连续压实过程监控系统（CPMS）在机场场道填筑中的应用

梁军平，赵文斌，马万良

（1.清华大学环境学院，北京　100084；2.甘肃省机场投资管理有限公司，甘肃　兰州　730000；3.西南交大土木工程设计有限公司，四川　成都　610000）

连续压实过程监控系统（CPMS）在机场场道填筑中的应用

梁军平1，赵文斌2，马万良3

（1.清华大学环境学院，北京100084；2.甘肃省机场投资管理有限公司，甘肃兰州730000；3.西南交大土木工程设计有限公司，四川成都610000）

摘要：以甘肃陇南成州民用机场建设场道填筑质量控制为对象，采用连续压实过程监控系统（CPMS）对场道填筑质量进行过程控制，并与常规检测结果进行比对。结果表明：CPMS能够对地基填筑质量实现由“点”的控制到连续控制，有效保证了施工质量，可在机场、港口场道施工中推广应用。

关键词：连续压实；过程监控系统；机场；场道填筑

中图分类号：U615.4；U416.1

文献标志码：A

文章编号：2095-7874（2015）03-0061-03

doi：10.7640/zggWjs201503013

收稿日期：2014-10-29修回日期：2014-12-05

作者简介：梁军平（1972—），男，甘肃天水市人，硕士，副研究员，环境工程专业。E-mail：1649959055@qq.com

App lication of continuous coMpaction processMonitoring systeMin airport road filling

LIANG Jun-ping1,ZHAO Wen-bin2,MA Wan-liang3
（1.SchoolofEnvironment,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.Gansu Province Airport Inwestment& Management Co.,Ltd.,Lanzhou,Gansu 730000,China;3.Southwest Jiaotong University CivilEngineering Design Co.,Ltd.,Chengdu, Sichuan 610000,China）

Abstract：Taking the quality control of Chengzhou Civil Airport road filling construction in Gansu Longnan as the object,we used continuous compaction processmonitoring systeM(CPMS) to control the road filling quality,and compared with conventionaldetection tests.The results shoWthatCPMScan realize continuous controlby replacing the'point'control for filling quality control,effectively to ensure the construction quality,which can be popularized and applied in road construction in the airport and port.

Keywords：continuous compaction；process control system；airport；road filling

0　引言

压实是机场场道、港口基础填筑施工过程中的关键工序，松散材料只有通过有效压实才能获得足够的强度和稳定性[1]。长期以来，在控制填筑体压实质量时，一般采用K、K30、EVD、EV2等常规控制指标，是事后控制、“点”的控制，发现问题很难及时处理，处理范围也很难界定，很容易造成合格区域的“过压”。连续压实过程监控系统（CPMS）作为一项新型的填筑质量控制技术，起源于上世纪80年代末的德国和瑞士等西方国家，国内经过多年来的研究已经趋于成熟，目前主要大面积应用在高速铁路路基填筑质量的控制中，并且取得了很好的效果，但在公路、民航、水利、港口等领域还未推广应用，尤其在地形复杂、填料为细粒土、深填高挖等特殊条件下的机场场道和港口建设中应用更少。本文以甘肃陇南成州民用机场为依托项目，就连续压实过程监控系统（CPMS）在地基填筑中的应用技术进行研究分析。

1　成州民用机场工程简介

1.1工程概况

甘肃陇南成州民用机场位于成县店村镇，属

黄土高原中低山丘陵地带，中心点设计标高为1 124.5 m。跑道中心点距新江武公路约1 km，高程在1 078.09～1 157.47 m之间，最大高差约80 m，为典型的山区机场，受地形地貌限制，在建设过程中需对场地进行大规模的挖填改造。

1.2工程质量控制

因机场修建在山梁上，填料为细粒土（粉质黏土），而且需要深填高挖，其最大填方高度达60 m（见图1），场道填筑的压实控制是工程质量控制的最大难点之一。为此，建设单位改变传统的检测方法，引入CPMS技术，将其与常规检测有机结合，解决常规检测无法实现过程控制的弊病，同时加大对施工过程的监控，减少人为因素的干扰，大大提高了质量控制精度和效果。

图1　1号边坡坡段构成（均坡1∶2）Fig.1 The grade section constituentsof No.1 slope

2　CPMS的工作原理及优点

CPMS技术以动力学作用原理为理论基础，基于克服常规控制方法的不足而提出的，是压实质量控制的进一步发展[2]。

2.1传统压实质量检测控制方法的缺点

目前国内压实质量控制的传统方法主要依靠常规指标，存在很大局限性，主要表现在：1）由于常规实验都是在工序结束后进行的，属于结果控制，很难在碾压过程中进行控制。2）费时费力，对施工干扰大，取得的“抽样点”值很难反映整个碾压面压实质量情况。3）发现个别点不满足要求时，很难界定重新碾压范围，若全部碾压可能会造成部分区域的“过压”。4）抽样检验适合样本总体较均匀的情况，当填料不均匀时，抽样点是否具有代表性值得怀疑。

2.2CPMS的工作原理

将振动压路机的碾压过程看作是一种动态荷载试验过程，原则上与平板荷载试验基本相似[3]。在填筑碾压过程中，根据土体与振动压路机相互动态作用原理，通过连续量测压路机振动轮竖向响应信号，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。

压路机施加给振动轮激振力，同时土体给振动轮抵抗力并引起相应的振动响应。根据动力学和系统识别原理，通过对振动轮振动响应的实时量测和处理，得到与土体结构抗力有关的指标——振动压实值VCV，再通过对整个碾压面上各点VCV值分析评价压实质量，如图2所示。

图2　CPMS基本原理Fig.2 Basic principle of CPMS

2.3CPMS的优点

连续压实控制技术在填筑施工过程中可以实现多项控制功能，其中过程控制（压实程度、压实均匀性、压实稳定性）和质量检测（压实状态分布）可以根据施工要求有选择性地应用，与传统压实质量检测控制方法相比，CPMS具有高效率、高精度、操作简单等特点，而且能够实时对“面”进行压实控制。

3　CPMS在成州机场场道填筑上的应用

根据CPMS操作手册要求，比照《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》[4]和《公路路基与基层填筑工程连续压实系统技术标准》，采用CPMS进行场道填筑压实质量控制，首先应进行对比试验，建立连续压实控制指标VCV与常规控制指标（压实系数K）之间的关系，确定相关系数r，在相关系数满足要求（r≥0.7）的基础上才能采用CPMS进行质量控制。

3.1建立VCV与K之间的关系

由于成州机场场道填料为细粒土（其常规物理指标如表1），现场采用压实系数K作为质量控制的常规检测指标，并建立VCV与K之间的相关关系，确立相关系数和连续压实控制目标值[VCV]。根据现场试验数据，建立其对应关系（如图3所示）。

由图3看出：VCV与K之间相关系数r= 0.74，大于0.7，满足规范要求。根据民用机场施工质量控制要求，满足质量要求的压实系数K= 0.93，根据计算对应的连续压实质量控制目标值[VCV]= 302 kN/m。因此，在后续施工中，当压

路机型号、填筑工艺、填料相同的情况下，即可以采用CPMS技术，以[VCV]= 302 kN/m为目标控制值进行连续压实质量控制。

表1　粉质黏土物理指标Table 1 Physical index of silty clay

图3　VCV与K的关系图Fig.3 The relation of VCV and K

3.2质量检测结果

对施工现场调查和前期相关数据的分析表明，受当地自然环境的影响，该处填料及其含水量不易控制，波动性较大。

在成州机场场道填筑工程中，从“压实状态分布图”中提取压实薄弱点进行常规检测，做“最小风险控制”。若常规检测合格则判定为该区域压实质量合格；若常规检测不合格则对“压实状态分布图”中的压实薄弱区域进行“补压”。

现对成州机场P107 + 065—P107 + 165（里程桩号）“压实状态分布图”（图4）进行检测结果验证，对图上显示的碾压薄弱区域进行常规检测。

图4　压实状态分布图Fig.4 Layoutplan of coMpaction condition

图4中深色区域为压实质量薄弱区，从中提取常规检测点并对测得的数据进行对比，见表2。

表2数据显示，当VCV > 302时，所提取的5个点（1～5号）基本达到K=0.93合格的要求，但由于填料、特别是含水量的变异性导致VCV与K之间对应关系也发生一定变异，如3号点。当VCV < 302时，提取的4个点（6～9号）均不能满足要求，需经过“补压”处理，方可达到要求，

这样既可以为常规检测提供取点依据，并且可以找出合理的、需要补压处理的范围。

表2　VCV与K值对比表Table 2 CoMparison of VCV and K value

4　结语

采用连续压实状态分布图可以有效鉴定压实质量，且较易判断压实薄弱区域的界限。成州机场场道填筑通过应用连续压实监控系统，大大提高了机场场道填筑质量，保证各项指标值均能达到或高于场道填筑质量指标要求值，质量合格率达到99.8％。由此可以看出，CPMS技术对机场场道填筑质量控制优势明显，实现了由“事后检测”到“过程控制”的转变，有效地保证了施工质量，可在机场、港口场道填筑施工中推广应用。

参考文献：

[1]徐光辉，高辉，王哲人.路基压实质量连续动态监控技术[J].中国公路学报，2007（3）：17-22. XU Guang-hui,GAO Hui,WANG Zhe-ren.Continuous dynamic monitor technology on subgrade compaction quality[J].China JournalofHighwayand Transport,2007(3):17-22.

[2]官文龙.路基压实过程监控系统应用研究[J].路基工程，2013 （1）：165-167. GUAN Wen-long.Study on application ofmonitoring systeMin subgrade compaction process[J].Subgrade Engineering,2013(1)：165-167.

[3]徐光辉，高辉，王哲人.级配碎石振动压实过程的连续动态监控分析[J].岩土工程学报，2005（11）：35-37. XU Guang-hui,GAO Hui,WANG Zhe-ren.Analysisofcontinuous dynamicmonitoringon vibrating compaction processofgraded broken stone[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2005 (11)：35-37.

[4] TB 10108—2011，铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程[S]. TB 10108—2011,Technical code for continuous compaction controlof fillengineeringof railwayearth structure[S].