中德路基连续压实质量控制标准对比分析

贾莉浩，董学军

（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉430023；2.武汉市城市管理局材料站，湖北 武汉430012）

中德路基连续压实质量控制标准对比分析

贾莉浩1，董学军2

（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉430023；2.武汉市城市管理局材料站，湖北 武汉430012）

压实质量评价方法与指标是路基压实的重要内容。在对比中德两国路基连续压实控制技术规范的基础上，系统地分析了两国在压实程度和压实稳定性评判方面的共性与差异。分析得出：在压实程度评价指标方面，相比德规采用的双变量指标，我国采用的单变量指标未能考虑不合格区域压实值；在压实稳定性方面，我国规范未考虑土体对水的敏感性。故我国连续压实质量评价体系与德国的体系相比仍存在一定的差距，尤其是相关质量评价指标体系还需要进行改进。最后，针对规范存在的问题，提出了进一步改进的思路。

路基压实；连续压实控制；压实程度；压实稳定性

0　引言

常规质量检测采用抽样方式进行，费时费力，只能检测局部点的压实质量属于事后检测，较难满足路基压实质量要求［1］。而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为路基填筑质量提供了一个崭新的途径［2］。近年来，此技术在土体压实方面得到了广泛的应用。

建立合理的连续压实控制规范是连续压实控制技术应用于路基压实的重要前提，国内外均制定了相应的连续压实规范。美国众多州与联邦公路管理局（FHWA）联合进行了大量的现场压实试验并制定了相应的规范［3］；德国经过相关试验制定了ZTVE-StB系列规范［4］；瑞典推出了相应的BYA系列规范；奥地利推行了RVS 8S.02.6规范。我国于2011年12月1日施行了TB 10108-2011《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》［5］以下简称《规程》）。本文从压实程度、压实稳定性及压实均匀性的判定三方面分析我国现行《规程》与德国ZTVE-StB-2010规范（以下简称《德规》）中评判标准的异同及优缺点，并在此基础上指出两国规范现存的问题，以及针对这些问题可采取的方法。

1　压实程度判标对比

1.1中国压实程度判定指标

压实程度是指路基在碾压过程中，表征碾压层物理力学状态的指标达到规定值的程度。《规程》中，压实程度是通过检测单元压实值与设定的目标振动压实值比较进行判定。第i个检测单元压实程度按式（1）计算。式中：VCVi表示第i个检测单元振动压实值的检测结果；［VCV］是由相关性校验确定的目标振动压实值。

当满足式（1）时，表明第i个检测单元压实程度合格。《规程》规定碾压面压实程度按合格检测单元数占总检测单元数的比例不小于95%进行控制。

1.2德国压实程度判定指标

德国于2008年发布的ZTVE-StB-08规范在假设连续压实值符合正态分布的基础上，提出了压实通过率须大于90%的规定（见图1），可得当通过率为90%时对应的临界压实值大小为μ±1.28·σ。当满足式（2）时，通过压实程度验收。

图1　压实程度判定示意图

式中：MVi为点i的压实值，μ为压实值均值，σ为标准差。

此方法基于统计学中的置信区间的概念，但当出现下列情况时，会出现一定误判：在情况B中，虽然通过率大于90%（置信率为10%），但是不合格压实值过小，属于薄弱区域，需进行补压；而在情况A中，虽然通过率小于90%，但不合格值均非常接近压实目标值，通常的验收标准常会接受这样的表面（见图2）。

图2　两种特殊的压实值分布情况曲线图

鉴于上述方法未考虑不合格区域压实值与压实目标值的关系，ZTVE-StB-10规范在综合不合格区域面积和不合格压实值的基础上，提出了压实程度判定新指标U，具体见下式：

式中，MVi为点i的压实值；Tm为压实目标值；Bi为MVi对应的面积。

由U的定义可以看出，U是无量纲的指标，且当U越小，则压实程度越好。《德规》根据大量现场试验，规定了不同工况下的U的目标值Ut，具体见表1所列。

表1　不同压实工况下的Ut值表

1.3优缺点分析

《规程》在利用面积通过率指标进行压实程度评价时，仅考虑了不合格区域所占比例，并未考虑不合格压实值与压实目标值相差多少，有可能出现图2所示的误判情况。为此，《德规》综合不合格区域所含比例，以及不合格压实值的大小，利用面积与压实值大小的加权，提出了同时考虑两者的指标并验证了其合理性及适用性，较《规程》提出的单变量指标（面积通过率指标）更全面合理。

2　压实稳定性指标对比

2.1中国压实稳定性判定指标

压实稳定性表示在振动压路机振动压实工艺参数一定的情况下，路基压实状态随碾压遍数变化的性质，是控制填筑体物理力学性能稳定程度的重要措施。《规程》认为随着碾压遍数的增加，连续压实指标值呈增加趋势，当碾压遍数增加到一定量的时候，压实指标值增长缓慢，最终理论上会趋于零，压实稳定性应按同一碾压轮机上前后两遍振动压实值VCV变化率不大于进行控制，如图3所示。VCVi表示碾压面上第i个检测单元振动压实值。《规程》采用相关方程，按照对应的常规质量验收指标（如K30，Evd等）的变化率确定稳定性评判指标。常规质量验收指标数据的变化率不大于5%时，压实稳定性满足要求。铁道部相关研究结果表明，地基系数K30的变化率为5%时，对应的振动压实值的变化率约为1%～2%，所以稳定性参照不大于2%的精度进行。

图3　碾压遍数与压实稳定性曲线图

此稳定性控制方法需要对每个单元的变化率都进行计算，实际操作控制中不方便。所以《规程》规定可根据实际情况，取一段长度（如5 m）的压实平均值计算其变化率。

2.2德国压实稳定性判定指标

《德规》在研究了不同类型填料压实特性的基础上提出了稳定性控制指标。根据填料对水的敏感度，将填料分成粗粒土和混合颗粒土（含细颗粒土），在保证相同试验条件下，得到的两类填土碾压遍数与振动压实值的变化规律如图4所示。

从图4可以看出，在压实过程中，两类土开始的压实值都呈上升趋势，是一个从松动状态到其致密化的一个过程，在压实遍数达到一定数值时，两类土开始呈现一定的下降趋势。但由于粗粒土由于排水速度快，在下一遍压实时水已经排出，故再次压实时变化不大，此时可认为土体基本达到了稳定的压实状态。而对水敏感的混合颗粒土或细粒土填料由于排水速度慢，密实到一定程度后，若再压实则会产生很大的水压力，使得土骨架处于不稳定状态，振动压实值也显著下降趋势，《德规》规定在这种情况下要停止碾压。综上分析，可知不论哪种填土，当下一遍的压实值开始有减小趋势时，认为压实已经稳定，并应该停止碾压。

图4　压实遍数与压实值变化规律曲线图

《德规》采用压实程度控制中用到的参数zn= μn-1.28σn作为压实代表值表示整个碾压面的压实情况，通过分析每一遍的压实代表值的变化评判压实稳定性。其中，zn为第n遍的压实代表值，而μn、σn分别为第n遍的压实平均值及压实值标准差。

当满足式（5）时，即认为不能实现进一步的压实，达到压实稳定性要求并应停止碾压。

2.3优缺点分析

《规程》将压实区域划分为许多小的网格，通过评判每个网格的压实稳定性来判定整个区域压实的稳定性，合理的网格划分能够得到较精确的稳定性评判结果。但由于不同的土体对水的敏感性不同，对水敏感的土体在压实过程中压实值并不是一直增大。而《规程》事先未分析不同种类的土体在压实过程中压实值的变化，故评判标准不一定对所有的土体均适用。

《德规》首先分析了不同土体在压实过程中的压实值变化，在此基础上提出了合理的压实稳定性评判标准。但由于《德规》用压实代表值来表示整个面的压实情况，此代表值的准确性直接影响评判结果，与《规程》相比，没有利用划分网格的方法来进行稳定性评判。

3　需要进一步改进的地方

3.1压实程度评价方面

《德规》提出的压实程度评价指标U将不合格区域面积和不合格压实值相结合，与单变量指标（如面积通过率）相比，更加全面地反映了土体的压实程度。但此指标仅将不合格值与目标值的相差比例Ui作为对应不合格区域面积Bi的权重，故可尝试将Ui，U2i，…，Uni作为Bi的权重并进行试验验证，最终选出最优的评判指标。

3.2压实稳定性评价方面

通过对中德两国的稳定性评价指标的优缺点分析，在压实稳定性评价方面可通过将《规程》中采用的划分网格方法与《德规》采用的R指标相结合，既考虑不同土体对水的敏感性，又可将每个碾压面有尽可能多的压实代表值。

4　结　论

本文在对比中德两国路基连续压实控制相关规范的基础上，较为系统地分析了两国在压实质量（压实程度、压实稳定性及压实均匀性）评判方面的共性与差异，对改善我国的连续压实质量评判具有一定的借鉴作用。此外，由于我国连续压实控制技术应用，以及规范的提出较晚，在分析过程中可看出，我国的连续压实质量评价体系与德国的体系仍存在一定的差异，尤其是相关质量评价指标体系还需要进行改进并根据相关试验确定其判定标准，而通过分析并吸收国外连续压实规范优点，可使我国连续压实控制技术更加完善。最后，本文针对规范存在的问题，提出了进一步改进的思路。

［1］闫国栋.高速铁路路基连续压实质量控制研究 ［D］.中南大学，2010.

［2］聂志红，焦倓，王翔.基于地统计学方法的铁路路基压实均匀性评价［J］.中国铁道科学，2014，35（5）:1-6.

［3］Thurner H，Sandstrom A.Continuous compaction control，CCC［C］// European Workshop Compaction of Soils and Granular Materials，Presses Ponts et Chaussées，Paris，France.2000:237-246.

［4］Facas N W，Rinehart R V，Mooney M A.Development and Evaluation of Relative Compaction Specifications Using Roller-based Measurements［J］.Geotechnical Testing Journal，2011，34（6）: 129-135.

［5］徐光辉.路基系统形成过程动态监控技术［D］.成都：西南交通大学，2005:130-134.

U416.1

B

1009-7716（2016）06-0035-03

2016-03-29

贾莉浩（1988-），男，河南南阳人，工程师，从事道路工程设计工作。