續(xù)壓實(shí)規(guī)范。美國(guó)眾多州與聯(lián)邦公路管理局（FHWA）聯(lián)合進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)并制定了相應(yīng)的規(guī)范［3］；德國(guó)經(jīng)過相關(guān)試驗(yàn)制定了ZTVE-StB系列規(guī)范［4］；瑞典推出了相應(yīng)的BYA系列規(guī)范；奧地利推行了RVS 8S.02.6規(guī)范。我國(guó)于2011年12月1日施行了TB 10108-2011《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)程》［5］以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）。本文從壓實(shí)程度、壓實(shí)穩(wěn)定性及壓實(shí)均勻性的判定三方面分析我國(guó)現(xiàn)行《規(guī)程》與德國(guó)ZTVE-StB-2010規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱《德規(guī)》）中評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的異同及優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上指出兩國(guó)規(guī)范現(xiàn)存的問題，以及針對(duì)這些問題可采取的方法。

1　壓實(shí)程度判標(biāo)對(duì)比

1.1中國(guó)壓實(shí)程度判定指標(biāo)

壓實(shí)程度是指路基在碾壓過程中，表征碾壓層物理力學(xué)狀態(tài)的指標(biāo)達(dá)到規(guī)定值的程度。《規(guī)程》中，壓實(shí)程度是通過檢測(cè)單元壓實(shí)值與設(shè)定的目標(biāo)振動(dòng)壓實(shí)值比較進(jìn)行判定。第i個(gè)檢測(cè)單元壓實(shí)程度按式（1）計(jì)算。式中：VCVi表示第i個(gè)檢測(cè)單元振動(dòng)壓實(shí)值的檢測(cè)結(jié)果；［VCV］是由相關(guān)性校驗(yàn)確定的目標(biāo)振動(dòng)壓實(shí)值。

當(dāng)滿足式（1）時(shí)，表明第i個(gè)檢測(cè)單元壓實(shí)程度合格。《規(guī)程》規(guī)定碾壓面壓實(shí)程度按合格檢測(cè)單元數(shù)占總檢測(cè)單元數(shù)的比例不小于95%進(jìn)行控制。

1.2德國(guó)壓實(shí)程度判定指標(biāo)

德國(guó)于2008年發(fā)布的ZTVE-StB-08規(guī)范在假設(shè)連續(xù)壓實(shí)值符合正態(tài)分布的基礎(chǔ)上，提出了壓實(shí)通過率須大于90%的規(guī)定（見圖1），可得當(dāng)通過率為90%時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界壓實(shí)值大小為μ±1.28·σ。當(dāng)滿足式（2）時(shí)，通過壓實(shí)程度驗(yàn)收。

圖1　壓實(shí)程度判定示意圖

式中：MVi為點(diǎn)i的壓實(shí)值，μ為壓實(shí)值均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

此方法基于統(tǒng)計(jì)學(xué)中的置信區(qū)間的概念，但當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定誤判：在情況B中，雖然通過率大于90%（置信率為10%），但是不合格壓實(shí)值過小，屬于薄弱區(qū)域，需進(jìn)行補(bǔ)壓；而在情況A中，雖然通過率小于90%，但不合格值均非常接近壓實(shí)目標(biāo)值，通常的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)常會(huì)接受這樣的表面（見圖2）。

圖2　兩種特殊的壓實(shí)值分布情況曲線圖

鑒于上述方法未考慮不合格區(qū)域壓實(shí)值與壓實(shí)目標(biāo)值的關(guān)系，ZTVE-StB-10規(guī)范在綜合不合格區(qū)域面積和不合格壓實(shí)值的基礎(chǔ)上，提出了壓實(shí)程度判定新指標(biāo)U，具體見下式：

式中，MVi為點(diǎn)i的壓實(shí)值；Tm為壓實(shí)目標(biāo)值；Bi為MVi對(duì)應(yīng)的面積。

由U的定義可以看出，U是無量綱的指標(biāo)，且當(dāng)U越小，則壓實(shí)程度越好。《德規(guī)》根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，規(guī)定了不同工況下的U的目標(biāo)值Ut，具體見表1所列。

表1　不同壓實(shí)工況下的Ut值表

1.3優(yōu)缺點(diǎn)分析

《規(guī)程》在利用面積通過率指標(biāo)進(jìn)行壓實(shí)程度評(píng)價(jià)時(shí)，僅考慮了不合格區(qū)域所占比例，并未考慮不合格壓實(shí)值與壓實(shí)目標(biāo)值相差多少，有可能出現(xiàn)圖2所示的誤判情況。為此，《德規(guī)》綜合不合格區(qū)域所含比例，以及不合格壓實(shí)值的大小，利用面積與壓實(shí)值大小的加權(quán)，提出了同時(shí)考慮兩者的指標(biāo)并驗(yàn)證了其合理性及適用性，較《規(guī)程》提出的單變量指標(biāo)（面積通過率指標(biāo)）更全面合理。

2　壓實(shí)穩(wěn)定性指標(biāo)對(duì)比

2.1中國(guó)壓實(shí)穩(wěn)定性判定指標(biāo)

壓實(shí)穩(wěn)定性表示在振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)工藝參數(shù)一定的情況下，路基壓實(shí)狀態(tài)隨碾壓遍數(shù)變化的性質(zhì)，是控制填筑體物理力學(xué)性能穩(wěn)定程度的重要措施。《規(guī)程》認(rèn)為隨著碾壓遍數(shù)的增加，連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)值呈增加趨勢(shì)，當(dāng)碾壓遍數(shù)增加到一定量的時(shí)候，壓實(shí)指標(biāo)值增長(zhǎng)緩慢，最終理論上會(huì)趨于零，壓實(shí)穩(wěn)定性應(yīng)按同一碾壓輪機(jī)上前后兩遍振動(dòng)壓實(shí)值VCV變化率不大于進(jìn)行控制，如圖3所示。VCVi表示碾壓面上第i個(gè)檢測(cè)單元振動(dòng)壓實(shí)值。《規(guī)程》采用相關(guān)方程，按照對(duì)應(yīng)的常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)（如K30，Evd等）的變化率確定穩(wěn)定性評(píng)判指標(biāo)。常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化率不大于5%時(shí)，壓實(shí)穩(wěn)定性滿足要求。鐵道部相關(guān)研究結(jié)果表明，地基系數(shù)K30的變化率為5%時(shí)，對(duì)應(yīng)的振動(dòng)壓實(shí)值的變化率約為1%～2%，所以穩(wěn)定性參照不大于2%的精度進(jìn)行。

圖3　碾壓遍數(shù)與壓實(shí)穩(wěn)定性曲線圖

此穩(wěn)定性控制方法需要對(duì)每個(gè)單元的變化率都進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際操作控制中不方便。所以《規(guī)程》規(guī)定可根據(jù)實(shí)際情況，取一段長(zhǎng)度（如5 m）的壓實(shí)平均值計(jì)算其變化率。

2.2德國(guó)壓實(shí)穩(wěn)定性判定指標(biāo)

《德規(guī)》在研究了不同類型填料壓實(shí)特性的基礎(chǔ)上提出了穩(wěn)定性控制指標(biāo)。根據(jù)填料對(duì)水的敏感度，將填料分成粗粒土和混合顆粒土（含細(xì)顆粒土），在保證相同試驗(yàn)條件下，得到的兩類填土碾壓遍數(shù)與振動(dòng)壓實(shí)值的變化規(guī)律如圖4所示。

從圖4可以看出，在壓實(shí)過程中，兩類土開始的壓實(shí)值都呈上升趨勢(shì)，是一個(gè)從松動(dòng)狀態(tài)到其致密化的一個(gè)過程，在壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，兩類土開始呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)。但由于粗粒土由于排水速度快，在下一遍壓實(shí)時(shí)水已經(jīng)排出，故再次壓實(shí)時(shí)變化不大，此時(shí)可認(rèn)為土體基本達(dá)到了穩(wěn)定的壓實(shí)狀態(tài)。而對(duì)水敏感的混合顆粒土或細(xì)粒土填料由于排水速度慢，密實(shí)到一定程度后，若再壓實(shí)則會(huì)產(chǎn)生很大的水壓力，使得土骨架處于不穩(wěn)定狀態(tài)，振動(dòng)壓實(shí)值也顯著下降趨勢(shì)，《德規(guī)》規(guī)定在這種情況下要停止碾壓。綜上分析，可知不論哪種填土，當(dāng)下一遍的壓實(shí)值開始有減小趨勢(shì)時(shí)，認(rèn)為壓實(shí)已經(jīng)穩(wěn)定，并應(yīng)該停止碾壓。

圖4　壓實(shí)遍數(shù)與壓實(shí)值變化規(guī)律曲線圖

《德規(guī)》采用壓實(shí)程度控制中用到的參數(shù)zn= μn-1.28σn作為壓實(shí)代表值表示整個(gè)碾壓面的壓實(shí)情況，通過分析每一遍的壓實(shí)代表值的變化評(píng)判壓實(shí)穩(wěn)定性。其中，zn為第n遍的壓實(shí)代表值，而μn、σn分別為第n遍的壓實(shí)平均值及壓實(shí)值標(biāo)準(zhǔn)差。

當(dāng)滿足式（5）時(shí)，即認(rèn)為不能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的壓實(shí)，達(dá)到壓實(shí)穩(wěn)定性要求并應(yīng)停止碾壓。

2.3優(yōu)缺點(diǎn)分析

《規(guī)程》將壓實(shí)區(qū)域劃分為許多小的網(wǎng)格，通過評(píng)判每個(gè)網(wǎng)格的壓實(shí)穩(wěn)定性來判定整個(gè)區(qū)域壓實(shí)的穩(wěn)定性，合理的網(wǎng)格劃分能夠得到較精確的穩(wěn)定性評(píng)判結(jié)果。但由于不同的土體對(duì)水的敏感性不同，對(duì)水敏感的土體在壓實(shí)過程中壓實(shí)值并不是一直增大。而《規(guī)程》事先未分析不同種類的土體在壓實(shí)過程中壓實(shí)值的變化，故評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不一定對(duì)所有的土體均適用。

《德規(guī)》首先分析了不同土體在壓實(shí)過程中的壓實(shí)值變化，在此基礎(chǔ)上提出了合理的壓實(shí)穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。但由于《德規(guī)》用壓實(shí)代表值來表示整個(gè)面的壓實(shí)情況，此代表值的準(zhǔn)確性直接影響評(píng)判結(jié)果，與《規(guī)程》相比，沒有利用劃分網(wǎng)格的方法來進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)判。

3　需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方

3.1壓實(shí)程度評(píng)價(jià)方面

《德規(guī)》提出的壓實(shí)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)U將不合格區(qū)域面積和不合格壓實(shí)值相結(jié)合，與單變量指標(biāo)（如面積通過率）相比，更加全面地反映了土體的壓實(shí)程度。但此指標(biāo)僅將不合格值與目標(biāo)值的相差比例Ui作為對(duì)應(yīng)不合格區(qū)域面積Bi的權(quán)重，故可嘗試將Ui，U2i，…，Uni作為Bi的權(quán)重并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終選出最優(yōu)的評(píng)判指標(biāo)。

3.2壓實(shí)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面

通過對(duì)中德兩國(guó)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)分析，在壓實(shí)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面可通過將《規(guī)程》中采用的劃分網(wǎng)格方法與《德規(guī)》采用的R指標(biāo)相結(jié)合，既考慮不同土體對(duì)水的敏感性，又可將每個(gè)碾壓面有盡可能多的壓實(shí)代表值。

4　結(jié)　論

本文在對(duì)比中德兩國(guó)路基連續(xù)壓實(shí)控制相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，較為系統(tǒng)地分析了兩國(guó)在壓實(shí)質(zhì)量（壓實(shí)程度、壓實(shí)穩(wěn)定性及壓實(shí)均勻性）評(píng)判方面的共性與差異，對(duì)改善我國(guó)的連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量評(píng)判具有一定的借鑒作用。此外，由于我國(guó)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)應(yīng)用，以及規(guī)范的提出較晚，在分析過程中可看出，我國(guó)的連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系與德國(guó)的體系仍存在一定的差異，尤其是相關(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還需要進(jìn)行改進(jìn)并根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)確定其判定標(biāo)準(zhǔn)，而通過分析并吸收國(guó)外連續(xù)壓實(shí)規(guī)范優(yōu)點(diǎn)，可使我國(guó)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)更加完善。最后，本文針對(duì)規(guī)范存在的問題，提出了進(jìn)一步改進(jìn)的思路。

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U416.1

B

1009-7716（2016）06-0035-03

2016-03-29

賈莉浩（1988-），男，河南南陽人，工程師，從事道路工程設(shè)計(jì)工作。