探讨公路项目路基连续压实质量检测技术

王 位

（贵州省桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

公路是社会经济发展的大动脉，担负着大量的交通运输任务，促进了中国经济的腾飞。当前我国公路工程建设实现了大跨越发展，特别是高速公路的不断建成，先进的施工工艺、施工技术、施工设备陆续投入应用。路基是公路工程的基础构成，其施工质量决定了公路的耐久性、结构稳定性及使用安全性[1-2]。传统高速公路工程常用地基系数K30、动态变形模量Evd、变形模量Es、压实系数K、孔隙率n等指标检测路基压实质量。传统检测方法存在几点不足：1）检测结果准确性低、检测效率低、难以精准把控路基压实质量；2）人力、物力、时间消耗大，检测结果难以复原；3）无法做到实时压实质量检测。此外，传统检测技术无法用于土石路基，因此，选用连续压实检测技术控制路基压实质量[3]。

1 连续压实控制技术

连续压实控制，即路基填筑作业时，基于路基填筑土体、压路机的相互作用机制，不间断测量压路机振动轮的竖向振动响应信号，并对信号进行分析处理，构建压实质量检测与控制体系，以便实时监控路基连续压实质量。

基本操作步骤：在振动轮上设置传感器，在压路机操作室内设置其他装置，如显示屏。通过持续监测振动轮动态响应信号并进行分析处理获得路基压实质量相关指标参数，并在操作室内的显示屏上显示，实现实时监控路基碾压作业过程[4]。根据信号的变化规律判断路基连续压实质量，可根据一次谐波振幅、基频振幅的比值确定信号畸变程度，用压实度值（CMV）表示，相关计算公式如下：

式中，A0——基频信号振幅；k——常系数；A1——一次谐波信号振幅。

2 现场数据采集试验方案

以某高速公路为研究对象，桩号K22+650~K22+750，选取长200 m的试验路段，并纵向分成5小段，分别为A、B、C、D、E，对试验路段进行填筑压实试验，碾压操作步骤：1）按照从A~E的顺序静态碾压一遍；2）按照从A~E的顺序振动碾压一遍；3）按照从A~D的顺序振动碾压一遍；4）按照从A~C的顺序振动碾压一遍；5）按照从A~B的顺序振动碾压一遍；6）振动碾压A小段一遍。

试验路段为土石混合填筑路基，其中碎石填料占多数，填筑体干密度最大值2.11 g/cm3，曲率系数1.86，不均匀系数18。选用YZ32D型振动压路机，核心指标参数见表1，路基填筑碾压时通过传感器获取实时压实度值，碾压作业完成后检测沉降。

表1 压路机参数

3 压实度值异常数据处理

3.1 压实度值数据预处理

大规模获取路基连续压实数据，从而实时监测路基压实质量是连续压实质量检测技术的最大特点[5]。但实际应用时，现场采样受到场地环境以及气候变化等因素的影响，导致获取的数据可能出现异常或较大误差，直接影响路基连续压实质量的评价，因此应该先对获取的数据做预处理和过滤[6]。

该研究按照传感器获取的振动压路机性能指标参数分类整理实验数据，再拟合每次碾压采集的压实度值，基于单次碾压对应的路基压实度值变化规律是否匹配整体变化规律判断该数值是否合理[7-8]。不合理数值会影响试验数据的拟合结果。因此，拟合数据前必须先对试验数据进行预处理，基本步骤如下：若总体试验值x服从正态分布，则满足条件p(|x-μ|＞3σ)≤0.003，其中，σ、μ分别为标准差、数学期望。该条件下，很少出现大于μ+3σ或小于μ-3σ试验数值，结合上述不等式可过滤掉大于μ+3σ或小于μ-3σ的试验值，剩下的数值为正常值。

运用统计学分析每次碾压对应的压实度值，并进行数值拟合，结果显示各数值均服从正态分布[9]，具体见图1。压实度值总体服从正态分布，不同碾压遍数对应的压实度值正态分布拟合结果见表2。分析计算压实度值，求得不同碾压遍数对应的压实度均值，具体结果见表3。再将压实度均值进行拟合，得到均值与碾压遍数的关系，明确压实度值变化规律，具体见图2。

表2 不同碾压遍数下CMV正态分布拟合结果

表3 不同碾压遍数下的CMV均值

图1 压实度值数据正态分布拟合

图2 压实度均值随碾压遍数的变化分布

根据图2可知，路基连续压实质量检测方法能做到实时监控路基压实度。振压遍数与压实度值成正比，且增长幅度均匀，当振压遍数提升至一定数值后，压实度值增加速度放缓；随着碾压遍数的增加，压实度均值的变化规律很明显。根据压实度值、碾压遍数之间的拟合曲线可得，压实度均值、碾压遍数的相关系数为0.93，表明整体压实度均值、碾压遍数存在强相关性，整体压实度均值可通过碾压遍数公式求得。

3.2 CMV异常数据修正

可通过下列公式拟合压实度值和常规压实指标回弹模量，以明确二者关系。通过分析试验路段路基填筑施工参数之间的关系，运用最小二乘法分析不同碾压遍数对应的路基压实度值、常规压实指标回弹模量之间的相关性。

式中，x——常规压实指标回弹模量；y——路基压实度值。

路基压实度值异常将影响其与常规压实指标回弹模量的拟合结果。因此，拟合前必须先修正路基压实度异常值。路基压实度值、回弹模量的拟合结果见图3，据图可知A点偏离拟合关系线最大，因此，可初步判断A点数值为异常值。

图3 压实度值与回弹模量拟合

根据图2可以看出，路基压实度整体均值的变化规律随着碾压遍数的增加更加明显。由此推断随着碾压遍数上升，单个路基压实度值同样表现出明显的变化。不同碾压遍数对应的A点数值分布特征见图4，A点数据显著偏离压实度值总体变化趋势，因此可确定其为异常值，需进行修正。

图4 不同碾压变数下压实度值数据分布

为修正A点对应的压实度值，拟合碾压第1遍、第2遍、第4遍、第5遍下的压实度值，总结A点处的压实度值变化规律，具体结果见图5，随着碾压遍数的增加，压实度值满足以下关系式：

根据图5可知，A点对应的压实度值可通过式（4）求得，将x=3代入式中求得CMV=20.81，即A点对应的实际压实度值为20.81。

图5 CMV变化规律拟合

修正异常压实度值后，需将其与常规压实指标回弹模量重新拟合，修正前后的数值拟合结果如图6、表4所示。

图6 异常值修正前后回归分析对比

表4 异常值修正前后相关性校验结果对比

由表4可以看到，压实度值异常值修正之后其相关系数R2由0.78增大至0.87，说明压实度值修正之后的回归方程更符合数值相关性，且修正后的数值回归方程斜率、截距均改变，回弹模量对应的压实度值也将改变。表明异常值会影响目标压实度值，修正异常值可提高目标压实度值准确度，有助于精准控制路基连续压实质量。

4 结论

综上所述，路基是公路工程的基础构成，其施工质量直接影响公路的路用性能。基于此，该研究以某高速公路土石路基作为研究对象进行试验分析，大规模采集不同碾压遍数对应的路基连续压实度值、回弹模量，并预处理压实度值，修正异常值，进行数值拟合，总结压实度值与碾压遍数的关系，得出以下结论:

（1）连续压实度值、碾压遍数拟合度为0.94，表明随着碾压遍数的增加，压实度值变化规律明显。压实度值与碾压遍数成正比，当碾压遍数达到一定数量时，压实度值增长放缓，最终趋于稳定。

（2）通过拟合分析压实度值、碾压遍数，发现随碾压遍数的增加，路基压实度值变化规律稳定。

（3）结合压实度值随碾压遍数的变化规律修正异常压实度值，并进行重新拟合分析。对比修正前后的压实度值与回弹模量的回归分析结果，发现修正异常值有助于增强压实度值与回弹模量的相关性，并提高目标压实度值的准确度，从而提高路基连续压实质量的检测与控制效率。