中铁七局集团西安铁路工程有限公司 710000
摘要：路基连续压实控制系统是在路基填筑碾压过程中，根据填料种类的碾压标准与振动压路机相互动态作用原理，通过连续量测振动压路机振动轮竖向振动响应信号，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检测与控制。本文将结合西安铁路枢纽新建新筑物流基地站前工程I标工程特点，在路基填筑施工中，通过采用路基连续压实控制技术，对路基压实质量进行过程控制，取得了良好效果，满足了设计要求。
关键词：连续压实；动态检测；路基填筑；过程控制
1、工程概况
西安铁路枢纽新建新筑物流基地位于西安市国际港务区，占地面积约2441亩。总体规划功能区域自西向东分别为长大笨重作业区、列车到发及调车作业区、整车-中转-小件货物作业区、整车成件包装作业区、公铁联运及仓储配送区、冷链鲜活作业区、国际货物办理区、综合办公及交易展示区、公路物流集散区。站场路基以填方为主，平均填高约为2.4m，总填方工程量约393.07万m3。
2、采用路基连续压实控制系统的必要性
2015年11月30日，铁路总公司卢春房副总经理在全路电视电话会议上提出：“路基连续压实等5个系统对于现场质量安全监控非常有效，应在全路推广应用”。
为响应总公司的号召并进一步提升铁路工程建设信息化水平，按照西安铁路局2017年度工作推进计划，在新筑物流基地工程试点应用路基连续压实控制系统。
新筑物流基地工程占地面积2441亩，站场路基填筑数量巨大，具备进行路基连续压实控制系统试点的条件和需求。同时，路基压实控制系统研制成功以来，仅在兄弟单位部分正线路基投入了试用，暂无在西安铁路局及大型站场工程试点的先例，而站场工程因其占地面积广、宽度大、路基接口多、施工区域不规则等特点，对该系统在界面优化、数据分析及存储、操作系统等方面进一步改进具有较为明显的探索意义。
3、路基连续压实控制系统的施工应用
3.1路基连续压实控制系统简介
连续压实控制系统利用微电子技术、无线通讯技术、GNSS高精度定位等现代化技术，针对路基施工的碾压遍数、填筑厚度（层数）、行驶轨迹、方向、速度、压实度等指标全面进行数据采集、分析并记录，达到连续压实控制的目的。
3.1.1系统原理
系统通过将振动压路机作为加载设备，根据压实机具与路基之间的相互作用，通过路基结构的反作用力（抗力）来分析和评定路基的压实状态，进而实现碾压过程中压实质量的连续控制。
具体应用方面，通过基站发射差分信号，通过M30北斗卫星接收机达到厘米级定位，方向位置传感器配合得出的碾压遍数、轨迹信息和通过压实度传感器采集的频率值等所有信息都会通过信号线传递到驾驶室里的ZD800平板上，方便压路机司机实时查看碾压情况，防止过压和漏压。而平板电脑收集到的信息则通过GNSS无线通讯的方式实时回传到服务器里面，做到全天候、实时查看碾压施工作业，管理人员能在任意互联网终端查看施工信息、实时碾压情况、剖面分析和输出相关作业报告等。
3.1.2系统组成
3.2路基连续压实控制的优势
1.由传统的点抽样检测转变为覆盖整个碾压面的全面检测与常规检测相结合，现场可视化显示压实结果.
2.与常规方法结合起来，可以使常规检测的随机控制变为关键（薄弱）区域控制，大量减少常规过程中检测的数量，并且可以确定常规检测不合格点所处的范围，对此范围进行独立加强处理，减少返工面。
3.完整的施工数据存档，很方便生成报告。
4.实现了施工工程的全过程监控：厘米级定位、实时轨迹、遍数、压实度、压实厚度（层数）等数字化信息与施工同步，效率高，不干扰施工，并且能够及时指导现场施工，对欠压区域及时进行补充碾压，同时可以避免过压，保证压实质量的均匀性和优化碾压遍数。
5.测量设备智能化程度高，操作简单，安装在驾驶室内的平板电脑可实时显示压实信息，便于操作。
3.3路基连续压实控制较传统压实检测的优势
1.在碾压结束后进行，属于结果控制，发现问题需返工，不能实时处理；依靠抽样试验进行，花费时间长及加载需占用重型设备，给施工带来干扰。
2.仅得到“抽样点”的检验结果，很难控制路基压实的均匀性；
3.发现个别抽样点不满足要求时，很难界定重新碾压的范围，容易造成其它合格区域的“过压”现象。
4.抽样检验比较适合样本总体均匀的情况，当填料存在变异时，抽样点是否具有代表性值得怀疑。
5.碾压遍数控制法和碾压轮迹控制法都是经验性的施工工艺控制法。其发展背景是由于没有其它控制方法而采用的经验法，属于宏观控制，无法准确控制精度。
4、施工过程控制
4.1试验段选取方案
试验段的碾压方案大体可分为两类：
碾压方案A：碾压时将碾压区域分成三部分，同时碾压成不同密度状态，如下图所示。碾压变数可根据如下方式进行：
（1）轻度区：静压1遍+连续压实检测1遍；
（2）中度区：静压1遍+强振1遍+连续压实检测1遍；
（3）重度区：静压1遍+强振n遍+连续压实检测1遍。
这种碾压方案的优点是可以一次性将常规检测做完，省去了反复调用试验设备的问题。“强振n遍”的含义是将碾压区域完全压实所需的遍数，可以采用连续压实控制技术进行压实监控，当振动压实值不再随碾压遍数变化时可结束碾压，若经过常规检测仍然没有合格，需换用更重型的压路机或改善填料继续碾压至合格要求。
碾压方案B：此方案是将整个碾压面碾压1遍后进行连续压实检测，然后进行第一次的常规检测，取得轻度区的对比数据后再继续将碾压面碾压成中度区进行检测，最后碾压成重度区进行检测。
本工程试验段经试验室及铁科院研究讨论，认为在同一区域同一点位进行检测出的数据具有较强对比性，决定按照碾压方案B的流程进行碾压校核。在试验段均匀标出6个点位，测出不同压实程度的压实值及系统所对应的VCV值，然后进行数据处理，得出振动压实值与常规质量验收指标之间的相关系数、线性回归模型和目标振动压实值等。
4.2检测试验数据
4.3目标振动压实值得确定
根据以上数据，可以明显查看到在振动压实第4遍时已满足本工程C组土压实要求，在振动压实第6遍时达到最高压实度，随即压实度开始下降。根据压实值与系统对应的VCV值可计算出相应的回归系数，随即计算得出目标振动压实值为390。
图4碾压第四遍
目标振动压实值按照《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》中线性回归模型，根据质量验收指标的合格值进行确定。其公式如下：
[VCV]=a+b[X]
式中[X]——质量验收指标的合格值，本工程C组土为90。
[VCV]——目标振动压实值；
a、b——回归系数。
目标振动压实值确定后直接输入到系统，此时连续压实系统便可进入正常施工状态。
4.4质量检测
质量检测在路基压实完成后，对整个压实面进行连续检测。通过对碾压面压实状态分布和压实强度分布状况分析，找出压实质量的薄弱区域，在压实薄弱区域进行常规质量检测，以确保路基压实整体质量。压实强度分布如下图所示。
5、应用效果分析
1.压路机操作司机能够实时清晰的在车载端平板电脑上观看路基压实状况、均匀性、行进速度等图像及数字，使司机能够及时进行以下操作：
a.根据行驶速度显示，及时调整行进速度，使行驶速度满足规范及技术交底要求；
b.根据压实分布图，及时重点补充压实欠压区域，防止路基超欠压；
c.通过车载平板电脑显示屏，可在夜间清晰的观看到行进路线，防止漏压，大大加强了夜间施工质量。
2.通过数据处理，判断一个碾压面的薄弱区域，进而加强处理使其合格，减少返工率，能够明显提高一次性检测合格率。
3.通过远程监控系统，可以使监控人员实时掌握路基压实程度、压实范围、压实厚度、行驶速度等重要内容，使其能够及时的监控及指导现场施工，避免路基的超欠压及控制填筑厚度，避免返工，提高施工效率，加快施工进度。
6、结语
西安铁路枢纽新建新筑物流基地项目在路基填筑施工中应用了路基连续压实控制系统，能够快速的检测出路基填筑施工中的各个环节，直白有效的控制了路基压实质量及其均匀性。有效避免了传统路基填筑时，不能全面控制路基压实质量的缺点，大大提高了施工效率，缩减了相关施工检测人员的配置数量，缩短了施工工期，取得了很高的经济效益和社会效益，可在类似工程中推广。
论文作者:张博文,李坚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年4期
论文发表时间:2019/6/11
标签：压实论文; 路基论文; 控制系统论文; 区域论文; 工程论文; 实时论文; 常规论文; 《建筑学研究前沿》2019年4期论文;