浅谈强夯路基连续检测及质量监控

向劲

摘要：文章首先分析强夯路基连续检测的技术原理，详细分析路基连续压实检测技术能够对路基进行全面的质量控制。

关键词：强夯路基；连续检测；质量；监控

目前，在路基填筑过程中，强夯技术的应用较为普遍。因为，路基最重要的是具有足够的承载能力，以及在荷载和自然力的综合作用下能保持长期的均匀和稳定的状态，强夯冲击动能强，影响深度大，是比较有效的技术处理措施。但其施工质量的控制方法较为单一，主要还是通过灌砂法检测的压实度作为控制指标。对于因为大粒径填料太多而无法采用灌砂法的路基，则采用水准仪观测沉降的办法，规定碾压或夯实方式前后沉降差不大于 5cm，并视其表面无轮迹为合格标准。也有采用重型动力触探、平板静荷载试验及承载板法测土基的承载能力的方法，最后以满足设计承载能力为合格标准。但这些方法在使用时都需要满足一定试验检测条件，存在一定的局限性。本文采用振动压路机在碾压过程中与路基相互作用的动态响应信息的连续量测技术，将动态响应与常规检验指标进行标定，得到二者之间的相关性，从而实现了对强夯路基质量的连续检测与控制。

1连续检测的技术原理

1.1路基抗力识别原理

若想实现对路基压实质量的连续检测，必须有连续的检测设备。为此可以将振动压路机看作是一种动态激振设备，利用其在碾压行走的工作过程进行动态试验。以振动轮为研究对象，则不管路基的状态如何，都可以表示成抗力对它的反作用，这是一个多输入单输出问题。由于振动轮系统本身是一个线性系统，这样就极大地方便了识别工作。因为对于线性系统而言，如果两个输入中的一个是已知的，则可以通过对响应的测试分析来了解另一个输入的信息，这是线性系统的特点。由于振动轮受到两个输入作用，一个为压路机本身的激振力P( 已知) ，另一个为路基抗力F( 未知) ，其输出为振动轮的动态响应 X，可以实测得到。因此根据已知P，实测 X，可以识别出路基抗力 F。

由牛顿第二定律的要求建立振动轮的动力学方程。压实机具系统的动力学方程可以表达成下式:

Mx+F(x)=Psinωt （1）

P=meω2=4π2mef2 （2）

其中: M为压路振动轮质量; P为激振力幅值; e为偏心距; m 为偏心质量; ω 为振动角频率，ω=2πf；F(x) 为路基对振动轮的反作用力，即路基抗力。

上述动力学方程看似简单，实际上是很复杂的，本质上为非线性弹塑性动力学方程，很难求得解答，只有在特殊情况可以求解。困难之一是 F(x)与x之间的非线性关系不清楚，位移既包括弹性部分又包括塑性部分; 困难之二是激振力和位移之间相差一个相位角也是未知的。但是我们可以对其进行定性分析，这也是目前处理非线性问题的普遍方法。

理论推导和实测数据表明，在振动系统本身稳定、激振力固定的条件下，加速度响应与系统抗力之间存在着线性对应关系。因此本文选取振动轮的加速度作为抗力指标，它能很好地反映抗力的变化信息。

1.2连续测试模式

试验测试时，将压实过程监控系统（CPMS）安装在振动压路机上，进行压路机动态响应信号的连续检测，经实时处理后可及时显示在屏幕上。路基压实状态的变化体现在强度、刚度和稳定性方面，并综合地表现在其结构抗力的变化上。随着路基塑性变形的减小，压实状态由低级稳定向高级稳定状态转移，路基抗力 F 在不断增大，压路机的动态响应 X也随之增大，这种变化综合地反映到压实过程监控系统( CPMS) 中，便成为动态监控的依据。

2试验结果分析

2.1振动轮动态响应 X 与路基弯沉之间的对应关系

对本文建立现场使用压路机动态响应与路基弯沉之间的对应关系。经过现场实测，建立了如图 1所示的对应关系。

图1弯沉与动态测试结果关系图

根据弯沉与动态测试结果关系建立的回归方程，其相关系数为 0.87。根据规范要求，路基回弹模量30MPa 对应的弯沉为 310.5(0.01mm) ，考虑季节修正系数1.2，最后得合 格弯沉为258.7( 0.01mm) 。相应的动态测试结果为 61.61m/ss。因此利用这种对应关系，采用同一台振动压路机、同一振动参数，便可以对路基进行连续的压实检测了。

2.2路基质量的连续检测结果分析

按照图 1 所示的回归关系，采用该振动压路机对试验路段路基在强夯之后的质量进行了全面的测试。由路基合格弯沉对应的动态响应作为控制合格的标准。将这个标准值输入到 CPMS 中，这样当压路机进行碾压时，在其驾驶室内的屏幕上就会实时地给出合格与不合格的信息，以图形方式提供给使用者，如图 2 所示。整个区域碾压完毕后，将给出一张反映该段路基总体情况的压实质量分布图，其中红色表示合格，绿色为不合格，如图 3~图 4 所示。

从两段路基连续检测试验结果看，不合格的区域占了 50%以上，同时反映出压实是不均匀的。究其原因，主要有两点，其一是强夯是采用一定间隔进行，尽管最后又采用振动压路机进行了补充碾压，但是由于强夯造成的不均匀并不会消失; 其二是填土的含水量偏大，致使压实质量差，导致质量不合格区域的比例增大。上述压实质量的连续分布图非常形象地给出了检测结果，这种结果是常规检测很难完成的，可见连续检测具有更大的优越性，特别是在路基的施工过程控制中。将这种检测结果提供给有关单位，可以为进一步的工程处理提供依据。根据本文的检测结果，对压实不合格区域进行必要的处理。

图2碾压轮迹上的动态响应曲线

图3A段强夯路基的连续检测结果

图4B段强夯路基的连续检测结果

3结语

路基连续压实检测技术能够对路基进行全面的质量控制，经过与常规试验的对比分析，建立一定的对应关系，可以在碾压现场及时地给出面的碾压质量分布图，为有关单位进行工程处理提供可靠依据。

参考文献

[1] 徐光辉,高辉,王哲人.级配碎石振动压实过程的连续动态监控分析[J].岩土工程学报,2005(11).

[2] 聂鹏,徐光辉,王哲人.对石渣在振动压实过程中永久变形的动态控制[J].公路交通科技,2006(05).