高速铁路路基填筑连续压实控制技术的应用

孙晴

摘要：结合路基填筑连续压实控制技术的工艺原理，以郑万高速铁路河南段七标方城车站路基为例，对路基连续压实控制技术应用方法、步骤做详细介绍。总结和分析应用效果发现，连续压实控制技术提高了路基填筑质量，能够取得良好的经济效益和社会效益。

Abstract： Combined with the technology principle of roadbed filling continuous compaction control technology， taking Fangcheng Station of Zheng-Wan High speed railway Henan Section 7# as an example， the application method and steps of continuous compaction control technology for subgrade are described in detail. By summarizing and analyzing the application effects， it is found that continuous compaction control technology has improved the subgrade filling quality， and can achieve good economic and social benefits.

關键词：高速铁路；路基填筑；连续压实

Key words： high speed railway；the subgrade filling；continuous compaction

中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0133-03

1 工程概况

我标段施工的郑万高铁河南段，为郑万高铁7标段，设计时速为350km，项目位于河南省方城县境内，车站位置处于方城县十里铺村，车站正线路基为1.96km，本段路基属于松软土路基及膨胀土路堑，施工里程为：DK228+300～DK230+260.09，填方量为56万m3。基床底层及以下路堤采用A、B组填料填筑，正线（及与其不能分开的到发线）路基基床表层采用级配碎石填筑，过渡段在基床表层采用级配碎石掺5%水泥填筑，基床底层及以下采用级配碎石掺3%水泥填筑。在路基填筑施工工程中，采用压实度、动态变形模量、地基系数等常规检测手段以点的形式对路基进行检测，检测结束后，通过连续压实系统对路基填筑均匀性性、稳定性、压实程度以面的形式进行检测，采用双控的手段对路基进行质量控制，从而减少了高速铁路路基工后的不均匀沉降。

2 连续压实系统工作原理

2.1 连续压实设备安装[1]

连续压实设备由高精度北斗定位系统、位移传感器、振动传感器、数字处理器、压实显示器等系统组成。

北斗定位系统接收天线安装在压路机车顶中间位置，并将电台接收天线也安装在车顶。

位移传感器的感应头应正对强磁铁S级，位移传感器的输出端连接至压实显示器。为保证测量结果的准确性，请均匀放置强磁铁，并保证强磁铁的位置固定。建议在加载的1m位移内分布不低于4个强磁铁。

振动传感器要垂直安装在加载振动轮的内壁上输出端连接至压实处理器。为保证稳定性建议将振动传感器固定在钢板上，并将钢板焊接在负载振动轮内壁上。

数字处理器须安装在加载驾驶仓内，但避免安装在热油软管附近以及类似的地方。A-SENSOR端连接振动传感器以接收振动传感器采集到的压实信号，POW/OUT端连接电源，串口输出端连接压实显示器，将处理完的压实信号输出到压实显示器。

压实显示器须安装在加载驾驶仓内。压实显示器与位移传感器、高精度北斗定位系统（可选）、压实处理器连接以获取它们的信号。

电源采用负载蓄电池，电压范围为：DC 12-36V，连接12V的系统功耗是0.2-1.5A。

2.2 连续压实控制技术原理[2]

连续压实控制技术的基本原理是将振动碾压过程看作是一种动态试验过程，振动压路机为动态加载设备。在碾压过程中振动轮同时受到来自机械本身的激振力和路基结构的抵抗力（反力）作用，二者的共同作用引起振动轮的振动响应，基于这种振动响应建立相应的评定与控制体系，实现碾压过程中的实时监测和反馈控制。

3 连续压实控制技术施工工艺

3.1 相关性试验[3]

相关性试验包括计算振动压实值与常规质量验收指标之间的相关系数，确定相关关系和目标振动压实值。在采用连续压实控制技术前要首先在试验段进行相关校验及对比试验，检验并建立目标振动值VCV与常规质量验收指标间的相关关系。即建立VCV值K30之间的关系。

3.2 确定碾压遍数

根据《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》中相关性校验规定，试验段长度不小于100m，本项目选取DK229+270～DK229+370段作为相关性试验段，试验段按轻度、中度、重度三种压实状态进行碾压作业，为了确定达到相应压实程度需要的碾压遍数，提前在工地上进行了试验，根据压路机碾压遍数与压实系数的关系，最后确定的试验需要的碾压遍数见表1。

3.3 相关性试验建立

为了避免开挖后底层地面对测试结果的影响，试验选在分层碾压的第3层进行，具体的试验步骤为：

①试验段划线等准备工作完成后对该段路基面开始碾压，碾压遍数按照批准的方案进行，压路机行走按照划定的线路运行，见图1，同时规定要求，相邻压实轨迹之间重叠不超过10cm。

②达到轻度密实状态后，根据振动压实曲线，在曲线变化平缓的位置选1个区段（原则上是3～5m范围），每个压实区选6段，选取该区段的中间位置，进行K30测试；依据《高速铁路路基工程施工质量验收标准》的要求，选择测试点，进行预压试验，预压结束后，进行第一级加载，表稳定后进行数据记录，同样步骤进行逐级加载，直至满足要求。

③达到中度密实、重度密实状态后，在同样的6个点进行K30测试，并做好试验记录。

④为了增加相关性试验和常规检查数据之间的关联性，在轻度、中度、重度3个压实程度的最后一遍进行连续压实检测外，尚需在中间过程中增加连续压实测试，压路机行走按照《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》要求执行。连续压实测試见图2，K30试验见图3。

⑤整理数据，判断相关性是否成立。

3.4 数据分析与处理

3.4.1 相关性系数确定

按照相关性系原理，确定VCV值和K30之间的相关性。通过现场实际检测数据采用离散图确定相关系数R。

数据分析处理的步骤的要求如下：对检测数据进行筛选，剔除掉异常数据后，将每个检测点的VCV与K30采用最小二乘法进行相关性分析[4]，若相关系数大于0.7，则相关性成立。然后根据施工质量验收标准中规定的压实指标最小值计算所对应的振动压实值，即得到在这一填料类型和施工条件下，连续压实检测的控制指标。

根据《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》要求，在轻度、中度、重度三种压实状态区域内至少各选6个点进行相关性系数确定。相关性检测数据见表2。

根据以上现场实际检测数据，采用离散图确定相关系数R。相关系数见图4。

从图可以看出相关系数大于0.7，则相关性成立。

3.4.2 目标振动压实值确定

根据常规质量验收指标检测结果确定振动压实值检测结果的回归模型[VCV]=0.281·K30+6.1，依据《高速铁路路基工程施工质量验收标准》规定，碎石类及砾石类地基系数K30为150（MPa·m-1），计算对应的振动压实值48.25，即为目标振动压实值[VCV]。

4 连续压实过程控制

4.1 连续压实控制一般要求

①施工段的填料、填层厚度与相关性试验段的参数要保持一致。

②同时振动压路机及其振动压实工艺参数等与试验段采用的一致，若有变化，重新进行相关性检验。

③碾压轮迹数根据碾压面宽度和安装连续压实设备用的压路机轮宽划分，确保覆盖整个碾压面，振动压路机采用平碾方式，相邻碾压轮迹之间的重叠宽度控制在10 cm范围内。

4.2 连续压实过程控制判定

连续压实过程控制应根据碾压过程检测取得的压实质量信息，按照压实程度、压实均匀性和压实稳定性的判定和控制准则进行实时的压实质量监控。压实程度、压实均匀性和压实稳定性可以通过连续压实系统操作平台直接生成，通过图形可以直观的判定压实程度、压实均匀性和稳定性是否满足要求。

4.2.1 压实程度判定

压实程度通过通过率进行判定，通过率按照不小于95%进行控制，且不通过的检测单元应呈分散分布状态。

4.2.2 压实均匀性判定

压实均匀性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≥0.80VCV进行控制。

4.2.3 压实稳定性判定

压实稳定性应按同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值数据变化率不大于δ进行控制，其中δ为规定的精度，按照对应的常规质量验收指标数据变化率不大于5%进行确定。

5 应用效果分析

路基填筑连续压实控制技术实现了碾压质量过程控制，可实时检测全程范围内的压实点和材料，及时找到不合格区域，避免常规检测仅反映监测点压实质量的现象；该技术不仅提高了作业质量、工作效率，降低了施工成本，此外，可将施工数据完整存档，现场生成报告，便于事后分析和数据处理。

6 结束语

路基填筑连续压实控制施工技术把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，对压实过程以可视化体现，同时，连续压实系统与常规检测方法结合，使常规检测的随机控制变为薄弱区域控制，大大减少常规检测数量，并且可以确定常规检查不合格点的范围。连续压实系统的全过程控制，与施工同步进行，能指导现场施工，对欠压段能即使进行补充碾压。连续压实系统是土木工程与电子技术、信息技术完美结合，把网络传输、GPS与传统机械制造融汇在一起，操作简单，能实时显示压实信息，远程传输的数据可供业主和相关管理部门实时查看，最大效能地发挥了各项技术的功能和效益。连续压实系统确保料路基填筑压实的整体质量及其均匀性，避免由于填筑压实质量不均匀造成的路基不均匀沉降。该技术有利于缩短施工工期，提高工程安全和质量，实现经济效益。

参考文献：

[1]中国铁道科学研究院.压实系统使用手册CCC-800[Z].2016.

[2]中国铁路总公司.铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程：Q/CR 9210-2015[S].北京：中国铁道出版社，2015.

[3]杨维威.铁路路基填筑中的连续压实控制技术应用[J].路基技术，2013（2）：174.

[4]臧春波.京沈客运专线路基连续压实控制技术[J].铁道建筑技术，2017（8）：119-122.