關(guān)于連續(xù)壓實(shí)在高鐵路基施工中的應(yīng)用

李 燦

中鐵二十五局集團(tuán)第一工程有限公司

1 引言

目前，我國(guó)高鐵事業(yè)發(fā)展迅猛，已成為中國(guó)的一張外交“名片”，其列車運(yùn)行速度快，要求路基強(qiáng)度高、剛度大、縱向變化均勻，切實(shí)保證列車行駛安全、平穩(wěn)。在此背景下，連續(xù)壓實(shí)技術(shù)憑借著路基質(zhì)量控制方面的優(yōu)勢(shì)得到了較多推廣應(yīng)用，本文主要圍繞此展開(kāi)具體分析。

2 連續(xù)壓實(shí)技術(shù)原理

連續(xù)壓實(shí)技術(shù)，指的是在振動(dòng)壓路機(jī)上安裝傳感器，監(jiān)測(cè)壓路機(jī)運(yùn)行過(guò)程、獲取路基碾壓信息，技術(shù)原理如：（1）振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)壓實(shí)層做功，安裝在振動(dòng)輪一側(cè)的傳感器感應(yīng)加速度信號(hào)并將其傳送至信號(hào)處理軟件系統(tǒng)，獲得連續(xù)壓實(shí)值。（2）振動(dòng)壓路機(jī)安裝定位傳感器、工程場(chǎng)地設(shè)定位基站和衛(wèi)星系統(tǒng)組成定位系統(tǒng)，提供振動(dòng)壓實(shí)中連續(xù)壓實(shí)值的平面坐標(biāo)信息。（3）后臺(tái)設(shè)信息存儲(chǔ)反饋系統(tǒng)，將連續(xù)壓實(shí)值信息存擋、反饋、顯示給工程管理各方。

根據(jù)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)壓實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了路基壓實(shí)質(zhì)量連續(xù)實(shí)時(shí)控制，同時(shí)其可實(shí)現(xiàn)施工記錄電子化、系統(tǒng)化，可追溯，有利于明確相關(guān)人和單位責(zé)任，值得推廣應(yīng)用。

3 連續(xù)壓實(shí)與常規(guī)路基檢測(cè)對(duì)比的優(yōu)點(diǎn)

（1）連續(xù)壓實(shí)更具全面性。傳統(tǒng)檢測(cè)是在一個(gè)路基斷面的左、中、右位置選取三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行路基壓實(shí)度的檢測(cè)，通過(guò)以點(diǎn)代面的形式來(lái)反映這段路基的施工質(zhì)量；而連續(xù)壓實(shí)可以檢測(cè)整段路基，隨著壓路機(jī)的行走，反映出整段路基每一個(gè)位置的壓實(shí)質(zhì)量，特別針對(duì)像路基兩側(cè)路肩區(qū)域的質(zhì)量控制，連續(xù)壓實(shí)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)的缺點(diǎn)，做到質(zhì)量監(jiān)控全覆蓋。（2）連續(xù)壓實(shí)更具真實(shí)性。傳統(tǒng)檢測(cè)的檢測(cè)方法如EVD、灌砂法、K30都是由人工操作完成，檢測(cè)手續(xù)較多，過(guò)程繁瑣，不可避免的會(huì)給檢測(cè)的真實(shí)結(jié)果帶來(lái)誤差，影響路基真實(shí)質(zhì)量，埋下安全隱患；而連續(xù)壓實(shí)是由機(jī)械、設(shè)備采集原始數(shù)據(jù)，人工加以整理，去掉了人工采集原始數(shù)據(jù)的過(guò)程，更能客觀的反映出路基的真實(shí)質(zhì)量，規(guī)避了人工操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，讓工程參與各方更放心。（3）連續(xù)壓實(shí)更具經(jīng)濟(jì)性。連續(xù)壓實(shí)是過(guò)程監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路基的壓實(shí)程度，可以有效的避免壓路機(jī)過(guò)壓、欠壓、漏壓，從而提高機(jī)械的使用效率；傳統(tǒng)檢測(cè)需要配置2 至3 名試驗(yàn)檢測(cè)人員，而連續(xù)壓實(shí)配置1名人員輔助即可，甚至于可以不用技術(shù)、試驗(yàn)人員去現(xiàn)場(chǎng)也可完成路基檢測(cè)，特別是在自檢階段，這樣可以大大的節(jié)約施工單位人力成本。（4）連續(xù)壓實(shí)更具科學(xué)性。社會(huì)進(jìn)步是人類不斷發(fā)明設(shè)備并使用設(shè)備的過(guò)程。伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，人工成本的增加，“四化”建設(shè)的不斷推進(jìn)，連續(xù)壓實(shí)相比較傳統(tǒng)檢測(cè)更具科學(xué)性、時(shí)代性、生命力。

4 路基連續(xù)壓實(shí)相關(guān)指標(biāo)與控制要求

4.1 連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)

連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)以振動(dòng)輪受力狀態(tài)為基礎(chǔ)，計(jì)算得到碾壓層模型或剛度的指標(biāo)，主要有Evib、VCV 等，具體介紹如下。

4.1.1 動(dòng)力學(xué)指標(biāo)法

此方法是基于彈塑性動(dòng)力學(xué)原理發(fā)展而來(lái)，通過(guò)分析振動(dòng)輪受力狀態(tài)，直接得到與碾壓層抗力相關(guān)指標(biāo)。

（1）Evib。此指標(biāo)是基于振動(dòng)輪平衡方程、彈性半空間進(jìn)行力學(xué)推導(dǎo)得到碾壓層模量，具體假設(shè)如：①使用“質(zhì)量—彈簧—阻尼”模型，模擬振動(dòng)輪與碾壓層的相互作用，并以彈性力、阻尼力表示，設(shè)阻尼為已知；②計(jì)算求取振動(dòng)輪對(duì)碾壓層應(yīng)力時(shí)，設(shè)碾壓層為線彈性、小變形，符合彈性半空間體模型，泊松比已知；③設(shè)振動(dòng)輪與碾壓層緊密接觸，無(wú)跳振；④設(shè)振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)參數(shù)已知。

（2）VCV 。此指標(biāo)為最新連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)，國(guó)內(nèi)正在推廣應(yīng)用，隨著碾壓施工的進(jìn)行，碾壓層土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其對(duì)振動(dòng)輪抗力不斷增大，由此可根據(jù)抗力檢測(cè)結(jié)果推斷碾壓效果，具體參考公式如下：

式中：

VCV——連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)（力學(xué)指標(biāo)）；

P——激振力；

ω——振動(dòng)角速度；

M——振動(dòng)輪靜態(tài)質(zhì)量；

η——綜合修正系數(shù)；

f(u¨,ω)——一個(gè)與振動(dòng)輪加速度、振動(dòng)頻率有關(guān)的函數(shù)或時(shí)間序列。

根據(jù)相關(guān)理論與實(shí)踐分析可得，VCV可較好反應(yīng)壓實(shí)狀態(tài)信息，具有一定通用性，但是一旦發(fā)生跳振情況，VCV也存在不穩(wěn)定性。

4.2 連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)質(zhì)量控制要求

4.2.1 壓實(shí)程度控制要求

在連續(xù)壓實(shí)作業(yè)中，壓實(shí)程度以相關(guān)性校驗(yàn)試驗(yàn)中所得連續(xù)壓實(shí)目標(biāo)值為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，具體判定公式如下：

式中：

VCV——碾壓面第i個(gè)檢測(cè)單位元振動(dòng)壓實(shí)值檢測(cè)結(jié)果；

[VCV]——目標(biāo)振動(dòng)壓實(shí)值。

在工程實(shí)踐中，碾壓面積往往都十分大，相應(yīng)的各種影響因素眾多，要求每一點(diǎn)均達(dá)到目標(biāo)值是不符合工程實(shí)際的，對(duì)此設(shè)有一個(gè)碾壓面振動(dòng)壓實(shí)程度通過(guò)率控制標(biāo)準(zhǔn)，目前我國(guó)要求為95%以上，連續(xù)不通過(guò)面積最大不得超過(guò)5.0m2。

5 實(shí)例探析連續(xù)壓實(shí)在高鐵路基施工中的應(yīng)用

5.1 工程概況

本文僅以滬昆高速鐵路工程為例展開(kāi)分析，滬昆客專長(zhǎng)昆湖南段CKTJ-1 標(biāo)第2 項(xiàng)目部，起訖里程DK38+824.22～DK55+068.75,線路全長(zhǎng)16.024km，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h，其中路基長(zhǎng)度4311 延米，最長(zhǎng)的850m，最短的18m。湖南湘潭地段屬于低矮丘陵地帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，地形起伏，高差較大，這給山區(qū)高速鐵路路基填筑質(zhì)量控制帶來(lái)了挑戰(zhàn)，路基工程的施工質(zhì)量也是全線無(wú)砟軌道成敗的關(guān)鍵。

5.2 連續(xù)壓實(shí)技術(shù)

（1）檢查壓實(shí)檢測(cè)系統(tǒng)：檢查振動(dòng)傳感器安裝情況，要求垂直裝設(shè)在內(nèi)機(jī)架上，已獲得真實(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)，為碾壓施工提供科學(xué)指導(dǎo)。（2）確定相關(guān)系數(shù)：開(kāi)展路基填筑工藝性試驗(yàn)，做3 個(gè)長(zhǎng)100m輪跡，每個(gè)輪跡取6～8個(gè)點(diǎn)，獲取VCV、K值，選取18個(gè)沒(méi)有異常點(diǎn)的數(shù)據(jù)輸入廠方提供的系統(tǒng)，計(jì)算R 值，R≥0.7 則滿足規(guī)范要求，可計(jì)算獲得VCV 目標(biāo)值。如圖1 所示即為相關(guān)性校驗(yàn)報(bào)告。（3）過(guò)程控制：在碾壓施工中實(shí)時(shí)獲取VCV數(shù)據(jù)、繪制壓實(shí)曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)強(qiáng)度、均勻性、穩(wěn)定性的實(shí)施監(jiān)控，指導(dǎo)碾壓作業(yè)的順利實(shí)施。（4）質(zhì)量檢驗(yàn)：完成路基碾壓后，對(duì)碾壓面壓實(shí)狀態(tài)、壓實(shí)強(qiáng)度分布情況進(jìn)行全面分析，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)質(zhì)量薄弱點(diǎn)，并做好施工處理。

圖1 相關(guān)性檢驗(yàn)報(bào)告

圖2 顯示器

5.3 應(yīng)用效果分析

本項(xiàng)目通過(guò)路基連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量的全面監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格區(qū)域，指導(dǎo)碾壓施工的科學(xué)開(kāi)展，保證路基壓實(shí)質(zhì)量滿足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路基填筑作業(yè)的全面監(jiān)測(cè)，可快速、直觀找出碾壓面薄弱區(qū)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，保證路基質(zhì)量滿足規(guī)范要求。根據(jù)工程實(shí)踐可知，在高鐵路基填筑作業(yè)中，需做好工藝性試驗(yàn)，明確連續(xù)壓實(shí)目標(biāo)值，實(shí)時(shí)監(jiān)控路基填筑壓實(shí)施工過(guò)程，確保路基填筑壓實(shí)質(zhì)量可靠、均勻性好。