1.前言
随着城市社会化和区域经济化的迅速发展，高速铁路将成为带动区域化社会经济发展的有力保障之一。车站路基施工主要包含路基填方、挖方、附属结构、站房、四电等工程，在高速铁路中旅客车站采用路基形式设置前景较为广泛。应用先进的智能化、信息化路基压实与检测设备，将路基填筑压实、路基动态连续同步检测技术与地理信息系统相结合，对路基填筑压实施工过程进行实时监控，真正实现路基压实检测“一点不漏、全面覆盖、全程控制”，确保路基压实质量的均匀性，确保因为路基压实不均匀造成的路基不均匀沉降。
新建黔江至张家界至常德铁路项目10标桃源车站，全长2.327km，占地713亩，采用横列式布置。由于车站附近无合格的土源，需要对区间路基土石方进行借土填方80万方，平均运距10km。基床厚2.5 m，包括基床底层厚1.9 m级配碎石填筑；基床表层厚0.6 m AB组填料。路基填筑过程中，必须严格控制填土速度，控制沉降速率小于10mm/d，水平位移速率小于5mm/d。并根据沉降观测数据推算出路基的工后沉降量应满足路基工后沉降要求。项目部根据实际施工采用BIM技术、路基连续压实和智能沉降观测控制系统，在合理的成本范围内，运用合理的工序安排，大大提高了路基碾压的效率和安全质量，在为以后类似的路基压实施工提供了参考。
2.工法特点
本工法具有如下特点：
2.1由于填方工程量大，车站路基宽，面积大，对于路基碾压质量的控制难度大，容易出现漏压、过压的现象，本工法通过安装智能压实过程控制系统，操作手可以直接从屏幕上知道道路碾压的实际情况，不会出现盲目碾压，避免过压、漏压及欠压现象，这样就能很好的提高了机械工作效率和路基填筑质量。
2.2土方调运数量多，调配平衡难以准确控制，容易造成土方调配失衡而造成资源浪费，利用BIM技术，根据地勘资料建立地质层模型，同时通过数字高程建立三维场地模型，用以计算基槽土石方开挖量并可辅助深基础论证。通过开挖方计算辅助决策者进行土石方平衡调配，得出土石方调配最佳及最优路线。
2.3路基填筑质量和填筑速率的控制对于路基施工质量和安全至关重要，而普通的沉降观测人为因素影响较大，对数据的准确度不足，很难有效的控制填筑质量和安全，路基工程沉降监测信息化方案使用自动化监测方案，进行优化路基碾压施工顺序，振幅频率、速度，对路基沉降线型进行监控，采用信息反馈，实现了保证既有高速铁路路基“零沉降”的刚性技术指标和路基施工质量符合设计要求，保证后期运营形成安全。
2.4先进性，本工法立足于项目部先进的技术装备条件、员工素质，采用科学的方法，合理的组织、优化的配置、完善的措施，顺利高效的实现施工既定目标。
3.适用范围
本工法适用于铁路及公路路基压实的施工。
4.工艺原理
施工前应用BIM技术结合GIS技术对各段路基的地形、地貌和地勘资料进行三维的建模，同时通过数字高程建立三维场地模型，根据路基标准断面对土方的数量进行统计，用以计算基槽土石方开挖量，模拟土方调配的平衡和调配最佳及最优路线。
路基连续压实智能控制系统通过控制碾压遍数及压路机行进速度等施工参数对路基压实度进行实时监控。连续智能压实技术是将震动压路机看成一个动态加载设备，通过震动轮施加给路基一个激振力，同时路基给震动轮一个抗力（反力），并引起振动轮相应的动态响应（加速度）。根据动力学和系统识别原理，可以通过对震动轮动态响应的实时量测与处理，得到与路基结构抗力有关的指标CMV，同时经过相关处理也可以得到路基结构的抗力，因此这项技术是通过检测路基结构抗力相关信息来评定和控制路基压实质量。路基连续压实智能控制系统通过设定CMV值，操作手能够直接从驾驶室里的屏幕上实时了解当前压路机所处碾压段落的压实程度、碾压遍数等信息，与常规只采用压实遍数进行控制的方法相比较，可减少重复检测时间，缩短施工周期，加快路基施工进度。通过多次试验表明在一定程度上，CMV值随着碾压遍数的增加，其密实度增大，CMV值与目前采用的检测指标存在相关性。
路基沉降监测系统分为传感器子系统、数据采集子系统、数据传输子系统和监控中心子系统，通过智能的设备进行优化路基碾压施工顺序，振幅频率、速度，对路基沉降线型进行监控，采用信息反馈，实现了保证既有高速铁路路基“零沉降”的刚性技术指标和路基施工质量符合设计要求，保证后期运营形成安全。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1路基连续压实施工流程
铁路路基填筑工程连续压实控制按“施工准备、设备检查、相关性校验、过程控制、质量检测、沉降观测”六个阶段进行。
图5.1 路基连续压实施工工艺流程
5.2路基连续压实施工程序与工艺流程
5.2.1施工准备
1 内业技术准备：在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。制定施工安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。
2 土石方调配方案制定：应用BIM技术结合GIS技术对各段路基的地形、地貌和地勘资料进行三维的建模，同时通过数字高程建立三维场地模型，根据路基标准断面对土方的数量进行统计，用以计算基槽土石方开挖量，模拟土方调配的平衡和调配最佳及最优路线。
3 施工现场准备：进行测量放线
1）复测线路中线、水准必须与相邻工段的线路中线、水准贯通闭合。
2）每次测量结果必须进行复核。测量的原始记录应完整地保存至竣工测量完毕之后。
3）对重要的中线控制桩设置护桩，并做好记录。
4）设立路基边桩。根据复测后的中线、水准按横断面施工设计图及加宽值测设，在地形、地质变化处应加设边桩。路基边桩应随填层不断移动。
4）试验段试验：开工前根据填料种类和压实机械，选择30-50m长路堤做填筑压实试验，以确定合理的铺填厚度、压实遍数和CMV值。
5.2.2设备安装及检查
高级型压实控制的标准安装，详见下图：
图5.2 设备安装图
主要是检查加载设备（振动压路机）的振动性能是否满足规程要求，特别是其振动性能。安装检测设备时，振动传感器必须垂直安装在内机架上，可以直接接受来自振动轮的振动信号，如果传感器不垂直安装，得到的信号就不能准确反映振动轮的垂直振动。设备调试时，要控制压路机振动频率的波动范围，频率波动过大，将会导致激振力出现更大的波动，人为造成路基压实质量的不均匀和量测结果的异常变化，不能真实反映压实质量。
在Site Vision Office系统中，先进行对本试验段路基线形参数的设定，从而明确出压路机在行进过程中所处线路的具体位置，了解现场实时碾压情况，同时对碾压数据进行后期处理。
5.2.3相关性校验
主要目的是确定连续压实控制指标CMV与常规质量验收指标之间的相关系数。可将试验段进行试验点布设，碾压成轻度、中度和重度三种密实状态，分别在三种密实状态内进行连续检测和常规质量验收指标检测，对试验点进行了K30、Evd试验数据采集，并与路基压实系统Cmv值进行对比。每种压实状态区内的检测数量不小于6组，将两种检测结果进行相关性分析，当相关系数r≥0.7时，确定相关系数和连续压实控制的目标值。
5.2.4平地机整平
1 基床表层级配碎石分层填筑，每层的最大填筑压实厚度不得大于30cm，最小填筑压实厚度不得小于15cm，即：如按松铺系数为1.25考虑，则最大松铺厚度不大于37.5cm，最小松铺厚度不小于18.75cm，松铺系数的具体取值根据工艺性试验段的结果确定，摊铺施工时的填料顶面标高根据松铺厚度控制。
2 采用摊铺机施工基床表层，施工前须设置基准钢丝绳，设必要的支撑杆，敷设基准φ2.5mm弹簧钢丝，以备摊铺机自动调平使用。采用推土机、平地机施工，施工前须用白灰画方格网控制自卸车卸料量，在中桩和两侧边桩处设桩橛标记松铺面高度，断面间距直线段宜为10m，曲线段宜为5m，平地机找平过程中使用水准仪实时测量松铺面高程，可采取埋砖的方式。
3 采用摊铺机铺筑。摊铺时以日进度需要量和搅拌设备的产量为度，合理计算卸料需要量，并根据摊铺机的摊铺能力及搅拌厂的拌制能力配置运输车辆，使摊铺机的摊铺作业能够不间断的连续进行。
4 摊铺时保持匀速摊铺，一般为1.0～3.0m/min，具体根据工艺性试验段的结果定（摊铺速度和压实系数、以及达到规定的压实标准的碾压组合方式是相互影响的，必须对应，施工时不可随意更改任何工艺参数）。摊铺采用1台摊铺机半幅作业或采用2台摊铺机全断面梯队式摊铺作业，2台摊铺机前后间距8～10m。
5 用平地机摊铺时，必须在路基上采用方格网控制填料量，方格网在正线地段按线路中心分成两幅，纵向分格长度宜根据运输车辆的装载量（质量）和分层厚度（压实厚度）计算得出（正好一格里面卸一车填料，便于现场控制），站场等大面积施工地段的方格网也宜根据运输车辆的装载量和分层厚度计算得出，方格网面积=车辆装载量/（压实密度×压实厚度）。初步整平后，用压路机快速碾压一遍，暴露潜在的不平整再用平地机精平。
6 在摊铺机或平地机摊铺后由人工及时消除粗细集料离析现象，一般采用人工在摊铺表面补洒细料的方式处理，对于局部严重离析的予以挖除换填，大面积离析的返工。
5.2.5压路机碾压
1 整形后，当表面尚处于湿润状态时立即进行碾压。如表面水分蒸发过多，明显干燥失水，在其表面喷洒适量水分，再进行碾压。
2 采用压路机进行碾压，使其达到规定压实度。且表面须平整，各项指标符合设计要求，局部表面不平整处补平并碾压。碾压时采用“先静压、后弱振、再強振”的方式，最后静压收光。碾压往返一次为一遍，第一遍进静压、退弱振→第二遍低速进退强振→第三遍以后进退强振，直至无明显轮迹为止（一般需碾压第四、五遍）→最后一遍静压收光，碾压前2遍压路机行进速度控制在1.5～1.7km/h内，然后以2.0～2.5km/h的速度控制。
3 直线地段，由两侧路肩开始向路中心碾压；曲线地段，由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。碾压遵循先轻后重、先慢后快的原则。各区段交接处应相互重叠压实，纵向搭接压实长度不小于2.0m，纵向行与行之间的轮迹重叠不小于40cm，上下两层填筑接头错开不小于3.0m。
4 横向接缝处留1-2m不碾压，第二天施工时通过洒水闷料后与新铺的混合料整平后一起碾压，如果接头已经压实，则将填料应翻挖1-2m长与新铺的填料混合均匀后再进行碾压，注意调整其含水率，纵向避免工作缝。
5 在填料为最大31.5mm级配碎石、含水率约为4.0%～4.7%、摊铺厚度为15～30cm的条件下，温度高于5℃建议将目标CMV值设定为50～65，冬季上午经过翻耕晾晒填料的碾压CMV值要比中午正常填料完成后直接碾压的CMV值高。
5.2.6质量检测
每层施工完成后进行自检，合格后报验，严格按照验标要求的试验方法、试验点数、检验频次，逐层分段、分部进行试验检测。
各类填料及压实标准应符合规定，凡检验不合格者，不得进行下一道工序施工。
质量检测是在碾压完成后对整个碾压面进行的连续检测。可依据碾压面的压实状态和压实程度分布状况，确定压实质量的薄弱区域，以便于在压实最薄弱区进行常规质量验收。
5.2.7沉降观测
自动化沉降监测系统是通过埋设传感器，通过数据采集系统、传输系统和控制中心，对沉降进行无人值守的自动化监测，定时进行数据的管理分析。
1 根据设计图纸确定观测点的数量及观测点的位置。
2 根据观测点的数量购买单点沉降计的数量。
3 测量放样出观测点的具体位置。
4 安装单点沉降仪。
1）钻孔：在测点位置进行准确测量放样后即可进行钻孔，孔径大小以φ90mm～110mm为宜，使用铅垂测量钻孔的垂直情况。钻孔深度穿过软土层、大于地基压缩层厚度，直至基岩且应入岩500mm，应无塌孔、缩孔现象存在。若避免不了缩孔或塌孔等现象时，则应立即采用使用φ110PVC套管护壁的方式，进行钻孔埋设。套管埋入的深度，大于缩孔或塌孔部位深度。
2）探孔：首先用等径接头连接好锚头与测杆，将接好锚头的测杆缓慢放入已钻好的钻孔内（锚头朝下，测杆朝上）。待测杆顶部离孔口高约200mm时停住，且用等径接头加长测杆，再往下放置，直至锚头下放到孔底。根据下放至孔内测杆长度确定孔的实际深度。在进行探孔时要保证孔底无沉碴、淤泥等，保证单点沉降计的锚头与基岩直接接触。
3）安装沉降计：为了更好的保护单点沉降计主体，要求法兰沉降盘应安装与地基基础面以下10-20公分，因此在探孔、确定好孔深后，所需测杆总长应采用不同长度的测杆来配置。
4）注浆：为了将锚头与基岩更好的锚固成为整体，必须用注浆方式将锚头固定。首先，将注浆管直插到孔底，把注浆管的另一端与地质钻水镑出水管相连接，用地质钻水镑进行注浆。水泥浆比例（水：水泥=1：1），孔底浆层深度为1～2m。
5）安装法兰沉降盘：由于法兰沉降盘须安装在基础面以下10～20cm，在注浆后，拉伸沉降计主体至满量程，确定法兰沉降盘安装在基础面以下的实际深度，将孔口用沉降计的包装泡膜暂时赌住，防止泥土掉入孔内，再用铲子在沉降计安装孔上部挖一个φ400的孔，孔深以能安装好法兰沉降盘为准，孔口应平整。挖好孔后，取出堵孔的泡膜，安装好法兰沉降盘，并用 测试仪对单点沉降计进行测试，确保单点沉降计初装位移值在170～180mm之间。
6）灌沙：单点沉降计安装好，待水泥浆沉淀2小时后，往孔内灌沙回填，以防止安装孔塌孔而影响测试数据。灌沙时应缓慢灌注，以防孔被堵塞，在灌沙的同时用2米长的竹竿或钢管将沙稍微夯实，使灌沙至法兰沉降盘以下10cm处，再用混凝土填实至法兰沉降盘（防止施工后期雨水渗入孔内而影响路基结构），法兰沉降盘上部可用中粗沙回填至地基面。
7）读数：将传感器接头与读数仪连接，沉降量将自动储存至读数仪中。
8）保护：单点沉降计及传输电缆的保护是安装后其成活率的关键所在，因此装好单点沉降计后，将传输电缆套上φ20PVC钢丝波纹管进行保护，钢丝波纹管首端应插入法兰沉降盘下，并挖深300mm宽100mm的布线槽，集中从观测箱一侧引出路基，有条件的可引入自动采集箱内，并注意使钢丝波纹管及导线适当松弛。布线槽用中粗沙回填至地基面。
6.材料与设备
本工法主要机具设备见表6。
表6 施工机具配置
7.质量措施
7.1质量控制要点
7.1.1连续压实施工工程质量控制要点主要为：
1 A、B料的含水率控制在最佳含水率的±2%左右；
2 压实度（通过试验段确定适宜的施工参数）；
3 过程控制中的虚铺厚度；
4 横向排水坡度；
5 路基面的平整度。
7.2 质量控制方法
7.2.1路基填筑必须经过试验。路基施工破坏土体的天然状态，致使结构松散，颗粒重新组合。为使路基填筑有足够的强度与稳定性，必须予以机械压实，以提高其密实程度。影响路基压实效果的因素有内因和外因两方面。内因指土质和湿度，外因指压实功能（如机械性能，压实时间与速度，土层厚度）及压实时的外界自然和人为的因素。土质对压实效果的影响很大，因此施工中要选好土质。
7.2.2A、B料的含水量控制在最佳含水量时进行压实才能达到最大密实度，因此，在路基填筑压实过程中，必须随时控制土的含水量，当含水量过大时，应晾晒风干至最佳含水量再碾压。施工过程连续作业，减少雨淋、暴晒，防止A、B料中的含水量发生大的变化。
7.2.3填筑松铺厚度以不超过34cm分层铺筑压实，施工中采用22t压实机具进行施工，每层压实厚度不超过30cm。
7.2.4碾压过程中采用先两侧后中间，先静压后弱振、在强震的操作程序进行碾压（一遍静压+一遍弱振+三边强振+一遍弱振+一遍静压）。碾压行驶速度不超过4km/h，碾压遍数控制在7遍。
7.3 质量检验
碾压7遍进行检测，压实标准满足设计压实标准要求。检验数量及检验方法应符合下表的规定
表7.3 路基填筑每层压实质量的检验数量、检验方法
8.安全措施
8.1施工区在施工前应设警示标志，严禁非操作人员出入。
8.2施工中应对机械设备进行定期检查、养护、维修。
8.3冲击碾压前，应对冲击碾压邻近区已有建筑物，如地下电缆和管线等进行调查，严防情况不明，盲目施工，造成地下电缆和管线等的破坏。
8.4为保证施工安全，现场应有专人统一指挥，并设安全员负责现场的安全工作，坚持班前进行安全教育。
8.5现场设专人指挥、调度，确定合适的机械车辆走行路线，并设立明显标志，防止相互干扰碰撞，机械作业要留有安全距离。
8.6制定作业程序和运行路线，确保协调施工，安全生产。
9.环保节能措施
9.1 施工噪声、振动的控制
9.1.1设备选型优先考虑低噪声产品，设备底座设置防振基础。采取措施或改进施工方法，使施工噪声、振动达到施工场界环境标准。
9.1.2选择低噪声设备，在选型时严格比较噪声大小。
9.1.3合理布置各种施工作业区和生活作业区，利用距离、隔墙使噪声大幅度自然衰减。
9.1.4出入现场的机械、车辆做到不鸣笛，不急刹车；加强设备维修，定时保养润滑，并对与施工无关的人员和车辆加以控制，以避免或减少噪声。
9.2 粉尘控制
9.2.1对施工现场地面，定期进行压实或洒水，减少灰尘对周围环境的污染。
9.2.2在有粉尘的作业环境中作业，除洒水外，作业人员还必须配备劳保防护用品。
10.资源节约
10.1采用路基智能压实技术，利用BIM与GIS技术的结合采用大土方调配技术，使全线土方的以合理调配，节约了土石方利用，保证了施工资源，节约用地。
10.2充分利用智能压实技术，操作人员直观的从屏幕上判断出漏压、过压现象，合理利用碾压遍数，使路基碾压质量达到要求，节约碾压机械燃油消耗，及操作台班，节能资源。
10.3利用智能沉降技术充分利用智能采集数据系统，收集路基沉降信息，大大节省了传统施工采用大量工程技术人员观测沉降数据，节约人力资源。
11.经济效益分析
采用路基连续压实智能控制系统，通过近一年来在中铁三局集团黔张常铁路项目应用，可以让现场技术人员和机械操作手实时了解各个区域的压实情况，有针对性的对欠压区域进行重复碾压，避免过压，提高机械及工作人员的工作效率。在不影响路基填筑质量的情况下，减少机械及工作人员费用，该技术推广应用前碾压路基土方燃油单耗降低为6.12kg/千方，节油率47%。土方调配运输油耗率单耗降低为55.37kg/百方十公里，节油率22%。节能减排效果明显，经测算项目投资回收期为1年。综上所述，无论从安全可靠性、节能减排效果，还是从投资收益角度而言，该技术具有较大推广和应用价值。
12.应用实例
新建黔张常铁路桃源车站，路基土石方工程量大，路基填方接近150万方，车站占地713亩，而且处于地形复杂的山区，山间大部分土地为水稻田地及鱼塘地带，淤泥量较大，施工工艺复杂，技术含量高，综合了目前国内路基施工的多项技术。
利用BIM技术，根据地勘资料建立地质层模型，同时通过数字高程建立三维场地模型，用以计算基槽土石方开挖量及对应能源消耗，并可辅助深基础论证。通过开挖方计算辅助决策者进行土石方平衡调配，得出土石方调配最佳及最优路线。
路基连续压实技术着眼于压实工程控制，通过安装连续压实过程控制系统，能够显示整个作业面的压实状况，减少了人为因素造成漏压或过压现象的发生。碾压完成后，检测部门根据压实记录显示的薄弱区进行针对性的试验检测，结合检测点的检测结果来反映整个面的压实度，从而保证了施工质量的均匀性。进行全面监控和检测的连续压实技术是提高路基填筑质量的崭新施工工艺。
铁路路基工程传统的沉降监测是利用建立的沉降监测网、采用水准测量的方法测量观测点的绝对高程进行沉降监测。智能沉降监测解决了与路基施工相互干扰影响大、沉降监测数据包含的因素较多，数据传输分析不及时、劳动强度大、不便于路基的长期沉降分析的问题。
此施工过程中采用了新技术、新工艺、新设备，保证了工程质量、进度和成本的和谐统一，赢得了监管部门和广大新闻媒体的广泛赞誉，取得了良好的社会效益。
作者简介：
张渠，出生年月：19900515，职称：工程师，学历：本科，职务：项目总工程师
论文作者:张渠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：路基论文; 压实论文; 单点论文; 厚度论文; 土石方论文; 平地机论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第8期论文;