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user: 4. 压实效果的评价方法 本文采用安定高速工程中的标段为例，该工程中沿线花岗岩十分发育，花岗岩残积土和全风化层厚度较大。不同路段所处的风化层深度不同，沿线路基填料差异性较大，主要代表有砂类残积土、高液限残积土、土石混填。针对高液限残积土难压实的特点 [ 8 ] ，一般需改良后再进行填筑，经室内试验研究，确定掺加4%水泥进行改良。 考虑到不同路段被碾材料的差异性，本文选取三个试验路段进行现场振动压实试验，分别为：试验段1 (砂类残积土路基)、试验段2 (改良土路基)和试验段3 (土石混填路基)，试验3路基填料为土石混填料，主要由石渣、花岗岩残积土混合而成。 针对选取的3条不同填料的路段均进行现场振动压实试验，试验测试内容主要包括振动轮加速度信号、原位路基压实质量检测(路基压实度或压实沉降差检测)。振动加速度信号获取方法：通过以加速度传感器、信号解调仪、计算机组成的量测系统来实现振动信号的自动化采集与存储(图1) [ 9 ] 。 信号采集的准备工作主要包括加速度传感器的选型、信号采集仪的选择、采样频率的选择几方面的内容。试验测试结果主要包括两个部分：振动加速度信号、原位压实质量测试值(压实度或压实沉降)。 1) 信号预处理 振动信号预处理就是通过一定的数学方法，对测量到的信号进行处理，去除误差得到真实振动压实信号，然后才能进行信号分析。预处理工作主要包括预滤波、零均质、错点剔除以及消除趋势项等。 2) 信号时频域分析 由于动态信号的复杂性，原始信号中可能有干扰成分在内，如果不加以时频域处理，就可能造成分析结果的失真。此外，振动信号是特定物理量，如速度、加速度等关于时间的函数，可以直观的描述出振动过程，但是要对振动信号进行深入的分析，一般需要借助频域分析方法，从而把复杂的振动信号分解为有限个不同频率简谐振动的组合。这个把时域上的振动信号转变为频域上的振动信号的过程，称为时频域变换。 通过量测压实机械振动轮的加速度信号，往往无法直接反映路基填料的压实发展过程。这就需要采用合理的信号解析方法，对信号进行处理、变化和加工，把加速度信号变换成可以表征压实程度的参数，实质上就是加速度信号的特征值提取的过程。 为分析碾压参数(行车速度、碾压遍数、压实厚度、激振力状态)对压实过程的影响，在每种填料的试验路段选取料性基本均匀的5个测试条带(即5种工况)进行试验，每条测试条带长度为60 m，宽度略大于压路机轮迹的宽度约3 m。其中标1段残积土路基填料(未改良)以天然含水率(w = 22.4%)进行碾压，其余两条试验段填料的含水率控制在最佳含水率附近再进行摊铺碾压。振动碾压前先静压一遍，使路面基本平整，“一去一回”算作一遍(单程即两遍)，压实过程中采集振动轮的加速度信号。每遍压实过后，利用灌砂法获取各检测点的压实度，若为土石混填路基，则采用水准仪测量各检测点的高程，获取压实后的表面沉降量。当原位测试的压实质量达到要求后，即停止碾压。 从理论上讲，振动加速度信号在空振的情况下呈正弦周期信号，随着碾压遍数增加，实测的振动加 图1. 振动信号的量测系统 速度信号出现畸变，压实程度越大畸变越明显，说明振动加速度和压实程度是密切相关的。根据此信号特点，常采取2种方法来建立压实程度与振动信号的关系，一种是直接法，即通过直接分析压实过程中信号本身特征(频率、幅值、周期、波形等)的变化来判定压实程度；另一种则为间接法，即通过对压实过程中的激振信号进行频谱分析所得到的特征值来判定压实程度。在此基础上，本文采用最具代表性的幅值法和谐波比值法作为压实质量连续检测方法。其中，幅值法取连续一段数据点的平均加速度幅值AA (Average Acceleration Amplitude)作为连续压实指标，如将每1 s (采样频率为1000 Hz，即1000个数据点)测得的加速度幅值平均值作为对应区域的AA值；谐波比法采用常用的CMV值和CCV值作为连续压实指标。 根据现场试验方案进行了振动信号测试和原位压实质量测试，经处理、统计后，获得成果数据，分析各试验路段的连续压实指标及压实质量变化规律。 (1) 传统压实指标变化规律 不同的路基填料所使用的原位路基压实质量检测方法不同，故选用的传统压实质量表征指标也有区别，试验段1和试验段2的试验段采用压实度反映压实质量，试验段3土石混填料试验段采用压实沉降差反映压实质量。(图2~图4) 获取每遍各点位压实度的平均值，其随碾压遍数的变化情况如上图所示。由图可知：随着压实遍数的增加，路基压实度不断增长，增长速率先快后慢，最后趋于稳定；在天然含水率下，试验段1残积土路基试验段碾压至第10遍时，压实度仍在85%附近，未达到规定压实要求，为保证施工质量，需降低含水率再进行施工。 试验段3中测得测试点位的累计沉降量随碾压遍数的变化情况，获取每遍的累计沉降率平均值，其随碾压遍数的变化情况如图所示。可以看出：随着碾压遍数的增加，累计沉降量开始快速增加，至碾压第四遍略有减小，后又随着压实遍数增加而缓慢增加至稳定状态。故可将试验段3的土石混填料由松散到密实的整个压实过程分为三个阶段：第一阶段，快速增长阶段，路基压实沉降量随碾压遍数的增加增长较快；第二阶段，突变阶段，路基沉降量增加较小甚至略有反弹隆起现象；第三阶段，平稳增长阶段，继续碾压则沉降量随着压实遍数的增加仍继续增长，但增长速率逐渐变缓，当与前一遍的沉降差在2 mm以内，表明达到压实要求。 与1、2试验段的土质类路基相比，该土石混填路基的压实过程区别主要体现在第二阶段。类似1、2试验路的一般土路基的累计沉降量随着压实遍数的增加逐渐增加至平稳状态，不会出现上述的第二阶段。这种差别是由土石混合填料自身特性所引起的，试验段土石混合填料的石方比含量较高，超过50%，填料具有粒径大、透水性强、孔隙率大等特点 [ 10 ] 。其压实特征表现为：初始摊铺后填料较为松散，在压实功的作用下，摊铺时的初应力平衡状态被打破，克服颗粒间摩擦力，相互移动，不断挤密；随着碾压 图2. 试验段1 (残积土)平均压实度随碾压遍数的关系 图3. 试验段2 (改良土)平均压实度随碾压遍数的关系 图4. 试验段3 (土石混填)平均累计沉降率随碾压遍数的关系 的进行，粒径大的填石料易产生破碎现象，粒径组成发生改变，颗粒重新组成排列，对路基的稳定性造成影响，故出现了上述的第二阶段；随着外力不断作用，颗粒间进一步挤密与填充，最终达到一个相对稳定的位置，填筑体将趋于密实，路基整体强度得到提高 [ 11 ] 。 (2) 连续压实指标变化规律 1) 加速度幅值AA 获取各试验路段的AA平均值，并将其随碾压遍数的变化情况绘于图5~图7。其中试验段1、2整体表现的规律基本一致：随着振动碾压遍数的增加，路基填料逐渐被压实，同时AA值也随之增大，碾压至一定遍数后，AA值趋于稳定。试验段3呈现出来规律有所差别，表现为：土石混填料随着碾压的进行，压实状态由松过渡到密实，AA值初期显著增加，碾压至第四遍时AA值略有下降，后又随着碾压遍数增加缓慢增加至稳定状态。 2) 压实密度值CMV 获取各试验路段的CMV平均值，并将其随碾压遍数的变化情况绘于图8~图10。可以看出：四条试验段的CMV值均随着碾压遍数的增加不断增加，且开始时CMV增长较快，随后增长逐渐变缓至几乎稳定。表明随着压实的进行，压路机振动轮振动响应信号的畸变程度不断变大至稳定状态。 3) 连续压实值CCV 获取各试验路段的CCV平均值，并将其随碾压遍数的变化情况绘于图11~图13。从中看出：随着振 图5. 试验段1 (残积土)平均AA值随碾压遍数的变化规律 图6. 试验段2 (改良土)平均AA值随碾压遍数的变化规律 图7. 试验段3 (土石混填)平均AA值随碾压遍数的变化规律 图8. 试验段1 (残积土)平均CMV值随碾压遍数的变化规律 图9. 试验段2 (改良土)平均CMV值随碾压遍数的变化规律 图10. 试验段3 (土石混填)平均CMV值随碾压遍数的变化规律 图11. 试验段1 (残积土)平均CCV值随碾压遍数的变化规律 图12. 试验段2 (改良土)平均CCV值随碾压遍数的变化规律 图13. 试验段3 (土石混填)平均CCV值随碾压遍数的变化规律 动碾压遍数的增加，三条试验段的CCV整体均呈增加趋势，表明振动信号中产生的二次及以上的谐波成分越来越多，碾压至一定遍数后，CCV值趋于稳定；然而，不同试验段CCV值在各阶段增长速率有所不同，试验段3的CCV值增长最快不在碾压初期，而是在碾压中期，说明土石混填路基的碾压振动信号在碾压中期产生了大量的畸变。