路基质量检测与控制讲座

路基填筑工程质量检测与控制技术2012.12徐光辉西南交通大学填筑工程特点公路（路基、基层以及面层）、铁路路基、市政、机场、大坝、工业厂房地基、填海造地……填筑工程主要包括：选择填料碾压成型压实质量？方法综述传统方法稳态方法连续方法方法综述造成路面发生变形类损害的主要原因除了面层和基层的原因外，还有相当大的原因是由路基发生（塑性）变形引起的，因此路基抵抗变形能力是关键；路基的抗变形能力是在碾压过程中形成的，取决于填料组成和压实质量。在填料一定的情况下，路基的抗变形能力主要取决于压实质量的好坏;长期以来，我国公路对路基填筑工程压实质量的检测以压实度和弯沉两个指标进行，但存在诸多不足，缺乏适用于现场快速检测的方法；对路基重视的不够，没有把路基当成结构物，在一定程度上导致检测与控制技术发展缓慢，致使路基结构一直存在病害隐患！此外，人为因素对检测结果影响巨大！！存在问题检测是手段，控制是目的传统方法一览表常规检测——传统压实控制对路基结构抗变形能力度量路基结构抗变形能力K30Ev2EvdKvKLVCVv……评定指标——决定检测方法——对应不同的质量控制结果常规检测的不足•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，加载占用重型设备，给施工过程带来干扰；•仅得到“抽样点”的检验结果，很难控制路基压实的均匀性；•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；•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。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。其发展背景是由于碾压巨粒料时没有其它控制方法而不得已采用的经验方法，属于宏观控制，谈不上什么控制精度。常规检测路基作为一种由岩土填料填筑、经过碾压而形成的土工结构物，由于岩土材料的复杂性，使其比其它人工结构物还要复杂，发展实用的新型检测技术是必然趋势；为将隐患消灭在路基结构形成阶段，需要研究定量化、适用于过程检测与控制的实用技术；路基结构的损坏已产生变形类居多，发展能更加直接检测抗变形能力的方法是必要的；现代测试技术、物联网技术的渗透，促进了检测与控制技术向信息化与智能化方向发展。发展趋势方法综述传统方法稳态方法连续方法指现场干密度与标准干密度的比值，用百分率来表示，即：其中：现场干密度为实测，标准干密度为室内标准击实试验所得的最大干密度。分母——确定的方法一定，但比较适合细粒料；分子——依据不同确定方法，具体分灌砂法、环刀法、核子法等。通常认为：标准干密度所对应的结构状态是符合要求的，能够满足路基结构抵抗变形的需求！——干密度变化的实质反映了路基结构塑性变形的变化压实度指标与方法常见指标与方法压实度是路基路面施工质量检测的关键指标之一，表征压实后结构的密实状况，压实度越高，所形成结构的性能也越好。压实度实质是干密度问题，虽然不直接反映路基结构抗变形能力，但实践证明，一般情况下，随着压实度的增大，结构的强度得到提高，刚度也随之变大，当一种填料达到标准干密度时，其力学性能也达到最优，这正是把密度作为评价压实状态指标的原因之一。从常规试验角度看，现场的密度测试一般比力学性能测试要简单可行，所以一般都是用压实度大小来表征力学性能，这是使用这个指标的另一个原因。含水量对所形成结构有显著影响的（如粘性土）填料更适合采用这个指标。一般更适用于均匀性比较好的细粒料！采用压实度指标的缘由（1）分母——标准干密度问题*标准击实试验对于粗粒料不适用，而采用振动压实标准，其振动工艺参数无法统一确定，随材料的类型和级配不同而不同；*当填料不均匀时，标准干密度不唯一，存在多个。（2）分子——现场干密度问题*干密度测不准，造成压实度失真；*弄虚作假难以控制，人为达到合格要求。——目前粗粒料大都采用力学指标，放弃了压实度指标。采用压实度指标存在的问题理论支撑：弹性半空间体理论检测方法：平板载荷试验（承载板试验）适用条件：填筑结构为弹性体（小变形、线弹性）基本公式：刚性承载板作用下力与变形的关系公式具有条件性——在某一应力范围内有效力学指标与方法根据加载方法不同，形成了不同的检测方法和具体指标都是力（输入）与变形（输出）的某种比值或者实测得到！力学指标与方法◆除弯沉和动态模量外，其余都比较费时费力；◆都是事后检测；◆都是抽样点的检测；◆……力学方法共性方法综述传统方法稳态方法连续方法连续检测——连续压实控制国外发展及应用瑞典于1975年研制了检测设备（压实计），并开始工程应用。70年代：（研究期）产生了利用振动压路机在碾压过程中的动态反应信息来检测压实质量的想法。60年代：（萌芽期）80年代：（发展期）德国和瑞士等国家的加入，进一步推动了本项技术的发展，在工程中也得到了更广泛的应用。90年代：（成熟期——制定规范与普遍采用）国际上系统地提出来了连续压实控制技术——CCC技术。一些国家开始建立相关技术标准。在铁路、公路、大坝、机场、地基等填筑工程领域进行了普遍应用。2000年以后（智能初期）由于技术的成熟，研究的重点已转移到如何进行智能压实问题——压路机根据土体的变化进行自动调频调幅以优化压实。“智能压实（IC）”，是CCC技术与压路机械进一步结合的产物，是筑路技术的“第三次革命”。具有智能压实功能的压实机具注意智能压实的含义瑞典（CMV）——最早处理方式局限性？51015202530-1-0.50.5151015202530-1.5-1-0.50.511.55101520-3-2-1123国外技术特点CMV——是压实计值的英文缩写•自瑞典压实计方法出现后，其指标CMV的适用范围就一直存在争议。•国内外的实践表明，CMV在很多情况下并不能正确反映被压材料的压实状态，即：CMV大的地方的压实质量未必就好，反之亦然。•由于CMV在很多情况下并不能真实地反映压实质量信息，这也是国际上许多国家放弃CMV这个指标的主要原因。•CMV只有采用特定压路机、碾压一些细粒料时是有效的，这是包括日本、美国和中国等多个国家的研究结论。CMV指标存在局限性的实例压路机振动信号谐波成分的实测CMV指标存在局限性的原因德国（Evib）——智能化高，但需专用振动压路机捆绑在一起!!!使用条件：•土体为线弹性、小变形，且振动轮与土体之间接触紧密、无弹跳；•土体的阻尼和泊松比已知；•振动压路机振动参数已知；•振动轮的尺寸参数已知。此外——采用“GPS+瑞典压实计（CMV）”方案•发挥GPS长处，以控制路基几何尺寸为主（填厚和碾压遍数）•属于数字化施工范畴，不属于连续压实控制领域范畴•在各国连续压实控制标准中均未被采用BYA92、94、2004瑞典德国ZTVE-StB-93、94、2009、2010奥地利RVS8S.02.6一些国家关于连续压实控制的技术标准法国、荷兰、爱尔兰等国家计划将其纳入国家标准中，欧盟考虑建立一套统一的CCC技术标准。国内相关行业2000198819932008………TB10108—2011铁路行业强制标准代号J1335—2011建设部已批复将本标准作为国家工程建设行业标准备案中华人民共和国行业标准将振动压实机具作为加载设备，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。基本原理与主要特点（1）基本原理——连续压实控制基本原理示意图由压路机的振动响应识别路基抵抗力是关键连续压实控制ContinuousCompactionControl路基填筑碾压过程中，根据土体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监测与控制。压实机具作用下——路基结构抗力与振动响应关系线性分析(,,,,)zFFPfMKC2222()(2)4zKfCFXf1非线性分析230()()()FxMfxMxx12()sinsin3xABtBt2通过对各种振动压实机具和各种填料的大量试验，验证了连续压实控制指标与常规检验指标（指K30、Ev2、Evd、K）之间具有正相关关系。抗力与振动响应抗力与振动响应的一致性验证了理论分析结论抗力与干密度在压实度能测准的条件下，抗力与压实度之间具有正相关性抗力与K30抗力与Ev2抗力与Evd——为采用连续压实控制技术提供了依据无论是常规检测还是连续检测，都是对路基结构抵抗变形能力的某种度量。由于检测方法不同以及岩土材料的复杂性，目前还不能对各种检测方法的结果建立理论上的关系。但国内外的大量工程实践证明：连续检测结果与常规检测结果之间在统计学意义上具有正相关关系。由点的抽样检测转变为覆盖整个碾压面的全面监控与检测，现场可视化显示压实结果。主要特点点的抽样检验费时费力，给施工过程带来明显干扰。与常规检测方法结合起来，可以使常规检测的抽样控制变为关键（薄弱）区域控制，大量减少常规检测的数量,并且可以确认常规检测不合格点所处的范围。若个别试验点不满足要求时，重新碾压界线很难界定。在压实薄弱区域（红色）进行常规检测，更能保证压实质量。实现了施工过程的全过程监控，与施工同步，效率高、不干扰施工，并且能够指导现场施工，对欠压地段及时补充碾压，同时可以避免过压和优化碾压遍数，可以提高压实质量的均匀性。连续检测与施工同步常规检测事后进行总体而言，连续压实控制技术改变了传统意义上的抽样控制方式，不但使用在碾压的全过程中，还体现在对整个碾压面的全覆盖式控制上，已经成为一项成熟并普遍应用的先进压实技术，在欧洲一些国家得到了普遍应用，被欧美誉为筑路技术的第三次革命。规程架构按照施工顺序编排连续压实控制实施的四个关键环节（阶段）设备检查相关性校验过程控制质量检测加载与量测设备控制压实程度和压实均匀性及稳定性压实状态分布与压实薄弱区域连续指标与常规指标基本规定（1）连续压实控制系统组成硬件部分：加载设备+量测设备软件部分：压实控制软件+数据管理软件（2）连续压实控制技术的用途从压实程度、压实均匀性和压实稳定性三方面对路基质量进行控制过程控制：压实程度、压实均匀性、压实稳定性质量检测：确定碾压面压实状态分布，识别薄弱区域（3）加载设备和量测设备的技术要求——振动压路机自重不宜小于16吨加载设备自重——主要影响检测深度频率——主要影响激振力振动频率波动较大，将会导致激振力出现更大的波动，量测结果出现异常变化振动频率的波动范围不应超过规定值的±0.5Hz组成：振动传感器、信号调理（放大、滤波）、采集、记录、信号分析处理软件和显示装置等部分振动传感器采用加速度传感器垂直安装不小于10mV/m·s-2量程不小于10g量测设备模/数转换位数应不小于16位采样频率应不小于400Hz实时以数字和图形方式显示压实质量相关信息数据采集与显示装置连续压实控制应按照“设备检查、相关性校验、过程控制、质量检测”四阶段进行。铁路路基填筑工程连续压实控制工艺流程图（4）关键环节和工艺流程工艺流程相关性校验的实施步骤相关系数和回归方程的计算方法采用相关系数判定技术适用性的原则（r≥0.7）连续压实控制目标值的确定方法相关性校验——应结合填筑工艺试验进行将试验段碾压成三种密实状态能反映正确的相关关系试验路的碾压相关程度参考准则相关系数的绝对值相关程度0.9～1.0相关性非常强0.7～0.9相关性强0.5～0.7相关性弱＜0.5相关性非常弱相关系数的规定0.7？通过对哈大客专、京沪高铁、成灌铁路、兰新铁路等现场的路基不同位置、不同填料、不同振动压路机的近千组对比试验结果表明，振动压实值与常规质量验收指标（K30、Ev2、Evd）之间的相关系数大部分在0.75以上。0.7是相关程度强弱的一个分界点。对于岩土材料而言，0.7和0.75对于判定相关程度强弱的影响并不大。瑞典规范规定R≥0.6时相关性成立，德国和奥地利等国家规定R≥0.7时相关性成立。本规程将相关系数的下限定为0.70[x]——按照现行相关标准确定