基于振动反应的路基压实与变异性控制原理与技术

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连续压实控制技术(亦称智能压实技术),在道路路基的智能建造中具备广阔的应用前景。然而,连续压实的控制指标多基于压实轮的振动反应,填料性质、压实层厚、机械状态等多个因素的影响,与传统压实度、路基模量等控制指标的相关性一直备受关注。并且,由于振动压实的影响深度一般大于压实层厚,下卧层的刚度状态将直接影响压路机的振动反应;当下卧层刚度较高时,目前的连续压实控制指标将难以准确判断当前填筑层的压实状态。
  因此,本文在国内外研究进展和常用指标的基础上,以土石混填路基为研究对象,采用理论分析、现场试验和数值仿真等手段,研究相关性更高的连续压实控制指标和单点检测指标组合,分析了填筑层厚和下卧层刚度对连续压实控制指标变化的影响规律,并针对下卧层刚度对连续压实控制指标影响的问题,提出去除下卧层影响的新连续压实控制指标Evc,并采用Evc分析填筑层压实状态的变化规律。
  (1)从理论角度分析模量类连续压实控制指标Evib与路基单点模量检测指标动态变形模量Evd在理论模型和计算原理上的联系,阐明建立Evib与Evd相关关系的理论合理性。通过连续压实控制现场试验,建立Evib、CMV与Evd之间的相关关系,对比分析两种连续压实控制指标与单点检测指标在不同工况(填筑厚度、下卧层强度)下的相关性优劣,结果表明Evib与Evd的相关性(R2=0.78)优于CMV与Evd的相关性(R2=0.53)。
  (2)设计不同工况的现场试验,分析填筑层厚和下卧层强度对路基整体模量(Evib)的影响规律,结果表明随着填筑层厚的增加,路基Evib逐渐减小;随着下卧层强度的增加,路基Evib逐渐增大。设计填挖交界处连续压实控制试验,分析路基Evib变异性随填筑进行的变化规律,结果表明随填筑层数增加,因下卧层强度不同导致的路基Evib变异性逐渐减小。
  (3)基于弯沉等效原理,提出了去除下卧层影响的填筑层压实控制指标Evc,采用数值仿真模拟,建立分层填筑路基与压实荷载之间的作用模型,并通过对不同路基填筑层及下卧层模量组合进行仿真,建立Evc取值数据库,并据此提出填筑层连续压实控制指标Evc的确定方法。
  (4)采用Evc分析填挖交界处填筑层模量变异性的变化规律,发现填挖交界处的路基整体模量变异性主要由开挖台阶导致的下卧层差异提供。填筑层模量(Evc)差异小于路基整体模量(Evib)差异,且对填方区补压在降低路基整体模量变异性的同时可能造成填筑层模量变异性增大。因此在对填挖交界处应用连续压实控制技术时,应兼顾整体压实与填筑层压实两方面进行控制。
  (5)建立Evc与Evd之间的相关关系,发现在路基处于弹性状态时,Evc可以去除检测深度差异的影响,提升与单点测试指标之间的相关性,这有利于在压实验收阶段实现对填筑层压实状态的准确控制。
  综上,本文研究成果既可为路基工程施工提供借鉴,也对路基压实质量的连续检测、精准评估与控制有实际的意义。
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