填石路堤連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量驗(yàn)收方法研究

陶祥林，段立強(qiáng)，朱士東

（江蘇省交通科學(xué)研究院， 江蘇 南京 210017）

0 引言

鐵路路堤是鐵路工程建設(shè)的重要組成部分，是道路結(jié)構(gòu)的主體，并且還是是列車荷載的基礎(chǔ)。路堤質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個(gè)工程質(zhì)量及列車的正常行駛。規(guī)范規(guī)定檢測(cè)段內(nèi)各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的各個(gè)常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)值都應(yīng)不小于控制標(biāo)準(zhǔn)最小值，否則就達(dá)不到壓實(shí)質(zhì)量要求。采用快捷、智能的連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的質(zhì)量驗(yàn)收，有別于常規(guī)的質(zhì)量驗(yàn)收的方法[1－2]。

1 常規(guī)檢查方法

檢驗(yàn)段檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)指標(biāo)不小于相應(yīng)規(guī)范值，該點(diǎn)合格，壓實(shí)質(zhì)量達(dá)到要求。這種傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，即“點(diǎn)”式檢測(cè)方法基本可以反映路堤壓實(shí)質(zhì)量是否達(dá)到要求。但該方法本身存在著某種的局限性，會(huì)產(chǎn)生偶然的人為因素。

1.1 檢測(cè)位置

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，檢測(cè)點(diǎn)是隨機(jī)抽取的，其位置的確定一定要避免人為主觀因素，既不能選擇壓實(shí)較好的路堤中部，也不能選擇壓實(shí)較差的路堤邊緣地段。

1.2 檢測(cè)數(shù)量

為盡早完成項(xiàng)目、節(jié)省時(shí)間和成本，希望檢測(cè)點(diǎn)數(shù)比較少，但檢測(cè)數(shù)量較少不能較完整反映路堤壓實(shí)情況。同時(shí)較少的離散檢測(cè)點(diǎn)數(shù)，往往會(huì)導(dǎo)致較大的變異性。相反，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)越多，精度就越大，對(duì)路堤整體質(zhì)量的把握就好。因此，按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)要求，選擇合適的檢測(cè)數(shù)量是必要的。

1.3 檢測(cè)效果

根據(jù)規(guī)范的最小值法，簡單易行但不靈活，并且方法單一。如果由于某種原因，使得檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)值遠(yuǎn)大于規(guī)范要求最小值，無法判斷該點(diǎn)是否合格，僅憑最小值法是不能判定的，因此最小值法是具有局限性的。

2 連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量驗(yàn)收方法

若采用置信區(qū)間的方式來評(píng)價(jià)壓實(shí)效果，可以改善檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性、均勻性，即只要壓實(shí)度值滿足假設(shè)的置信區(qū)間下限就可以認(rèn)為壓實(shí)效果是合格的。但置信區(qū)間是事先假設(shè)的，反映的是整體水平，對(duì)局部壓實(shí)不合格檢驗(yàn)段或“過壓”現(xiàn)象反映不明顯，容易忽略，或造成填料破壞，影響壓實(shí)質(zhì)量。

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)是對(duì)碾壓面實(shí)時(shí)控制，時(shí)間上每隔0.01s就采集一個(gè)數(shù)據(jù)，樣本量大，密度高，有代表性。若單純以目標(biāo)值為判別標(biāo)準(zhǔn)，不易判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)工作量大，效率低。所以應(yīng)當(dāng)對(duì)CMV進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)、概率分析，然后結(jié)合常規(guī)壓實(shí)檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，掌握其規(guī)律，找出其概率分布特征。最后找到一種比較適合的連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)技術(shù)的驗(yàn)收方法[3-4]。

3 連續(xù)壓實(shí)參數(shù)分布規(guī)律

本文結(jié)合某試驗(yàn)段工程，全線按照單線電氣化Ⅰ級(jí)干線標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為120km/h。試驗(yàn)段選擇里程： K1＋900～K2＋020， 總長120m， 中心里程為K1＋960，分別對(duì)應(yīng)三組填料采用連續(xù)壓實(shí)技術(shù)，得到參數(shù)CMV值（見表1）。

表1 填料分組

碾壓完畢后進(jìn)行了K30、K60、Evd、K檢測(cè)，對(duì)各種檢測(cè)數(shù)據(jù)利用minitab進(jìn)行正態(tài)擬合，得到了均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和分位點(diǎn)值，以SA組填料為例，圖1～圖4是常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)與CMV值的對(duì)比關(guān)系，圖5是壓實(shí)后，進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢測(cè)，各種常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)在置信度為0.9，相應(yīng)的指標(biāo)的分位點(diǎn)值。

圖1 Evd及與之Evd對(duì)應(yīng)點(diǎn)的CMV分布圖

圖2 壓實(shí)度及與之對(duì)應(yīng)點(diǎn)的CMV分布圖

圖3 K30及與之對(duì)應(yīng)點(diǎn)的CMV分布圖

圖4 K60及與之對(duì)應(yīng)點(diǎn)的CMV分布圖

圖5 各常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)概率分布

對(duì)三組填料的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到相應(yīng)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、和變異系數(shù)，利用變異系數(shù)是描述離散程度的重要指標(biāo)，能夠表明壓實(shí)的均勻性，更符實(shí)際合實(shí)度的變化趨勢(shì)，能夠反映路堤整體壓實(shí)程度。下表是三組填料的各常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)與相應(yīng)的CMV值匯總表（見表2）。

表2 三組填料4種檢測(cè)方法的變異系數(shù)匯總對(duì)比表

試驗(yàn)數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布，能夠大致反映現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)情況。圖中顯示了均值和標(biāo)準(zhǔn)差，均值是反映變量平均尺度的反映，標(biāo)準(zhǔn)差是描述變量的離散程度。各數(shù)據(jù)的變化表明，采用連續(xù)壓實(shí)技術(shù)較沉降率法更適合于本試驗(yàn)段填石料的質(zhì)量控制。

各檢測(cè)指標(biāo)在滿足規(guī)范的情況下，概率分布基本符合正態(tài)分布。從上圖中可以看出，各指標(biāo)在置信度為0.9時(shí)，壓實(shí)值也滿足規(guī)范要求。不合格點(diǎn)概率小于10%，即也可以由失效概率判定路堤的壓實(shí)概率。

4 質(zhì)量驗(yàn)收建議

4.1 理論分析

壓實(shí)參數(shù)CMV屬于隨機(jī)變量，認(rèn)為CMV服從這種分布規(guī)律，即置信度為0.9時(shí)的分位數(shù)，檢測(cè)樣本滿足路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

F（xp）為隨機(jī)變量的分布函數(shù)， 滿足F（xp）=P{X≤xp}=p， （0

計(jì)算時(shí)，采用內(nèi)插法，從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表中查到p＝0.9對(duì)應(yīng)的up=1.285，稱為試驗(yàn)段檢測(cè)層的質(zhì)量數(shù)，用Q表示，以此來控制路堤連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量，可以確定：

由圖6看出，質(zhì)量數(shù)Q與標(biāo)準(zhǔn)差有關(guān)。如果采集數(shù)據(jù)較為離散，標(biāo)準(zhǔn)差S值就較大，質(zhì)量數(shù)Q則減小，表明路堤壓實(shí)質(zhì)量不均勻。如果采集數(shù)據(jù)較均勻，波動(dòng)小，標(biāo)準(zhǔn)差S值較小，則質(zhì)量數(shù)Q較大，表明路堤壓實(shí)質(zhì)量均勻，與實(shí)際相符合[5－6]。

圖6 路堤實(shí)測(cè)參數(shù)CMV概率分布和失效概率

4.2 驗(yàn)收方案

4.2.1 對(duì)于一個(gè)試驗(yàn)檢測(cè)段，CMV值小于目標(biāo)值T的數(shù)量占總數(shù)的比例應(yīng)小于10%，同時(shí)檢測(cè)點(diǎn)不應(yīng)集中在某一區(qū)域，且滿足檢測(cè)段內(nèi)質(zhì)量數(shù)Q＞1.825，此時(shí)可以認(rèn)為路堤填筑碾壓質(zhì)量達(dá)到驗(yàn)收要求。

4.2.2 若連續(xù)壓實(shí)結(jié)果局部區(qū)域質(zhì)量數(shù)Q＜1.825，則要對(duì)該區(qū)域重新進(jìn)行振動(dòng)碾壓。再根據(jù)上述方法進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，直到滿足要求為止。若檢測(cè)段內(nèi)Q＞1.825，且數(shù)據(jù)較為均勻，也可以認(rèn)為達(dá)到了壓實(shí)要求。但若想更準(zhǔn)確掌握路堤壓實(shí)信息，可以增加常規(guī)檢測(cè)的數(shù)量。

4.2.3 若整個(gè)檢測(cè)標(biāo)段的質(zhì)量數(shù)Q全部沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行重新碾壓后仍然不滿足要求，而且找到不明顯的薄弱處，此時(shí)需要對(duì)連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行重新標(biāo)定以及對(duì)相關(guān)函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，有可能是填料種類、攤鋪厚度、含水量、碾壓速度、壓路機(jī)參數(shù)等設(shè)置與實(shí)際不符，此時(shí)需進(jìn)行重新標(biāo)定。如果條件不足或者重新標(biāo)定仍然不能達(dá)到要求，則不能進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制方案， 要使用傳統(tǒng)指標(biāo)的檢測(cè)方案進(jìn)行驗(yàn)收，以判斷路堤質(zhì)量壓實(shí)效果。

5 結(jié)語

5.1 路堤填筑壓實(shí)工程在施工單位自檢的基礎(chǔ)上，參與建設(shè)的有關(guān)單位也必須對(duì)路堤質(zhì)量驗(yàn)收，保證路堤工程按質(zhì)按時(shí)完成，因此路堤驗(yàn)收是必要的。

5.2 現(xiàn)行壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收方法不適應(yīng)于連續(xù)壓實(shí)技術(shù)，當(dāng)取置信度為0.9時(shí)，各壓實(shí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的分位數(shù)可以滿足規(guī)范的要求。并認(rèn)為使用失效概率來判斷路堤的壓實(shí)合格率更為合理，隨機(jī)變量CMV值檢測(cè)樣本置信度為0.9時(shí)的最小分位數(shù)基本可以滿足壓實(shí)要求?？筛鶕?jù)正態(tài)分布表得到的質(zhì)量數(shù)Q＝1.825來控制路堤的連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量。

5.3 目前我國現(xiàn)行工程連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量驗(yàn)收是檢測(cè)標(biāo)段參數(shù)CMV值小于目標(biāo)值的數(shù)量占總數(shù)的百分?jǐn)?shù)要不大于10%，同時(shí)質(zhì)量數(shù)Q也要滿足要求，按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行適當(dāng)數(shù)量的常規(guī)壓實(shí)質(zhì)量方法的檢測(cè)，以獲得更多更準(zhǔn)確的壓實(shí)信息是必要的。

[1]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[S].

[2]薛馬峰.路基壓實(shí)質(zhì)量連續(xù)同步檢測(cè)可行性試驗(yàn)研究[J].國防交通工程與技術(shù)，2010,（5）：31～37.

[3]Hernan R.Henrique,Claudio Cuevas.Stabilization of distributed control systems with delay[J].Systems&Control Letters， 2011， 60（9）： 675-682.

[4]嚴(yán)國棟.高速鐵路路基連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量控制研究[D].長沙：中南大學(xué)，2010.