連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在深圳機(jī)場擴(kuò)建工程中的應(yīng)用研究

吳江淮 高峰 鄭子棟 羅明亮 翟翠文

摘 要 連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)具有實(shí)時(shí)、連續(xù)、全面檢測等鮮明的優(yōu)點(diǎn)，目前在國內(nèi)外得到了較廣泛的應(yīng)用。為了提高工程施工水平和管理效率，在深圳機(jī)場擴(kuò)建工程進(jìn)行了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。結(jié)果表明，選用VCV指標(biāo)作為連續(xù)檢測指標(biāo)，采用目標(biāo)值校準(zhǔn)法作為質(zhì)量評(píng)估方法能夠取得良好的應(yīng)用效果。論文研究經(jīng)驗(yàn)可為連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的成功應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)，為其他填筑工程的連續(xù)壓實(shí)控制提供有益參考。

關(guān)鍵詞 連續(xù)壓實(shí)控制;壓實(shí)質(zhì)量;目標(biāo)值校準(zhǔn)法;相關(guān)性分析

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)（Continuous Compaction Control，簡稱CCC）誕生于20世紀(jì)70年代[1-2]。該技術(shù)的基本工作原理是在振動(dòng)輪上安裝傳感器，通過采集振動(dòng)碾壓過程中的響應(yīng)信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和處理，根據(jù)處理后的結(jié)果信息評(píng)估碾壓的質(zhì)量，并將相關(guān)數(shù)據(jù)直觀地顯示在管理平臺(tái)和車載屏幕上，以此來指導(dǎo)填筑施工。連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，已在國內(nèi)外各填筑工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[3-7]。我國于20世紀(jì)80年代對(duì)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)進(jìn)行了引進(jìn)和初步研究。經(jīng)過近40年的發(fā)展和探索，目前該技術(shù)已在我國的鐵路、公路、大壩以及機(jī)場建設(shè)中得到了大量應(yīng)用，積累了豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并分別于2015年和2017年先后頒布了公路和鐵路領(lǐng)域的連續(xù)壓實(shí)控制的技術(shù)規(guī)程[4]—《公路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)技術(shù)條件》（JT/T 1127-2017）和《鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9210-2015）。盡管連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在業(yè)界內(nèi)得到了較好的推廣，但是該技術(shù)尚未完全成熟，相關(guān)規(guī)范中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)也較為籠統(tǒng)，難以適應(yīng)精細(xì)化的管理要求[6-8]。因此，有必要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行工程應(yīng)用研究，以期為該技術(shù)的成功應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)和提供參考。

1工程概況

為了滿足日益增長的航空需求，深圳機(jī)場于2018年全面啟動(dòng)了T4航站區(qū)的建設(shè)。擬建的深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程位于已有的T3航站樓北側(cè)，建設(shè)項(xiàng)目包括T4航站樓主體、衛(wèi)星廳以及聯(lián)絡(luò)道、滑行道、停機(jī)坪、建筑區(qū)、物流倉儲(chǔ)區(qū)等配套設(shè)施。深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程總占地面積約430萬平方米，碾壓填土、填石約600萬方。根據(jù)施工部署，對(duì)項(xiàng)目場地進(jìn)行了碾壓施工區(qū)域劃分。填筑工程包含了填砂、素填土、雜填土和填石等多種類型填料，其中以場內(nèi)分選的花崗巖殘積土作為主要填料來源。

2連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的實(shí)施

2.1 連續(xù)壓實(shí)控制方法的確定

針對(duì)深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程原地貌復(fù)雜、填料種類繁多、工程量大、周期長等特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)行連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)規(guī)程，確定了機(jī)場擴(kuò)建工程中連續(xù)監(jiān)測指標(biāo)、壓實(shí)質(zhì)量控制方法、碾壓工藝流程及機(jī)械設(shè)備。深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程包含了多種類型的粗粒料和細(xì)粒料，其中以花崗巖殘積土填料為主要代表。既有研究表明，剛度/模量類和動(dòng)力學(xué)類指標(biāo)針對(duì)花崗巖殘積土相對(duì)而言具有更好的適用性。考慮到若采用剛度/模量類指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量控制，則需采購國外昂貴的振動(dòng)壓路機(jī)，將大幅度增加應(yīng)用成本。因此，采用國內(nèi)VCV指標(biāo)作為深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程的連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測指標(biāo)。在壓實(shí)質(zhì)量控制方法上，采用以壓實(shí)度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性為壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定，以目標(biāo)值校準(zhǔn)法為壓實(shí)質(zhì)量控制方法對(duì)深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程進(jìn)行碾壓質(zhì)量的連續(xù)壓實(shí)控制。同時(shí)，工藝流程及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)按照第六章執(zhí)行。此外，在深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程的實(shí)際碾壓施工中，借鑒了以往的工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)填料含水量進(jìn)行了重點(diǎn)控制。由于新進(jìn)場填料的含水量較大，在按照碾壓厚度要求鋪攤完成后，通常需要晾一定的時(shí)間。碾壓施工前采用酒精燃燒法快速測定填料的含水量，在滿足填料的含水量要求后再進(jìn)行連續(xù)碾壓施工和監(jiān)測。

2.2 連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備

根據(jù)前期試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)，深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程在應(yīng)用連續(xù)壓實(shí)技術(shù)時(shí)，選用了VCV指標(biāo)作為控制指標(biāo)，應(yīng)用廣州中海達(dá)公司生產(chǎn)的北斗壓路機(jī)智能壓實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制。該智能壓實(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的顯示振動(dòng)測值和碾壓參數(shù)，從而較好指導(dǎo)操作人員工作，確保了壓實(shí)質(zhì)量的統(tǒng)一性和均勻性。同時(shí)也可為施工、監(jiān)理和業(yè)主各方提供更全面的壓實(shí)信息，提高作業(yè)質(zhì)量和工作效率。連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備主要由車載系統(tǒng)、基站系統(tǒng)和控制平臺(tái)三部分組成。

2.3 現(xiàn)場校驗(yàn)試驗(yàn)

根據(jù)前期的施工部署，選取4-2標(biāo)段的連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)工程應(yīng)用作為研究對(duì)象。4-2標(biāo)段的總面積約為21.2萬平方米，該標(biāo)段根據(jù)施工方案共劃分為55個(gè)連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測單元。4-2標(biāo)段采用的填料主要為花崗巖殘積土，相關(guān)性校準(zhǔn)試驗(yàn)和施工時(shí)均采用了LSS220型振動(dòng)壓路機(jī)。根據(jù)第六章研究成果，嚴(yán)格按照目標(biāo)值率定的基本流程和要求在4-2標(biāo)段選定了試驗(yàn)區(qū)域，開展了相關(guān)性校準(zhǔn)試驗(yàn)。試驗(yàn)中常規(guī)質(zhì)量檢測分別進(jìn)行了壓實(shí)度檢測、Evd檢測和K30檢測。

根據(jù)相關(guān)性校準(zhǔn)試驗(yàn)采集到的振動(dòng)測值和常規(guī)質(zhì)量指標(biāo)檢測值，分別進(jìn)行一元線性回歸分析和多元回歸分析，其中，多元回歸模型考慮了激振力、振動(dòng)頻率、行車速度和填料含水量的影響。分別得到了VCV指標(biāo)與壓實(shí)度、Evd和K30的一元和多元回歸模型。

以壓實(shí)度、Evd和K30為自變量的一元回歸分析的決定系數(shù)分別為0.62、0.65和0.33。其中，基于壓實(shí)度和Evd回歸模型的決定系數(shù)較為接近，兩者換算后的相關(guān)系數(shù)R≈0.8>0.7，均滿足連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的基本應(yīng)用要求。而基于K30回歸模型的相關(guān)系數(shù)約為0.57，不滿足應(yīng)用要求而不予采用。以壓實(shí)度、Evd和K30為自變量的多元回歸分析的決定系數(shù)分別為0.76、0.73和0.64，相比一元回歸模型均有較大幅度的提高。對(duì)比分析表中結(jié)果可知，多元回歸模型考慮了碾壓參數(shù)的影響，因而更貼近實(shí)際且應(yīng)用精確度更好。

鑒于：①一元回歸模型中的基于壓實(shí)度和Evd的決定系數(shù)均滿足現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的工程應(yīng)用要求;②多元回歸模型雖然具有更高的擬合精度，但是涉及的參數(shù)較多且當(dāng)前尚未開發(fā)出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和管理平臺(tái)，需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)時(shí)采集的碾壓參數(shù)進(jìn)行二次數(shù)據(jù)處理和評(píng)估，對(duì)施工和管理效率帶來了一定的影響。因此，深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程選用一元回歸模型進(jìn)行目標(biāo)值校準(zhǔn)法的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，碾壓區(qū)域的壓實(shí)度和Evd的合格標(biāo)準(zhǔn)分別為93%和50MPa。因此，基于一元回歸模型計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)的目標(biāo)振動(dòng)測值[VCV]分別為44.8 m/s2和47.2m/s2。考慮到填筑工程需滿足物理性能和力學(xué)性能的雙重要求，選取兩者的較高標(biāo)準(zhǔn)作為目標(biāo)值。因此，深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程4-2標(biāo)段采用相同特性的花崗巖殘積土作為填料時(shí)的目標(biāo)振動(dòng)測值確定為[VCV]=48 m/s2。

根據(jù)相關(guān)性校準(zhǔn)試驗(yàn)確定的目標(biāo)振動(dòng)測值，在4-2標(biāo)段進(jìn)行了連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測。以4-2標(biāo)段西側(cè)的某連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測單元為例，分別得到了該監(jiān)測單元的包括壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性在內(nèi)的質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。同時(shí)根據(jù)振動(dòng)測值的分布識(shí)別出了若干碾壓薄弱區(qū)域，在薄弱區(qū)域進(jìn)行了常規(guī)質(zhì)量檢測，從而對(duì)該連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測單元進(jìn)行綜合的質(zhì)量評(píng)估。

3壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)

選定的連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測單元的面積約為3200平方米，碾壓機(jī)械和填料類別與現(xiàn)場校準(zhǔn)試驗(yàn)一致。填料攤鋪厚度為30cm，采用弱振和強(qiáng)振碾壓結(jié)合的方式進(jìn)行碾壓施工。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的碾壓工藝為靜碾1遍+強(qiáng)振碾壓4遍+弱振碾壓1遍，以弱振碾壓的連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測結(jié)果作為質(zhì)量評(píng)判依據(jù)。在強(qiáng)振碾壓第4遍后進(jìn)行弱振碾壓收緊碾壓面并進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。由于第5遍的壓實(shí)程度不滿足驗(yàn)收要求，增加弱振碾壓一遍，第6遍振動(dòng)碾壓的壓實(shí)程度也未達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，且距離合格標(biāo)準(zhǔn)仍然相差較大。因此，增加強(qiáng)振碾壓和弱振碾壓各一遍。

隨著碾壓遍數(shù)的增加，碾壓合格區(qū)域的面積隨之增加。碾壓施工時(shí)的包括行車速度、激振頻率在內(nèi)的碾壓參數(shù)均滿足既定方案的要求，表明連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)是有效的。

隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實(shí)程度通過率逐漸增大，變化系數(shù)隨之減小，而均勻系數(shù)先減小后增大。表明了碾壓遍數(shù)越多，壓實(shí)程度和壓實(shí)穩(wěn)定性越好，但碾壓遍數(shù)與壓實(shí)均勻性沒有必然性的聯(lián)系。存在壓實(shí)程度滿足要求而壓實(shí)均勻性較差的情況，將可能嚴(yán)重影響到填筑體的使用性能和壽命。由此可見，既往簡單的依靠碾壓遍數(shù)進(jìn)行質(zhì)量控制的經(jīng)驗(yàn)方法和常規(guī)質(zhì)量檢測方法往往難以控制和評(píng)價(jià)壓實(shí)的均勻性，在今后的壓實(shí)質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)需要引起重視。

碾壓第8遍后的壓實(shí)程度通過率為94.5%，略小于通過率不小于95%的要求。碾壓第8遍后的壓實(shí)均勻性系數(shù)為0.83，滿足壓實(shí)均勻性的驗(yàn)收要求。碾壓第8遍后的變化系數(shù)為0.01，滿足壓實(shí)穩(wěn)定性的驗(yàn)收要求。考慮到碾壓第8遍后的通過率十分接近合格標(biāo)準(zhǔn)，且壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性均滿足要求，同時(shí)后續(xù)還將進(jìn)行薄弱區(qū)域的質(zhì)量檢測，若再增加碾壓遍數(shù)將可能造成碾壓成本和工期的浪費(fèi)。因此，通過目標(biāo)值校準(zhǔn)法對(duì)該連續(xù)壓實(shí)監(jiān)測單元的碾壓質(zhì)量評(píng)估為通過驗(yàn)收。

4結(jié)束語

（1）采用VCV指標(biāo)作為控制指標(biāo)，以目標(biāo)值校準(zhǔn)法為評(píng)估方法的連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在深圳機(jī)場T4航站區(qū)擴(kuò)建工程得到了成功的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

（2）為貼近連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的基本假定條件，建議在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)事先對(duì)填筑體進(jìn)行初步碾壓，以弱振碾壓測值作為連續(xù)壓實(shí)評(píng)估依據(jù)，從而取得較滿意的應(yīng)用效果。

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