铁路工程路基连续压实试验应用研究梁承欢

梁承欢

中铁五局集团限责任公司

摘要：本文结合某铁路路基连续压实试验段施工实例，针对路基连续压实的施工技术进行了研究探讨，对其成果资料进行了总结，为类似工程提供参考。

关键词：连续压实；路基试验；应用研究

1前言

路基结构是轨道结构的基础，随着列车运行速度的提高，要求路基结构要为上部结构提供更加平顺而稳定的支承，决定路基结构性能的关键要素是填料和碾压，在选定好填料的情况下，路基填筑的压实质量是决定其结构性能好坏的根本。路基压实质量包括压实程度、均匀性和稳定性三个方面内容。目前，常规质量检测采用抽样方式进行，比较费时费力，只能检测局部点的压实程度并且是事后检测，较难适用机械化施工要求。因此，采用实时的、能够对整个碾压面压实质量进行全面监控和检测的连续压实控制技术是提高路基质量的一条崭新途径。连续压实技术是今后路基压实施工施工质量控制的发展方向，本文对黔张常铁路龙山站路基施工采用的连续压实试验段施工技术进行了总结，为类似工程借鉴。

2工程概况

黔张常铁路设计为时速200km客货混线，线路经行于湘鄂渝交汇地带，地形总的趋势西高东低，主要地貌沿线路行进方向划分为中山、低山区，丘陵区和冲湖积平原区。龙山车站DK84+600~DK85+300段路基为连续填方地段，地层主要为第四系全新统冲积粉质黏土，下更新统细圆粒土，白垩系一第三系东湖群组泥岩；工点范围地表水不发育，地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，第四系孔隙潜水主要赋存于第四系冲积层中，水位深2~7m，主要受大气降水补给，基岩裂隙水主要赋存于泥岩的节理、裂隙中，主要受大气降水及地表水补给，选用该段基床底层B组填料作为路基连续压实试验段。

3路基连续压实实施

3.1连续压实原理

路基填筑碾压过程中，将振动压实机具作为加载设备，在压路机的振动轮上安装加速度传感器，根据土体与振动压路机相互动态作用原理，通过连续量测振动压路机振动轮竖向振动响应信号，建立检测评定与反馈控制体系，实现对整个碾压面压实质量的实时动态监测与控制，根据压实机具与路基之间的相互作用，通过路基结构的反作用力（抗力）来分析和评定路基的压实状态，进而实现碾压过程中压实质量的连续控制。

3.2设备选型

设备主要分硬件部分和软件部分，硬件部分由加载设备和量测设备组成，软件部分由压实控制软件和数据管理软件组成，设备组成图如下。

加载设备（振动压路机）振动性能必须满足规程要求，自重不宜小于16吨，振动频率的波动范围不应超过规定值的±0.5Hz，振动频率波动较大，将会导致激振力出现更大的波动，量测结果出现异常变化，量测设备由振动传感器、信号调理（放大、滤波）、采集、记录、信号分析处理软件和显示装置等部分组成。

安装检测设备时，振动传感器采用加速度传感器，垂直安装在内机架上，并垂直于路面，灵敏度不小于10mV/m?s-2，量程不小于10g，数据采集与显示装置模/数转换位数应不小于16位，采样频率应不小于400Hz，能直接接受来自振动轮的振动信号，通过数据传输线与机盒连接，机盒放在压路机操作室内，便于操作人员可以直接读取读数，实时观测到压实情况，控制压路机振动频率的波动范围。

龙山站试验段选用加载设备为22吨单钢轮振动压路机，量测设备由铁路总公司连续压实科研专用产品供应商成都峨秀压实机械科技有限公司供应。

3.3路基填料分析

龙山车站DK84+600~DK85+300段路基设计为基床底层为B组填料，基床表层为级配碎石，采用路基连续压实试验段为基床底层的B组填料。

基床底层B组填料采用集中加工，对于粗粒土，一般采用颗粒分析定名，试验段测试路基基床底层的压实质量，对路基床底层的填料进行试验分析，确保填料满足规范要求。

3.4相关性校验

传统的压实度检测方法基床底层B组填料采用孔隙率n和地基系数K30检测，应用动力参数VCV为连续压实评价的指标，同时采用连续压实控制方法级传统的压实度检测方法，在每个试验段分别检测地基系数K30指标，对所测数据进行分析，将结果进行比较，找到连续压实指标和传统压实度检测指标的规律和特点。

3.4.1试验段施工

按常规“三阶段、四区段、八流程”组织施工。根据试验段长度设置试验段起始和终止标志线；按轻度、中度和重度三种压实状态进行碾压作业；并分别相应进行振动压实值的连续压实检测，再进行常规质量验收指标地基系数K30的检测，每种压实状态区域内的检测数量不少于6组，试验严格按相关规程操作，待每一级加载稳定后方可进行下一级加载，同时做好所取点的VCV值，并记录数据对。

相关校验压实状态分布图

对检测数据进行筛选，剔除异常数据后，输入每个点的VCV值与地基系数K30检测数据，计算出相关系数r并生成相关校验报告，如相关系数大于0.7，则相关性成立。如上表为常规计算式，现采用计算软件输入上表采集的18对数据，得相关系数0.9696，n=18；得r≥0.7建立相关模型。

c.建立相关模型（方程）

回归方程：VCV=a+bx=0.89*K30+286.76VCV～K30关系图：

d.确定连续压实控制目标值——用于后续施工段的压实程度控制

常规质量验收指标合格值[x]=150MPa/m，

对应的[VCV]=420kN/m

3.4.3编制相关校验报告

相关性检验完成后及时编制相关性校验报告，作为连续压实控制的压实质量报告组成部分。

3.4.4控制要点及注意事项：

a.试验段的填料、含水量及填层厚度等应与后续施工段的相同；

b.试验段应采用与施工段相同的振动压路机及振动压实工艺参数；

c.试验段的碾压面应平整且无积水，并符合相关标准要求；

d.振动压路机在连续压实检测过程中应正向匀速行驶（3km/h）；

e.连续压实检测应对整个碾压面进行，振动压路机相邻碾压轮迹之间的重叠宽度应控制在10cm之内；

f.振动压路机进入试验段起始线之前应达到正常振动状态，到达起始线之前开始连续压实检测的数据采集，离开终止线后停止采集；

g.相关校验的常规质量验收指标检测点应根据连续压实检测结果选取；每种压实状态区域内的检测应根据轮迹振动压实曲线，按照振动压实值低、中、高三种情况，在振动压实曲线变化比较平缓的位置选取；

h.常规质量验收指标的检测应按现行相关标准进行，其中重度压实状态区域的检测结果应达到路基相关标准规定的压实合格标准。

3.5过程控制

过程控制主要是在压实过程进行压实程度、压实均匀性控制、压实稳定性三方面进行全方位的实时监控。

3.5.1技术要求

压实程度控制：压实程度根据与设定的目标振动压实值比较判定，碾压面压实程度的通过率按通过面积（通过的检测单元数量）占碾压面面积（检测单元总数量）的多少计算，通过率应按不小于95％进行控制，其中不通过的检测单元应呈分散分布状态。

压实均匀性控制：压实均匀性可通过碾压轮迹上振动压实曲线的波动变化程度和碾压面振动压实值数据的分布特征进行判定，压实均匀性宜按振动压实值数据不小于其平均值的80％即：VCVi≥0.8VCV平均值进行控制。

压实稳定性控制：压实稳定性判定和控制采用振动压路机同一行驶方向的振动压实值数据进行，压实稳定性根据同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值数据差异进行判定。

3.5.2VCV数据与常规检测数据的采集及相关性分析

在连续压实过程控制系统记录的原始数据中，提取出检测点位置的VCV数据，通过数学软件分析两组数据的相关性，并跟据轮迹振动压实曲线图对VCV数据和常规地基系数（K30）检测数据的相关性进行描述，同时检测对应的孔隙率情况，常规碾压工艺中往压路机往返算一遍，连续压实系统则算两遍。下图表中数据为碾压第四遍和第六遍的数据采集。

过程控制压4遍试验记录表

通过对以上数据的分析，在达到目标VCV值的情况下，常规试验检测指标均能满足设计要求，并通过薄弱区域显示的数据，采取有针对性的处理措施。由此说明本试验段所确定的目标VCV值能够作为控制路基填筑质量的参考依据。

3.5.3控制要点及注意事项

施工段根据连续压实过程控制的相关反馈信息采取有效措施，提高填筑层的压实质量，其处理应符合下列规定：

a.压实程度通过率小于95％时，在不通过的区域范围内应改进压实工艺或更换压路机进行补充碾压。补充碾压效果不明显时，可采取局部改善填料性质、调整含水量等措施进行处理。

b.前后两遍振动压实值数据的差异较大时，应在该轮迹上继续碾压至符合规定要求以提高压实稳定性，同时进行压实程度判定。

c.在振动压实数据低于0.8VCV平均的压实区域范围内应采取上述多种措施，提高该区域的振动压实值数据至0.8均值线以上以改善压实均匀性。

D.施工段每一填筑层最后一遍压实过程控制相关信息应作为施工记录证明材料存档。

3.4质量检测

3.4.1技术要求

常规验收检验在压实最薄弱区域进行，路基填筑压实工程压实质量验收时应按照现行路基相关验收标准进行，并符合以列规定，第二层填筑时直接采用第一层相关性试验成果并通过试验对比验证，普通填料区间正线压实系数6个抽检点中选取1个点在压实质量薄弱区域内，另外5个点分别为距路基边线1m处左、右各2点，路基中部1点；地基系数4个抽检点中选取1个点在压实质量薄弱区域内，另外3个点分别为距路基2m处左、右各1点，路基中部1点。

3.4.2试验数据采集分析

质量检测记录表

3.4.2质量检测报告

施工段连续压实质量检测完成后及时编制包含压实状态分布图和压实程度分布图在内的连续压实质量检测报告，作为连续压实控制的压实质量报告组成部分，采用图形形式与电子文件两种形式进行，并用易于读取的格式进行存储，样式应符合《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》（TB10108－2011）相关要求。

4结束语

常规检测是在碾压结束后进行，属于结果控制，发现问题需返工，不能实时处理，依靠抽样试验进行，花费时间，加载占用重型设备，给施工过程带来干扰，仅得到“抽样点”的检验结果，很难控制路基压实的均匀性，发现个别抽样点不满足要求时，很难界定重新碾压的范围，容易造成其它合格区域的“过压”现象；连续压实由点的抽样检测转变为覆盖整个碾压面的全面监控与检测，现场可视化显示压实结果；与常规检测方法结合起来，可以使常规检测的抽样控制变为关键（薄弱）区域控制，大量减少常规检测的数量，并且可以确认常规检测不合格点所处的范围，实现了施工过程的全过程监控，与施工同步，效率高、不干扰施工，并且能够指导现场施工，对欠压地段及时补充碾压，同时可以避免过压和优化碾压遍数，可以提高压实质量的均匀性。总体而言，连续压实控制技术改变了传统意义上的随机抽样检测控制方式，不但使用在碾压的全过程中，还体现在对整个碾压面的全覆盖式控制上，已经成为一项成熟并普遍应用的先进压实技术，被誉为筑路技术的第三次革命。采用这项技术不仅能提高生产效率，还能有效和提高压实质量。黔张常铁路龙山站DK84+600~DK85+300段路基基床底层施工全部采用连续压实，连续压实合格后检测地基系数K30和孔隙率均达到一次检测合格率100%，节省了人力物力，提高了功效，为今后类似工程提供借鉴经验。