本書主要介紹了連續(xù)壓實控制動力學的理論體系、測試技術和工程應用等方面的內容。全書共分七章以及一個附錄,第1章論述了路基結構的技術特征、性能要求以及實現(xiàn)的途徑,對填筑質量控制方法進行了分類闡述,對連續(xù)壓實控制的幾種具體方法的特點進行了分析。第2章和第3章為動力學方法的理論基礎,主要從評定和控制指標體系、壓路機與路基相互作用的動力學原理等方面進行了全面論述。第4章主要闡述了連續(xù)壓實控制的測試技術;第5章介紹了壓實過程的模擬試驗成果,是對第2、3章一些結論的試驗驗證。第6章主要從連續(xù)壓實控制準則、控制內容和反饋控制措施等方面介紹了連續(xù)壓實控制的基本原理,是現(xiàn)場實施的技術基礎。第7章介紹了二十年來的一些公路、鐵路以及機場和市政等典型工程的應用實例,是對第6章控制原理的試驗驗證。為了方便工程技術人員掌握這項技術,又以問答的形式補充了一個附錄,對一些經常遇到的問題進行了解答。其中一些問題就是現(xiàn)場技術人員與筆者之間展開的問答實錄。
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填筑工程是指由建筑材料(巖土、水泥、瀝青等)按照一定要求堆積碾壓而成的土工結構物的統(tǒng)稱,覆蓋到鐵路、公路、機場、大壩、市政等諸多領域。其中,公路和鐵路路基在填筑工程中占有主導地位。決定填筑工程質量的關鍵因素是填料和碾壓,目前的焦點主要集中在碾壓控制方面。加強填筑工程質量控制,特別是碾壓全過程的控制已成為本領域的重中之重。
鑒于傳統(tǒng)碾壓質量控制方法的局限性,作者自1993年起參加了有關碎石土路基施工質量控制課題的研究工作,從一些資料中了解到國外有一種稱為“壓實計”的方法可以進行碾壓面的連續(xù)檢測,但經過研究和實踐發(fā)現(xiàn),該方法問題較多,特別是在粗顆粒填料中,因此只好另尋蹊徑,從壓路機與路基相互作用的動力學原理出發(fā),開始了自主研發(fā)的艱辛歷程。經過理論研究與工程實踐,作者于1998年提出了連續(xù)壓實控制的動力學方法,并以此為基礎研發(fā)了第一代“壓實過程監(jiān)控系統(tǒng)”(CPMS1.0)且獲得國家專利。自1993年起,作者結合東北三省和交通部等多個科研課題,在公路路基、基層和面層的壓實質量控制中進行了試驗性應用,取得了很好的效果,這為制定相關技術標準奠定了基礎。
隨著我國高速鐵路建設的快速發(fā)展,對鐵路路基結構性能提出了更高的要求,同時鐵路路基填筑質量也越來越受到重視,因此將連續(xù)壓實控制技術引入鐵路建設中的時機開始成熟。2007年,哈爾濱工業(yè)大學和中鐵二院工程集團有限責任公司合作,承擔了一個鐵路領域的連續(xù)壓實控制技術應用的研究課題。2008年,西南交通大學、哈爾濱工業(yè)大學等單位共同承擔了鐵道部“高速鐵路路基連續(xù)壓實檢驗控制技術與裝備研究”科研任務,從理論體系、測試技術和工程應用等方面進一步完善了這項技術。隨后,這項技術在多條鐵路建設工程中進行了大量的對比試驗和工程應用。
《路基連續(xù)壓實控制動力學原理與工程應用》:
1.2.2填筑質量控制要素
從一般產品制造角度來看,路基也是一種人工合成的產品——采用巖土材料填筑而成的土工結構物。路基填筑質量控制與一般的產品質量控制原理是一樣的,包括對原材料的控制、生產工程和工序的控制。那種只注重結果而不重視過程的控制是存在諸多弊端的,其中一個主要問題就是發(fā)現(xiàn)問題不能及時乃至無法解決,最終要進行返工才能得到解決。
廣義地講,對于路基填筑工程,其結構的形成過程包含選擇填料和碾壓的全部過程,其控制要素包含填料與碾壓這兩方面的內容。因此確切地說,控制填筑工程質量應該動態(tài)地監(jiān)控路基結構形成過程的全過程——選擇填料與壓實質量,這也是一種質量動態(tài)控制與管理的手段和方式。
1.填料的控制
對于路基這種產品來講,填料就是巖土材料,它的品質好壞直接決定路基的最終質量。如果原材料(填料)存在問題,那么后續(xù)無論如何進行生產和質量控制,也都很難解決根本問題。例如,在北方采用膨脹土填料修筑路基,無論怎樣碾壓,所形成的路基結構也都會產生翻漿冒泥等病害。因此,填料控制是根本。通常情況下,填料控制主要從以下幾個方面進行。
(1)填料本身特性控制。這主要體現(xiàn)在細粒料上,如膨脹土、失陷性黃土等特殊土必須進行處理,需要認真對待。
。2)填料級配控制。這主要體現(xiàn)在粗粒料上。即使同一種填料,如果顆粒粒徑不同、含量不同,所形成的結構也會有天壤之別。因此在有關路基規(guī)范中都要求“填料級配良好”,但是除了級配碎石有明確的級配曲線外,其余都沒有級配曲線和范圍(只有最大粒徑要求)的具體要求,這給現(xiàn)場“如何控制填料級配良好”帶來極大的困惑。
。3)含水量控制。對于對水敏感的填料(黏性類細粒土),控制其含水量保持在最優(yōu)含水量附近是頭等大事,過高的含水量會使填料變成“彈簧土”而難于壓實,而含水量過低則造成填料處于“松散、起皮”狀態(tài),也是難于壓實的。
。4)填料厚度控制。路基是分層填筑的,每一層都有厚度要求,一般填厚都要求是30~40cm。這種厚度實際上是早期基于小噸位壓路機而制定的(12~14t)。由于目前的壓路機都普遍高于18t,因此,適當增大填厚應該是可行的,但是不能超厚填筑。有些施工現(xiàn)場按照每層80~100cm進行,就會造成壓實質量存在嚴重的先天不足。
2.壓實的控制
在填料一定的情況下,碾壓就成為形成合格“產品”的關鍵環(huán)節(jié)了。碾壓是對原材料的再生產過程,是形成產品的階段。如同一般工業(yè)生產一樣,需要在生產過程中進行嚴格的質量控制,只有這樣才有可能生產出合格的產品。原則上,一般的質量控制方法在碾壓過程中同樣是適用的。對于填料碾壓的控制,按照前面對路基結構性能指標的要求,概括起來應從以下幾個方面進行。
。1)壓實程度控制,主要是指控制路基填筑體碾壓質量達到規(guī)定強度和剛度的多少,相當于通常所說的“壓實度”或“壓實系數(shù)”的概念。這是基本的控制要素,也是人們最關心的問題。
。2)壓實穩(wěn)定性控制,主要是指控制路基填筑體性能參數(shù)隨碾壓遍數(shù)變化的性質。這是一個相對比較新的概念。當壓實穩(wěn)定性達到一定要求后,所形成的路基結構是比較穩(wěn)定的,能夠抵御外部行車荷載的重復作用。
。3)壓實均勻性控制,主要是指路基填筑體性能參數(shù)在水平方向上分布一致的性質。均勻性對于剛性路面結構和無砟軌道結構,尤為重要。
。4)壓實工藝控制,主要包括壓實機具的工藝參數(shù)(噸位、振動質量、激振力、頻率、振幅,行走速度等)、碾壓遍數(shù)、碾壓厚度等的控制以及碾壓長度、寬度、時間等的管理,這些參數(shù)對于施工過程和工序管理也是非常必要的。
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