对路基智能压实系统的认识

谢维平 张国前

对路基智能压实系统的认识

谢维平 张国前

分析了路基智能压实系统的工作原理,以兰新铁路二线路基工程为例,详细阐述了智能压实系统控制路基质量

时的监理应用及作用,从而对智能系统有了进一步认识,为该系统的推广应用奠定了基础。

路基压实,监理控制,智能系统

兰新铁路第二双线在甘肃省境内张掖以西段路基长度占线路长度比例大,个别施工标段的路基长度占本标段线路长度比例达 88%,为进一步控制路基填筑的施工质量,增加路基质量的控制手段,兰新铁路甘青公司对管段内路基比例较大路段推广应用路基智能压实过程控制系统,在压路机上安装Trimb le CCS900GPS智能压实系统,但并不代替路基填筑施工中的常规检测项目,仅作为常规检测的补充与完善。鉴于此,本文重点分析该系统的特点,充分理解系统的优点利用好该系统。

1 工作原理

路基填筑智能压实系统采用GPS实时动态定位控制技术和压实传感器监测技术,通过智能控制系统实时处理获知的压路机钢轮准确三维位置和姿态信息,以及压实传感器实时监测到的钢轮振动量,以图形和数值方式显示CMV(压实质量目标测定值)值、碾压遍数、碾压范围、压实厚度、薄弱区域等信息,引导操作手工作。这种技术集中体现在计算机技术、精密传感技术和GPS定位技术的综合应用,实现了工业化生产、信息化控制。

智能压实系统由可移动或固定的 GPS基准站通过差分信号与安装在液态式振动机械压路机驾驶室顶的 GPS接收机和无线电接收器、固定在压路机钢轮上的压实传感器、驾驶室中的PC显示器、小型打印机组成。可对压实机械通过GPS天空卫星系统实现实时定位,准确地显示机械位置、工作时间、机械作业面积,同时可以显示CMV值、碾压遍数的薄弱区域(可精确到1m2)。

2 智能压实系统控制质量时的监理应用及作用

2.1 路基填筑工艺性试验阶段

监理督促施工单位根据设计的取土场数量实施数量相当的工艺性试验,如果在同一取土场的填料性质发生变化时须相应增加工艺性试验。工艺性试验的目的不但要针对不同的压实机械、不同的铺筑厚度、碾压遍数对压实系数 K、地基系数 K30及动态变形模量 Evd进行检测对比,而且要采集不同碾压遍数后的智能系统CMV测定值和保证率。一般而言,根据经验所得在碾压第4遍时开始采集常规检测参数及智能系统参数。随着碾压遍数的增加,压实系数K、地基系数K30及动态变形模量Evd、目标值 CMV平均值及保证率均会提高;填筑厚度和机械参数均固定时,在碾压第 N遍结束,通过常规检测各项指标均合格,此时系统显示的平均CMV值、碾压遍数、厚度(均按不大于 30 cm)可以确定为同一种填料、同等功率压实机械的目标控制值,大于CMV目标值的百分比可达到 95%以上,平均值也会大于目标值。

2.2 监理对工艺性试验的总结

在填料与压实机械不变的情况下,分析总结碾压遍数增加与CMV值的提高对应关系,不同的CMV值与压实系数K、地基系数K30及动态变形模量Evd之间的对应关系是在今后质量控制时的关键一步,因为系统显示的实际平均碾压遍数有可能与设定值会存在偏差,如果操作手的原因超出了设定碾压范围,这种偏差会增大,仅仅从系统打印小票来分析可认定碾压不足,但实际压实质量已达到要求。

2.3 填筑过程的监理控制

1)要求施工单位针对不同的填料或不同的取土场、不同机械采集的 CMV目标值、填筑厚度、设备编号、施工图号(施工段落里程)、CMV值薄弱区及碾压遍数较弱点数进行技术交底和设定。值得注意的是,根据《客运专线铁路工程施工质量验收标准》规定,每层路基填筑沿线路纵向左、中、右每 100m抽样检测压实系数 6点,当有反压护道时每100m增加 2点;相应在设定薄弱区时根据填筑纵向长度确定显示屏和打印小票上显示的点数,否则在常规检测时难以确定实测位置。2)在设定碾压遍数时按传统碾压遍数的 2倍设置,因为压路机正、反向行驶碾压时对土粒施加的压实功不同,反向时压实功会降低 20%,该系统只自动记录压路机正向行驶压实遍数,对于压路机在碾压时的搭接宽度通过系统已自动忽略,与规范要求的轮迹搭接并不存在冲突。为了保证填筑层厚度显示的准确性,在每段路基填筑前对地基处理后地面高程进行实测记录,输入系统默认。3)系统对当前填筑层在驾驶室显示屏上通过图形的方式显示整个填筑范围内的压实质量CMV值分布,指引操作手对CMV值分布显示高亮部位进行补充碾压直至显示合格。施工单位正式报验前监理要求提供该段本层的机打小票,通过对小票的分析来确定需见证检测点的位置。4)监理对机打小票分析时的关键注意事项：a.实际平均填筑厚度、最大填筑厚度、最小填筑厚度、超过设定填筑厚度 10%的比率,如果平均厚度超过了设定厚度,要分析超过设定厚度所占的比率。根据在施工中智能系统检测与实际检测对比,对这样的问题依然通过“四区段、八流程、挂线网格化”作业解决。b.进行实际碾压遍数与设定值的对比分析,平均碾压遍数是否超过设定值,如果超出说明操作手根据显示屏对局部进行了补压;如果未达到设定值,要分析实际不同碾压遍数所占比例,如果显示有设定值/2的遍数,此层可以认定局部碾压不足,可要求对本层局部进行重新碾压,一般出现这种情况时大多是在线路中线沉降观测杆距离较近的地段;如果设定值 ±1遍所占比例的总数超过75%,碾压过程是比较规范的。c.平均CMV值与设定值的对比,如果平均值比设定值小,如果没有设备故障方面的原因,常规检测指标不能一次合格,个别点的检测值与规定值存在偏差。如果系统信号正常,平均CMV值大于设定值,常规检测值均能达到规定值要求。d.根据CMV薄弱区和碾压遍数薄弱区选择常规检测点,尤其按碾压遍数较弱点进行常规检测。监理可以根据薄弱区域的显示位置要求施工单位进行检测或平行检测。

2.4 智能系统的使用对监理在路基填筑事前、事中、事后控制发挥了积极的作用

1)事前控制作用,可以针对不同填料进行室内土工试验及参数(CMV值确定)的确定,使得施工作业流程更加清晰,杜绝了填料已经更换,但前期的试验未完成,检测依据错误,导致实际检测时出现偏差,影响施工指导及质量的判定。不但可以保证填料性质确定,同时保证了土工试验的规定频次。同时,使监理人员对不同性质的填料及不同的碾压遍数所对应的目标值有了进一步的掌握;2)在路基填筑的摊铺、碾压过程中,由于智能系统实现了实时检测,驾驶室所打印的小票可以在一定程度上代替监理对松铺厚度、碾压遍数、碾压轮迹的搭接、平整度的控制,监理只需对自卸车的筛网、网格的设置、下层顶面标高进行确认即可以将本层的填筑过程由最后的检测来评定;不但减轻了监理的工作量,而且使过程控制手段变得更加科学;3)碾压结束后,通过对打印小票的分析,针对CMV值、碾压遍数薄弱区域的常规检测对比,避免了事后对压实质量检测的人为因素,使得监理平行检测更加公正、科学。

3 对智能系统的认识

1)作为高速铁路控制路基填筑质量的新兴手段、信息化的技术,打破了传统的以点盖面的检测方法,使过程控制更加科学,实现了路基填筑全过程、全方位的质量控制;同时也打破了传统的碾压工艺,使过去对路基填筑层的正反向碾压改变为正向碾压,使得压实功更进一步的提高。对作业操作手的技能要求也更高,不但要对路基碾压进行实时监控,对作业人员的知识水平、责任心有了更高的要求,真正实现了质量形成过程的全员参与。

2)GPS基站受地形条件及外界的电磁干扰较大,大风及雨天对系统的正常使用也有影响,一台基站的覆盖范围仅在 15 km左右,移动基站电池充电需专人负责,不同的原因造成使用过程中出现小票无法打印或者差分信号无法接收的情况,所以将来的很长时间内无法替代原有的常规检测手段。

3)由于该系统仅仅处在推广应用阶段,不受施工合同的约束,参建单位对系统的应用认识不统一,作为质量控制及监理控制手段的一门新技术,出现了过分强调或忽视智能系统的作用,过分强调时会影响进度,忽视时会出现检测不合格—复压—再检测现象,延长了检测的时间,降低了施工工效。

4)系统无法实现多台压路机在同一段落施工,这样会导致压实质量打印小票各项数据紊乱而无法进行分析;当机械出现故障时如果进行车载系统的转换,数据须进行重新录入进行转换设置,对作业人员要求更高,多数情况下会出现前一台压路机所采集数据丢失。

4 结语

路基填筑智能压实系统作为质量控制的高端技术,虽然在使用过程中由于外在的原因经常出现使用不正常,但是无法掩盖其对传统施工方法的冲击和变革;对于填筑质量控制方面的作用和意义更加明显。如果能在信息化传输方面与计算机实现连接,将使质量控制尤其是监理对质量的控制方法、手段更加趋于完善。该系统值得在将来的高速铁路路基填筑过程运用更完善的方法进行推广应用。

[1] 杨永辉,唐 寻.路基压实度的测试方法和影响因素的探析[J].山西建筑,2010,36(8)：276-277.

The cognition of subgrade intelligent com paction system

XIE Wei-ping ZHANG Guo-qian

This paper analysised the work principle of roadbed intelligent compaction system.Take theexampleof Lanzhou-Xinjiang railway second-line subgrade engineering,introduces the app lication and effect of the process while intelligent elaborated systems controls the quality of roadbed,thuswe have a further understanding about intelligent system so that to laid a foundation for the popularization and app lication of this system.

roadbed compaction,supervision control,intelligent system

U 416

A

1009-6825(2011)09-0154-03

2010-11-27

谢维平(1973-),男,工程师,甘肃铁科建设工程咨询有限公司,甘肃兰州 730030

张国前(1984-),男,助理工程师,甘肃铁科建设工程咨询有限公司,甘肃兰州 730030