基于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的某公路路基壓實(shí)質(zhì)量及均勻性評(píng)價(jià)

摘要 使用連續(xù)壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行公路路基壓實(shí)施工時(shí)，需保證壓實(shí)的均勻性，及時(shí)處理不均勻位置。文章結(jié)合某公路工程對(duì)路基壓實(shí)均勻性的控制進(jìn)行了分析，使用均勻性控制指標(biāo)δ、縱向條帶的壓實(shí)度均勻性k和橫向條帶均勻性h進(jìn)行了評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了從縱向、橫向兩個(gè)方向?qū)鶆蛐缘臏y(cè)量和控制。研究表明，使用2%作為壓實(shí)度差異最為合理，可以較好地進(jìn)行均勻性評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞 連續(xù)壓實(shí)；公路路基；壓實(shí)均勻性

中圖分類(lèi)號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）02-0090-03

0 引言

公路工程的路基是道路的基礎(chǔ)，為保證路基的承受能力，在公路工程施工中需要對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)，施工方式一般使用機(jī)械進(jìn)行土體顆粒的碾壓，以有效提升結(jié)構(gòu)密度，使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性更高[1]。為了避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，確保壓力、荷載的均勻傳遞，防止出現(xiàn)不均勻沉降，需要保證路基壓實(shí)的均勻性。該文對(duì)某使用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的公路路基壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行研究，檢測(cè)其壓實(shí)效果，并對(duì)連續(xù)壓實(shí)作業(yè)的均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 公路工程路基施工狀況

1.1 工程概況

某公路工程為城區(qū)和機(jī)場(chǎng)連接的高速公路工程，道路全長(zhǎng)11.266 km，路基寬度為26 m，路面為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，路基是石土混合體，比例為4.5∶5.5。通過(guò)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘察，地下的主要結(jié)構(gòu)為黏土和風(fēng)化巖，其中風(fēng)化巖已嚴(yán)重風(fēng)化變成土狀，黏土呈現(xiàn)出松散結(jié)構(gòu)。路基結(jié)構(gòu)的石料為強(qiáng)風(fēng)化巖和中等風(fēng)化巖，其中強(qiáng)風(fēng)化巖結(jié)構(gòu)為泥-砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，均勻性較低，遇水后容易軟化分解，抗壓強(qiáng)度在2.0 MPa以下。

1.2 壓實(shí)作業(yè)方法

該工程使用26 t振動(dòng)壓路機(jī)開(kāi)展壓實(shí)施工作業(yè)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.3 連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)技術(shù)

在對(duì)連續(xù)壓實(shí)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用壓實(shí)計(jì)值進(jìn)行測(cè)試。該測(cè)量方法下，會(huì)在振動(dòng)輪軸位置安裝加速器檢測(cè)裝置，將所測(cè)量的加速數(shù)據(jù)傳輸至電腦，經(jīng)過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)化后確定諧波和基波的比值，進(jìn)而完成對(duì)壓實(shí)效果的推算，其計(jì)算公式如下：

式中，——壓實(shí)計(jì)值；——加速度信號(hào)頻域下一次諧波對(duì)應(yīng)的幅值；——基波幅值；——常數(shù)[2]。

檢測(cè)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、傳感器、顯示器三個(gè)部分，分別對(duì)應(yīng)輸入單元、處理單元和輸出單元。輸入單元主要是振動(dòng)輪上的加速傳感器和GPS，能夠?qū)崟r(shí)傳遞振動(dòng)壓路機(jī)行駛過(guò)程中的加速度信號(hào)；處理單元包括信號(hào)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)分析模塊、圖像生成模塊等；輸出單元包括機(jī)載顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程顯示系統(tǒng)、報(bào)告打印系統(tǒng)三部分，能夠在線實(shí)時(shí)顯示路基的壓實(shí)狀況[3]。

2 壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)方法

2.1 區(qū)域均勻性

均勻性是將工作區(qū)域劃分成多個(gè)區(qū)域，其中任意一個(gè)區(qū)域和相鄰區(qū)域之間的壓實(shí)度差異，一般使用δ表示。通過(guò)確定工作區(qū)域的均勻性，能夠反映工作區(qū)域的壓實(shí)度差異水平，其計(jì)算公式如下：

式中，Ki——第i個(gè)區(qū)域的壓實(shí)度（%）；Kj——第j個(gè)區(qū)域壓實(shí)度（%）。利用區(qū)域均勻性的概念能夠進(jìn)行有限元分析，并確定在不同壓實(shí)度情況下路面、路基結(jié)構(gòu)的性能，并進(jìn)一步結(jié)合工程驗(yàn)收要求確定均勻性的臨界要求，即確定均勻性的臨界指標(biāo)δcrit，從而判斷工程施工是否合格。

2.2 條帶均勻性

條帶均勻性是將工程分為多個(gè)條帶，分析條帶壓實(shí)度和周?chē)渌麠l帶之間的差異。在進(jìn)行條帶劃分時(shí)，一般沿著壓實(shí)的軌跡方向完成對(duì)均勻性的定量評(píng)價(jià)，最終獲得均勻性k，其計(jì)算公式如下：

式中，S——縱向條帶壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算公式如下：

F為F分布值，統(tǒng)計(jì)時(shí)會(huì)對(duì)所有縱向條帶的平均重復(fù)性偏差進(jìn)行比較，以確定是否存在壓實(shí)度離散性大的條帶。

對(duì)橫向條帶均勻性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)使用一致性統(tǒng)計(jì)量h，其計(jì)算公式如下：

d為橫向條帶偏差，其計(jì)算公式如下：

通過(guò)計(jì)算單條橫向條帶的平均值與所有條帶平均值的差距，然后將其和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比較，從而確定壓實(shí)度偏離情況較大的條帶。

3 區(qū)域均勻性判定臨界值δcrit計(jì)算

使用有限元分析確定δcrit，利用Abaqus軟件建立路面路基的模型。

3.1 材料參數(shù)

路面結(jié)構(gòu)選擇半剛性材料作為基層瀝青路面，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范制作模型，路面結(jié)構(gòu)的參數(shù)如表2所示。

根據(jù)實(shí)際施工中的檢測(cè)結(jié)果，施工區(qū)域內(nèi)壓實(shí)度為93%～99%，因此使用壓實(shí)度在93%～99%之間對(duì)應(yīng)的模量進(jìn)行求解，從而獲得路基壓實(shí)密度和模量對(duì)應(yīng)結(jié)果。

3.2 結(jié)果分析

通過(guò)將不同壓實(shí)度的模量輸入模型中，可以得到沿道路行駛方向不同壓實(shí)度下結(jié)構(gòu)力學(xué)的變化情況，如表3所示：

隨著道路壓實(shí)程度的提升，路面彎沉、瀝青混合料層拉底應(yīng)變、路基頂面壓應(yīng)力均在逐漸減小，證明在壓實(shí)程度不均勻的情況下，對(duì)路基頂面造成的影響最明顯。結(jié)合工程驗(yàn)收的實(shí)際情況，認(rèn)為差異超過(guò)1%則變化不均勻，同時(shí)壓實(shí)度每增加1%，路基頂面壓實(shí)度變化為3.9%，變化并不明顯，缺少指導(dǎo)意義；壓實(shí)度差異為2%時(shí)，路基頂面壓應(yīng)力變化率為7.8%，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)所產(chǎn)生的影響；當(dāng)壓實(shí)度差異為3%時(shí)，區(qū)域之間的差別過(guò)大，很多局部不均勻位置容易被忽略。因此，最終選擇2%作為均勻性判定的臨界值。

4 壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)

為了能夠?qū)κ┕^(qū)域的壓實(shí)均勻性進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，使用網(wǎng)格劃分成不同的條帶，劃分方法如圖1所示。使用該方法將某個(gè)施工區(qū)域分為500個(gè)子區(qū)域，選擇條帶內(nèi)壓實(shí)度的平均值代表?xiàng)l帶的壓實(shí)度[4]。

4.1 縱向條帶評(píng)價(jià)

縱向條帶評(píng)價(jià)時(shí)，縱向條帶每5條為一組，計(jì)算縱向條帶區(qū)域內(nèi)的均勻性控制指標(biāo)δ，如圖2所示。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，縱向條帶部分區(qū)域的均勻性控制指標(biāo)高于2%，因此縱向條帶存在壓實(shí)不均勻的情況，其中條帶2存在δ超過(guò)4%的情況，說(shuō)明條帶的區(qū)域內(nèi)壓實(shí)不均勻問(wèn)題比較突出。同時(shí)，條帶3存在3個(gè)大于δcrit的區(qū)域，說(shuō)明壓實(shí)不均勻的問(wèn)題比較嚴(yán)重，需要重點(diǎn)進(jìn)行控制。結(jié)合GPS能夠比較準(zhǔn)確地確定坐標(biāo)點(diǎn)的位置，確定壓實(shí)不均勻區(qū)域的編號(hào)分別為46、62、75、77、308，可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)檢查壓實(shí)狀況。

對(duì)條帶均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，首先進(jìn)行縱向條帶一致性統(tǒng)計(jì)量k的計(jì)算，然后在95%置信度水平下查詢分布表，確定縱向條帶臨界值kcrit為1.25。發(fā)現(xiàn)條帶2、3的k值分別為1.77和1.60，并且條帶2壓實(shí)的離散問(wèn)題比較明顯，說(shuō)明該條帶的壓實(shí)不均勻問(wèn)題比較突出；條帶5的k值接近臨界值，說(shuō)明該條帶可能存在壓實(shí)不均勻的問(wèn)題。

4.2 橫向條帶評(píng)價(jià)

橫向條帶評(píng)價(jià)時(shí)，將每5條為1組，計(jì)算橫向條帶區(qū)域內(nèi)的均勻控制指標(biāo)δ，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，橫向條帶2、3、15、18、19、22出現(xiàn)區(qū)域均勻性指標(biāo)δ超過(guò)2%的情況，因此上述條帶的壓實(shí)均勻性不足；其中，條帶22存在δ大于4%的情況，因此該條帶內(nèi)部壓實(shí)不均勻的情況比較明顯；條帶15和條帶19存在δ處于臨界值的區(qū)域，說(shuō)明這兩條條帶的不均勻情況比較明顯，需要進(jìn)行重點(diǎn)控制[5]。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，確定橫向條帶一致性檢驗(yàn)的臨界值hcrit為1.49，橫向條帶10、20、21的一致性統(tǒng)計(jì)量大于臨界值hcrit，說(shuō)明該條帶的壓實(shí)度偏差值較大，其中橫向條帶20的h達(dá)到1.85，說(shuō)明該條帶的均勻性與其他條帶區(qū)別較大，因此在該條帶位置的均勻性不足，而橫向條帶9、19、23的h和臨界值基本一致，證明這幾個(gè)條帶位置的均勻性較高。

5 結(jié)論

通過(guò)提升路基的壓實(shí)度，能夠保證道路投入運(yùn)營(yíng)后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但需要對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行合理控制，在保證道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時(shí)還應(yīng)具備一定的彈性。結(jié)合該工程中的情況，使用2%作為壓實(shí)度差異最為合理。在實(shí)際施工中，通過(guò)分析區(qū)域均勻性控制指標(biāo)δ，以及使用橫向、縱向條帶的壓實(shí)一致性統(tǒng)計(jì)量k和h，能夠較好地反映實(shí)際情況，以便進(jìn)行薄弱區(qū)域的控制。

參考文獻(xiàn)

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