探討公路項目路基連續壓實質量檢測技術

王 位

（貴州省橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

公路是社會經濟發展的大動脈，擔負著大量的交通運輸任務，促進了中國經濟的騰飛。當前我國公路工程建設實現了大跨越發展，特別是高速公路的不斷建成，先進的施工工藝、施工技術、施工設備陸續投入應用。路基是公路工程的基礎構成，其施工質量決定了公路的耐久性、結構穩定性及使用安全性[1-2]。傳統高速公路工程常用地基系數K30、動態變形模量Evd、變形模量Es、壓實系數K、孔隙率n等指標檢測路基壓實質量。傳統檢測方法存在幾點不足：1）檢測結果準確性低、檢測效率低、難以精準把控路基壓實質量；2）人力、物力、時間消耗大，檢測結果難以復原；3）無法做到實時壓實質量檢測。此外，傳統檢測技術無法用于土石路基，因此，選用連續壓實檢測技術控制路基壓實質量[3]。

1 連續壓實控制技術

連續壓實控制，即路基填筑作業時，基于路基填筑土體、壓路機的相互作用機制，不間斷測量壓路機振動輪的豎向振動響應信號，并對信號進行分析處理，構建壓實質量檢測與控制體系，以便實時監控路基連續壓實質量。

基本操作步驟：在振動輪上設置傳感器，在壓路機操作室內設置其他裝置，如顯示屏。通過持續監測振動輪動態響應信號并進行分析處理獲得路基壓實質量相關指標參數，并在操作室內的顯示屏上顯示，實現實時監控路基碾壓作業過程[4]。根據信號的變化規律判斷路基連續壓實質量，可根據一次諧波振幅、基頻振幅的比值確定信號畸變程度，用壓實度值（CMV）表示，相關計算公式如下：

式中，A0——基頻信號振幅；k——常系數；A1——一次諧波信號振幅。

2 現場數據采集試驗方案

以某高速公路為研究對象，樁號K22+650~K22+750，選取長200 m的試驗路段，并縱向分成5小段，分別為A、B、C、D、E，對試驗路段進行填筑壓實試驗，碾壓操作步驟：1）按照從A~E的順序靜態碾壓一遍；2）按照從A~E的順序振動碾壓一遍；3）按照從A~D的順序振動碾壓一遍；4）按照從A~C的順序振動碾壓一遍；5）按照從A~B的順序振動碾壓一遍；6）振動碾壓A小段一遍。

試驗路段為土石混合填筑路基，其中碎石填料占多數，填筑體干密度最大值2.11 g/cm3，曲率系數1.86，不均勻系數18。選用YZ32D型振動壓路機，核心指標參數見表1，路基填筑碾壓時通過傳感器獲取實時壓實度值，碾壓作業完成后檢測沉降。

表1 壓路機參數

3 壓實度值異常數據處理

3.1 壓實度值數據預處理

大規模獲取路基連續壓實數據，從而實時監測路基壓實質量是連續壓實質量檢測技術的最大特點[5]。但實際應用時，現場采樣受到場地環境以及氣候變化等因素的影響，導致獲取的數據可能出現異常或較大誤差，直接影響路基連續壓實質量的評價，因此應該先對獲取的數據做預處理和過濾[6]。

該研究按照傳感器獲取的振動壓路機性能指標參數分類整理實驗數據，再擬合每次碾壓采集的壓實度值，基于單次碾壓對應的路基壓實度值變化規律是否匹配整體變化規律判斷該數值是否合理[7-8]。不合理數值會影響試驗數據的擬合結果。因此，擬合數據前必須先對試驗數據進行預處理，基本步驟如下：若總體試驗值x服從正態分布，則滿足條件p(|x-μ|＞3σ)≤0.003，其中，σ、μ分別為標準差、數學期望。該條件下，很少出現大于μ+3σ或小于μ-3σ試驗數值，結合上述不等式可過濾掉大于μ+3σ或小于μ-3σ的試驗值，剩下的數值為正常值。

運用統計學分析每次碾壓對應的壓實度值，并進行數值擬合，結果顯示各數值均服從正態分布[9]，具體見圖1。壓實度值總體服從正態分布，不同碾壓遍數對應的壓實度值正態分布擬合結果見表2。分析計算壓實度值，求得不同碾壓遍數對應的壓實度均值，具體結果見表3。再將壓實度均值進行擬合，得到均值與碾壓遍數的關系，明確壓實度值變化規律，具體見圖2。

表2 不同碾壓遍數下CMV正態分布擬合結果

表3 不同碾壓遍數下的CMV均值

圖1 壓實度值數據正態分布擬合

圖2 壓實度均值隨碾壓遍數的變化分布

根據圖2可知，路基連續壓實質量檢測方法能做到實時監控路基壓實度。振壓遍數與壓實度值成正比，且增長幅度均勻，當振壓遍數提升至一定數值后，壓實度值增加速度放緩；隨著碾壓遍數的增加，壓實度均值的變化規律很明顯。根據壓實度值、碾壓遍數之間的擬合曲線可得，壓實度均值、碾壓遍數的相關系數為0.93，表明整體壓實度均值、碾壓遍數存在強相關性，整體壓實度均值可通過碾壓遍數公式求得。

3.2 CMV異常數據修正

可通過下列公式擬合壓實度值和常規壓實指標回彈模量，以明確二者關系。通過分析試驗路段路基填筑施工參數之間的關系，運用最小二乘法分析不同碾壓遍數對應的路基壓實度值、常規壓實指標回彈模量之間的相關性。

式中，x——常規壓實指標回彈模量；y——路基壓實度值。

路基壓實度值異常將影響其與常規壓實指標回彈模量的擬合結果。因此，擬合前必須先修正路基壓實度異常值。路基壓實度值、回彈模量的擬合結果見圖3，據圖可知A點偏離擬合關系線最大，因此，可初步判斷A點數值為異常值。

圖3 壓實度值與回彈模量擬合

根據圖2可以看出，路基壓實度整體均值的變化規律隨著碾壓遍數的增加更加明顯。由此推斷隨著碾壓遍數上升，單個路基壓實度值同樣表現出明顯的變化。不同碾壓遍數對應的A點數值分布特征見圖4，A點數據顯著偏離壓實度值總體變化趨勢，因此可確定其為異常值，需進行修正。

圖4 不同碾壓變數下壓實度值數據分布

為修正A點對應的壓實度值，擬合碾壓第1遍、第2遍、第4遍、第5遍下的壓實度值，總結A點處的壓實度值變化規律，具體結果見圖5，隨著碾壓遍數的增加，壓實度值滿足以下關系式：

根據圖5可知，A點對應的壓實度值可通過式（4）求得，將x=3代入式中求得CMV=20.81，即A點對應的實際壓實度值為20.81。

圖5 CMV變化規律擬合

修正異常壓實度值后，需將其與常規壓實指標回彈模量重新擬合，修正前后的數值擬合結果如圖6、表4所示。

圖6 異常值修正前后回歸分析對比

表4 異常值修正前后相關性校驗結果對比

由表4可以看到，壓實度值異常值修正之后其相關系數R2由0.78增大至0.87，說明壓實度值修正之后的回歸方程更符合數值相關性，且修正后的數值回歸方程斜率、截距均改變，回彈模量對應的壓實度值也將改變。表明異常值會影響目標壓實度值，修正異常值可提高目標壓實度值準確度，有助于精準控制路基連續壓實質量。

4 結論

綜上所述，路基是公路工程的基礎構成，其施工質量直接影響公路的路用性能。基于此，該研究以某高速公路土石路基作為研究對象進行試驗分析，大規模采集不同碾壓遍數對應的路基連續壓實度值、回彈模量，并預處理壓實度值，修正異常值，進行數值擬合，總結壓實度值與碾壓遍數的關系，得出以下結論:

（1）連續壓實度值、碾壓遍數擬合度為0.94，表明隨著碾壓遍數的增加，壓實度值變化規律明顯。壓實度值與碾壓遍數成正比，當碾壓遍數達到一定數量時，壓實度值增長放緩，最終趨于穩定。

（2）通過擬合分析壓實度值、碾壓遍數，發現隨碾壓遍數的增加，路基壓實度值變化規律穩定。

（3）結合壓實度值隨碾壓遍數的變化規律修正異常壓實度值，并進行重新擬合分析。對比修正前后的壓實度值與回彈模量的回歸分析結果，發現修正異常值有助于增強壓實度值與回彈模量的相關性，并提高目標壓實度值的準確度，從而提高路基連續壓實質量的檢測與控制效率。