连续压实系统在填方工程中的应用

袁志军

（浙江华东工程建设管理有限公司，杭州 310012）

1 路基连续压实控制系统简介

连续压实控制系统应用了多种现代化技术，例如，GNSS高精度定位技术、微电子技术、无线通信技术等，在路基施工中，该系统可以采集到行驶轨迹、方向、速度、压实度、碾压遍数、填筑层数（厚度）等多种施工指标，并对所采集的指标进行分析与反馈，实现连续压实控制[1]。

1.1 系统原理

连续压实检测系统主要由基站、北斗卫星、传感器和计算机端构成。北斗卫星可以接收项目区域基站所发射差分信号对压路机进行精确定位，而压路机上所安装的多种传感器可以配合检测出施工时压路机的进行轨迹以及碾压遍数等信息，并将数据统一传输至车载计算机中，操作司机可以根据数据及时调整施工。这些数据还将通过GNSS无线通信的方式传到服务器，使得管理人员能够24 h远程查看施工信息，监督作业。图1为连续压实系统。

图1 连续压实系统

1.2 路基连续压实控制的优势

1）利用覆盖整个填层的全面检测代替传统的点抽样检测，不仅能更加精确地监测到当前的压实状态，还能直观地显示在车载平板中。

2）将事后随机控制的方法改进为连续压实检测关键区域的控制方法，这样不仅可以大大降低检测数量，更可以找出在传统检测中不合格的点所处位置，并对此位置额外加强处理，减少返工面。

3）利于施工数据的存档，可以快速生成分析报告。

4）实现施工过程的全过程监控：实时轨迹、压实层数与遍数、压实度、厘米级定位等数字化信息将同步至车载计算机中，施工人员可以通过这些数据来辅助施工，对项目路基压实质量的均匀性有很大提升，还能排除相邻工作面的干扰，提高工程的质量。

5）利用智能化、信息化的检测设备，对当前填筑层的压实程度、压实均匀性进行实时监测，利于驾驶员进行相应的操作[2]。

2 工程概况

本文以广州从化某工业园区基层工程为实例，该园区占地面积约40 km2，其中约30 km2需要进行基层填筑。为了提高基层填筑的施工质量与效率，并满足工程设计文件的时间与质量标准，根据工程区域的实际情况，确定采用连续压实控制技术对本段基层进行施工。

3 连续压实控制技术工艺

3.1 设备安装检查

本次工程所设计的系统由硬件、软件两部分组成。硬件的重要组成部分是一系列加载和检测设备及连接装置，配套安装后需要符合工程建设的性能要求和安装规范，压实信息管理系统则为软件系统的主要构成，对压实过程的优化提供支持。

在系统安装之后，还需要对设备的连接情况进行复查，并对压路机的行驶速度与振动频率进行检测。选取一段各项指标符合测试标准的路基作为测试区域，检测时需根据实时测定的压路机振动频率与行进速度进行参数设置与调试。

3.2 相关性试验

在施工之前还需对比连续压实控制指标与传统验收指标，计算获得两指标的相关性。本项目采用相关性试验结合施工工艺试验的方法，选取DK600+796.012~DK600+896.78段基床底层第二层为施工测验区域。

3.2.1 施工准备

1）填料：填料的采用有着严格的质量要求，需经检测机构检验合格（本次使用的填料最佳含水量约为6.5%，最大干密度约为2.27 g/cm3，最大粒径＜58 mm）。

2）现场：将施工区域划分为4个区段（填土区段、平整区段、碾压区段、检测区段）并对每个区段设立醒目的标牌。填土区需要进行网格划分，划分规格为10 m×nm（n＜10）[3]。

3.2.2 取、卸料及摊铺

在填料前需要在施工区域按照设计需求绘制方格，填料时挖掘机配合汽车根据这些方格的标注进行卸料。填料完毕之后由推土机与平地机进行两道压平处理，直至满足松铺厚度33 cm以及相对硬度的设计要求。

3.2.3 连续压实及检测

本次施工采用22 t型振动压路机，碾压步骤如下：（1）静压1遍；（2）弱振2遍；（3）强振n遍（n=1，2，3）；（4）弱振1遍；（5）静压收光1遍。

过程中路基面将会被逐步碾压至轻度、中度和重度3种不同的密实状态，处于每种状态时需选定若干个检测点，按照规程对每个检测点分别检测常规检验指标K30及与该点的振动压实值。

3.3 连续压实控制

3.3.1 连续压实控制准备

按照测试区的安装方法安装检测设备，根据填料技术指标和摊铺厚度要求调试压实控制系统的控制参数与压路机的工艺参数。另外，在施工段的边界做好标识，并计算出施工段的长度与宽度。

3.3.2 连续压实过程控制

压实过程中利用传感器实时监测，由计算机进行分析显示，进而控制压实面的稳定性、均匀性以及压实程度。该技术将控制技术与压实检测工艺相结合，同时具有两者的优势。

压实程度：在压实操作结束后需对压实值进行测定，每个单元的压实值小于目标压实值则视为不合格，所有单元的合格率应大于95%。

压实均匀性:通过测定施工段各个位置的压实数据绘制压实曲线与分布特征图，曲线要保持平滑并且各位置的压实度应大于整段区域压实度的80%。

压实稳定性：压路机在施工段相同位置前后两次压实操作（保持轮迹一致）后检测到的指标变化情况。此次工程要求压实稳定性变化率δ＜2%。

3.4 路基网格化划分与分解

3.4.1 施工网格划分

网格划分是施工阶段的重要一步，根据需求对施工区域的路基网格化划分，以便施工高效率地进行以及后续的检测。在项目中按照200 mm×50 mm的规则网格对整体的路基进行划分，并对其进行里程划分与编号，以便更好地确定某段网格需要进行的填料类型、层数和验收范围，加快了工程验收以及资料归档的效率。

3.4.2 施工网格分解

将每一个网格的坐标、填料类型、填筑层数、不规则图形等信息进行分解，以便后续检测与控制。

3.5 施工网格精准定位

网格分解后，传感器所获取到的数据将被传到机载CPS与CPS-RTK测量手簿端，CPS-RTK测量手簿能够对压路机实时定位，并且跟踪它的行驶轨迹进行放样。根据工程的需求设置放样误差为10 cm，在压实工作进行时，只要偏离网格达到10 cm时，车载计算机就会发出预警，机械操作人员能够及时修正行进轨迹，避免偏离预设轨迹或者各种欠压过压问题。

3.6 连续压实检测薄弱区精准定位

对获取到的网格信息进行分析，得出网格中压面的薄弱区域，有针对性地对该区域进行加强处理，降低返工率。对比正线路基（即带状路基），本项目网格较宽，在同一网格中可能会出现多个压路机的运行轮迹，这也将提高压力不均问题风险。运用机载CPS配合RTK测量手簿对检测薄弱区域进行精准定位，降低了操作司机凭借经验进行定位时产生的误差，同时减少作业时间。

3.7 相邻网格搭接台阶精确处理

根据试验段对相邻网格搭接时出现的问题进行总结，设置压实厚度为30 cm，按照高度与宽度1∶2的比例来设置搭接台阶。压实操作后，还需进行台阶开挖操作，设置台阶的宽度为60 cm，设置放样误差小于0.8 m。这样操作司机就可以在RTK测量手簿的指导与预警下进行施工，提升压面的质量。

3.8 路基施工质量精准控制

压路机运行路径与行进速度，路基压实状况、均匀性等图像及数字信息能够通过CPS测量手簿和机载平板电脑实时反映给机械操作司机，便于机械操作司机通过参考这些信息做出以下操作：（1）通过CPS测量手簿对压路机进行实时定位，确保压路机碾压施工范围的准确性；（2）参考车载电脑显示的当前速度，对行进速度进行及时调整，使行进速度满足规范施工的速度要求；（3）操作司机可以参考压实度曲线，及时对欠压位置进行补压操作，提高路基的压力均匀性；（4）机载电脑与CPS测量手簿可以进行预警，即使在夜间也能显示压路机的行进路线，保障夜间施工的质量。

4 质量检测

压实过程完毕后，将完整的压实区域分为若干个长度为100 m的检测区域，检测时压路机需保持匀速正向行驶，速度需控制在2~3 km/h。压实质量分析时对于每一个检测单元（1 m2），都应该同时满足以下3点：（1）压实程度通过率：在压实操作结束后需对压实值进行测定，每个单元的压实值小于目标压实值则视为不合格，所有单元的合格率应大于95%。（2）压实均匀性：通过测定施工段各个位置的压实数据绘制压实曲线与分布特征图，曲线要保持平滑并且各位置的压实度应大于整段区域压实度的80%。（3）压实稳定性：压路机在施工段相同位置前后两次压实操作（保持轮迹一致）后检测到的指标变化情况。此次工程要求压实稳定性变化率δ＜2%。

针对不符合要求的局部区域，可以根据检测的结果进行修补处理，直到最终的检测结果符合连续压实控制的要求。图2为路基压实程度检测结果。

图2 压实程度分布图

5 结语

综上所述，连续压实控制技术的应用实现了对路基填筑施工的实时、全过程的监控，能够快速、直观地找出碾压面的薄弱区域，从而降低了施工、人员的成本和油耗，实现了对路基压实质量的全面控制，本文结合具体工程实例，对连续压实系统在路基工程中的应用进行了详细的研究，以促进路基填筑数字化、信息化进程，确保道路工程施工质量。