CN103061236A - 铁路路基连续压实质量监测与控制系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

铁路路基连续压实质量监测与控制 系统及工作方法 。 目前，对于路基填筑工程压实质量的检测与控制，采用常规的“点式”抽样检测方法， “点式”抽样检测方法是在完成碾压后进行的，是工后检测，无法实现碾压全过程的实时控制。本发明包括：单片机（ 1 ），所述的单片机分别与铁电存储器（ 2 ）、 A/D 转换器（ 3 ）、彩色液晶显示电路（ 4 ）、 GPS 模块（ 5 ）、 GPRS 模块（ 6 ）、时钟芯片（ 7 ）、 电可擦可编程只读存储器（ 8 ） 、 SD 卡（ 9 ）、 USB 接口电路（ 10 ）、键盘电路（ 11 ）、方波转换电路（ 12 ）连接，所述的 A/D 转换器与电压转换电路（ 13 ）、信号调理电路（ 14 ）连接，所述的 方波转换电路与所述的信号调理电路连接。本发明用于 铁路路基连续压实质量监测与控制。

Description

铁路路基连续压实质量监测与控制系统及工作方法

技术领域：

本发明涉及一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统及工作方法。

背景技术：

路基是铁路的基础，关系到铁路的安全、高效运行。路基是轨道结构的基础，随着列车运行速度的提高，要求路基结构要为上部结构提供更加平顺而稳定的支承。路基填筑工程的压实质量是决定其结构性能好坏的根本，路基压实质量包括压实程度、压实均匀性和压实稳定性等三方面的内容。目前，对于路基填筑工程压实质量的检测与控制，采用常规的“点式”抽样检测方法，即在每层完成碾压后，随机选点，抽样检测。“点式”抽样检测方法的主要不足：

（1）理论上，“点式”抽样检测方法，隐含的前提条件是路基性能参数大致服从正态分布规律，在这样条件下，采用抽样方法进行检测，其结果在一定保证率条件下能够代表取样路段路基的性能状况。事实上，由于填料本身变异可引起路基结构性能的变异、振动压路机激振力随机波动变化引起压实作用力不均匀以及量测深度范围内下卧层刚度不均匀引起路基性能的变异等各种原因，很难保证路基性能参数服从正态分布规律，那么常规“点式”抽样方法的检测结果不一定具有代表性。

（2）“点式”抽样检测方法的检测结果仅反映路基面检测点附近的局部的质量特性，无法反应路基面检测点附近以外的整体的质量特性，而路基沿线路纵向整体的质量特性（如刚度均匀性）对轨道在运营时的平顺性有很大的影响。

（3）“点式”抽样检测方法是在完成碾压后进行的，是工后检测，无法实现碾压过程中的实时控制。同时，逐点检测费时费力，给施工过程带来明显的干扰，使高效的施工设备无法有效地发挥作用，严重影响施工进度，难以适应机械化施工要求。

（4）“点式”抽样检测方法，如果碾压段发现个别检测点的检测结果不满足规范要求，很难界定重新碾压的范围。若全部碾压，则有可能造成其它合格区域的“过压”现象；

（5）按照规定，常规路基质量检测指标地基系数K ₃₀和变形模量E _v2检测的填料粒径应不大于7.5cm。而规范对路基填料的尺寸要求是基床部分最大为10cm，基床以下部分最大为15cm。对于超过7.5cm的填料压实如何检验和控制却未作明确要求；

基于常规“点式”抽样检测方法的不足，相关部门提出路基连续压实质量监测与控制方法，采用能够实时对整个碾压面压实质量进行全面监测与控制的连续压实控制技术，以保证路基填筑工程的施工质量。

发明内容：

本发明的目的是提供一种适用于采用连续压实控制技术进行铁路路基填筑工程施工质量监测与控制的快速、稳定、精度高、功能强的铁路路基连续压实质量监测与控制系统及工作方法，以实现对铁路路基填筑工程连续压实质量的监测和控制，提高施工质量和工作效率。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统，其组成包括：单片机，所述的单片机分别与铁电存储器、A/D转换器、彩色液晶显示电路、GPS模块、GPRS模块、时钟芯片、电可擦可编程只读存储器、SD卡、USB接口电路、键盘电路、方波转换电路连接，所述的A/D转换器与电压转换电路、信号调理电路连接，所述的方波转换电路与所述的信号调理电路连接。

一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，相关校验：在试验路段进行常规指标地基系数K ₃₀值与振动压实值VCV的相关性试验，即确定常规指标地基系数K ₃₀值与振动压实值VCV的相关系数、回归模型、并利用回归模型计算常规指标K ₃₀合格值对应的振动压实值VCV，即目标振动压实值[VCV]；过程控制：在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的加载设备，利用目标振动压实值[VCV]对路基连续压实质量进行全过程的监测与控制；质量检测：在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的振动压路机，利用振动压实值VCV的分布情况，选取薄弱区域，在薄弱区域选取薄弱点进行常规“点式”抽样检测；其中，过程控制和质量检测的施工路段的填料、含水量及填层厚度等应与相关校验的试验路段相同；振动压路机及其振动压实工艺参数也要相同。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的加载设备采用竖向振动压路机，振动压路机的振动压实工艺参数应保持稳定，即振动压路机振动频率的波动范围不应超过额定值的±0.5Hz；振动压路机应保持匀速行驶，行驶速度宜采用3km/h，最多不应超过4 km/h；加速度传感器应紧密牢固地垂直安装在振动压路机振动轮的内侧机架上。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的相关校验的目的一是判定指标的适用性，当常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，指标才是适用的，否则，应改良填料或调整振动压路机相关参数，直到相关程度达到一定值；二是当常规指标K ₃₀值与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，确定常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关系数、回归模型以及与常规指标K ₃₀合格值对应的目标振动压实值[VCV]，所述的相关校验包括如下步骤：

（1）利用振动压路机对试验路段进行全路段的连续碾压，同时记录存储每个检测单元的振动压实值VCV，再利用全路段的振动压实值VCV，并考虑振动压实值VCV的范围选取相应的检测点做常规“点式”抽样检测，所述的检测点数要大于18点；

（2）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数，即：

   

      （1）

式中，，，为常规检测点数；当常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数时，后序施工路段的压实质量可以采用连续压实质量监测和控制技术；

（3）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的回归模型，即：

（2）

式中，a，b为回归系数；

（4）根据回归模型，确定常规指标K ₃₀合格值对应的目标压实振动值[VCV]，计算式为：

（3）。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的过程控制即压实过程质量控制，所述的压实过程质量控制是路基填筑工程压实质量全过程控制的关键环节，是施工质量的保证；所述的压实过程质量控制主要包括三个方面：（1）压实程度：控制填筑体物理力学性能达到规定值的程度，解决填筑体是否有足够的强度和刚度支承上部结构；（2）压实均匀性：控制填筑体物理力学性能的均匀分布程度，解决能否均匀支承上部结构；（3）压实稳定性：控制填筑体物理力学性能的稳定程度，解决在列车重复荷载作用下填筑体能否长期、有效地支承上部结构的疲劳问题；路基填筑工程压实过程质量控制以连续记录各个检测单元振动压实值VCV为依据，按照压实程度、压实均匀性和压实稳定性的相关控制准则进行实时的压实质量控制。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的压实过程在施工过程中的判定和控制应符合下列规定：

（1）检测单元压实程度根据振动压实值VCV与目标振动压实值[VCV]的比较进行判定，对于第i个检测单元对应的振动压实值，当满足时，则第i个检测单元压实程度通过，否则，不通过；

（2）碾压面压实程度的通过率按照通过面积与碾压面面积的比值或检测通过的检测单元总数与检测单元数总数的比值计算，通过率应按不小于95%进行控制，且其中不通过的检测单元应呈分散分布状态。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的压实均匀性在施工过程中压实均匀性判定和控制应符合下列规定：

（1）压实均匀性可通过碾压轮迹上振动压实曲线的波动变化程度和碾压面振动压实值VCV的分布特征进行判定；

（2）压实均匀性宜按振动压实值VCV不小于其平均值的80%，即，其中，为相关路段振动压实值VCV的平均值。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的压实稳定性在施工过程中压实稳定性判定和控制应符合下列规定：

（1）压实稳定评定和控制应采用振动压路机同一行驶方向的振动压实值VCV进行；

（2）压实稳定性应根据同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV的差异进行判定；

（3）稳定性应按同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV变化率不大于进行控制，取3%。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的质量控制是利用施工段碾压面的全部振动压实值VCV描绘碾压面压实状态分布图，选取薄弱区域中的薄弱点进行常规“点式”抽样检测，所述的施工段碾压面全部振动压实值VCV应符合下列规定：

（1）施工段宜按100米长度划分为多个分析段进行，不足100米的施工段可单独取作一段；

（2）每100米长度的分析段宜统计全部压实振动值VCV的最大值、最小值、平均值、极差、标准差、变异系数及分布直方图等。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的施工段碾压面压实状态分布图的形成方法包括如下步骤：

（1）施工段碾压面全部振动压实值VCV按照从低值到高值的顺序进行排列，满足，，为全部振动压实值的总数；

（2）排序后的全部振动压实值VCV序列应以一定的间隔进行分组，第组数据由下式确定：

（4）

式中，为分组间距；为全部振动压实值VCV的最小值；

（3）分组数据按照由低值到高值的顺序和相应的位置进行图示，形成碾压面压实状态分布图，其中每一分组代表一种压实状态。

有益效果：

1. 本发明通过表征路基压实质量的常规指标地基系数K ₃₀、变形系数E _v2和动态变形模量E _vd与路基结构抵抗力F具有正相关性，即：K ₃₀∝F、E _v2∝F、E _vd∝F，而通过安装于振动压路机振动轮上的加速度传感器得到的竖向振动信号X经整理变换，再根据振动压路机相关振动压实工艺参数计算得到的振动压实值VCV能够正确地反应路基结构抵抗力的大小，并且也具有正相关性，即：VCV∝F。因此，可以通过振动压实值VCV表征常规指标。基于上述结论，以振动压路机振动轮为研究对象，铁路路基连续压实质量监测与控制装置通过安装于振动压路机振动轮上的加速度传感器连续采集振动轮的竖向振动信号X，对振动信号X进行整理，再根据振动压路机相关振动压实工艺参数计算振动压实值VCV，并实时地显示在彩色屏幕上，操作人员作为“控制器”根据相应的振动压实值VCV，实时监测施工质量，并采取相应的措施实施反馈控制，以保证路基施工质量。

 2.本发明路基压实质量由常规“点式”抽样工后检测与控制转变为覆盖整个碾压面的全面的实时监测与控制，现场可视化显示压实状态，能够及时采取相应措施，保证施工质量；

3. 本发明与常规“点式”抽样检测方法结合起来，可以使常规检测的随机控制变为关键（薄弱）区域重点控制，大量减少常规检测的数量，提高工作效率，并且可以确定常规检测不合格点所处的范围，提高检测精度；

4. 本发明实现了整个施工过程的监测与控制，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”路段及时进行补充碾压，同时，可以避免“过压”，保证压实质量的均匀性，同时优化碾压遍数；

5. 本发明铁路路基连续压实质量监测与控制系统能够对大粒径填料路基进行质量监测与控制，而常规“点式”抽样检测方法很难进行；

6. 本发明铁路路基连续压实质量监测与控制系统智能化程度高、操作简单、安装在驾驶室内实时显示压实状态，便于操作使用；

7. 本发明采用大容量SD卡存储表征路基压实质量的振动压实值VCV，可以避免常规“点式”抽样检测方法纸质记录存在的易顺坏、已丢失等不足。

 8.本发明通过USB接口可以将表征路基压实质量的振动压实值VCV以文件的形式传送到PC机，实现路基压实状态数据的汇总，并且还可以利用PC机对相关数据做进一步分析处理。

 9.本发明通过GPS和GPRS模块，能够实现对施工现场的监控，提高管理部门对施工现场的管理水平。

 10.本发明铁路路基连续压实质量监测与控制系统有测量精度高、稳定性好、抗干扰能力强的特点。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明单片机的电路原理图。

附图3是本发明电源部分的电路原理图。

附图4是本发明时钟芯片的电路原理图。

附图5是本发明SD卡的电路原理图。

附图6是本发明彩色液晶显示电路的电路原理图。

附图7是本发明USB接口电路的电路原理图。

附图8是本发明电可擦可编程只读存储器的电路原理图。

附图9是本发明键盘电路的电路原理图。

附图10是本发明铁电存储器的电路原理图。

附图11是本发明GPS模块的电路原理图。

附图12是本发明GPRS模块的电路原理图。

附图13是本发明电压转换电路、方波转换电路和信号调理电路的电路原理图。

附图14是本发明A/D转换器的电路原理图。

附图15是本发明铁路路基连续压实质量监测与控制系统工作原理图

附图16是本发明加速度传感器安装示意图。

图中：相同符号线路之间具有连接关系。

具体实施方式：

实施例1：

一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统，其组成包括：单片机1，所述的单片机分别与铁电存储器2、A/D转换器3、彩色液晶显示电路4、GPS模块5、GPRS模块6、时钟芯片7、电可擦可编程只读存储器8、SD卡9、USB接口电路10、键盘电路11、方波转换电路12连接，所述的A/D转换器与电压转换电路13、信号调理电路14连接，所述的方波转换电路与所述的信号调理电路连接。

所述铁路路基连续压实质量监测与控制系统，其组成包括：RAM系列单片机（STM32F103VET6）、单片机通过数据总线和地址总线以及控制总线形式分别与铁电RAM存储器（FM22L16）、模/数转换器（ADS8364）、彩色液晶显示模块（DMT64480S057_03WNZ）、GPS模块（Jupiter30）、GPRS模块（MC55）、时钟（DS1302）、EEPROM（AT24C64A）、SD卡（Kingston 8G）、USB接口及键盘等连接。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统，工作电源为DC12V，功耗小于10W。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统，振动响应信号X输入取自加速度传感器输出的交流电压信号，信号幅值范围为±2.5V，振动响应信号X测量精度达到0.01m/s²，振动响应信号X基波频率测量精度达到0.02Hz。

实施例2：

根据实施例1所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统，如附图1所示的信号调理电路对输入的加速度信号进行滤波以去除干扰，再进行线性变换以满足A/D转换对输入信号幅值范围的要求，信号调理电路、A/D转换器在CPU的控制下，采集加速度信号，根据振动压路机相关振动压实工艺参数，计算振动压实值VCV，再利用振动压实值VCV对路基压实过程实施监测与控制。电压转换电路部分对装置工作电压进行线性变换以满足A/D转换对输入信号幅值范围的要求，电压转换电路部分、A/D转换器在CPU的控制下，实时监测系统的工作电压，当电压低于一定值时，给出告警提示。信号调理电路输出的信号，经方波转换电路，将振动信号转换成方波信号，方波信号在CPU的控制下，根据方波的周期计算振动信号的基波频率，对振动压路机的工况进行监控。铁电存储器在CPU的控制下，存储碾压过程中经加速度信号计算的振动压实值VCV。EEPROM在CPU控制下，存储振动压路机相关参数、路基路段相关信息、作业信息和加速度传感器的灵敏度等信息。GPRS模块在CPU控制下，能够将根据采集的振动信号和振动压路机相关振动压实工艺参数计算得到的振动压实值VCV，无线传输给相关部门。SD卡在CPU的控制下，将当前作业计算得到的振动压实值VCV以文件的形式存于SD卡，也可将SD卡存储的振动压实值VCV调出显示。GPS模块在CPU控制下，记录路基路段，当前作业的地址信息。USB接口在CPU控制下，可将存储于SD卡中存储的振动压实值VCV传输到PC机。时钟在CPU控制下，记录当前作业的时间信息。键盘和彩色液晶显示模块在CPU控制下，实现人机交互。

实施例3：

根据实施例1所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统，附图2 CPU（单片机）部分电路图。CPU部分是所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的核心部分。图2 U1的51~54、63~66、引脚分别与图9J-KEY1LAMP的1-8引脚相连。图2U1的23、24、33-36引脚分别与图9J-KEY2的1-6引脚相连。图2U1的61、62、81、82、38-41引脚分别与图10U5的2-9引脚，U7的7-10、13-16引脚和图14U8的48-41引脚相连。

图2U1的42-46、55-57引脚分别与图10的U6的2-9引脚，U7的29-32、35-38引脚和图14U8的40-33引脚相连。图2U1的58-60、85、86引脚分别与和图10的U7的19、18、6、41、17引脚相连。图2U1的93引脚与图10G3的1引脚相连。图2U1的72、96、2、80、85引脚分别与图14的U8的51、58、31、27、29引脚相连。图2U1的3、4引脚分别与图8的U3的5、6引脚相连。图2U1的90、91、92引脚分别与图4的U2的5、6、7引脚相连。图2U1的29-32引脚分别与图5的SD_CARD的R14、R16、R17、R15相连。图2U1的70、71引脚分别与图7的U3R19、R18相连。图2U1的47、48引脚分别与图6的U4的10、9引脚相连。图2U1的25、26引脚分别与图12的P2的15、17引脚相连。图2U1的68引脚与图11P2的4引脚相连。图2U1的69引脚与图11的R108相连。图2U1的15、16引脚分别与图12P2的41、32引脚相连。图2UV-LIGHT、R-LIGHT、P-LIGHT分别与图9的J-KEY1LAMP的16、14、12引脚相连。图2U1的89引脚与图13的G1相连。通过上述连接实现CPU对图1中A/D转换器、铁电存储器、EEPROM存储器、SD卡、时钟、GPS模块、GPRS模块、USB接口、按键和彩色液晶显示模块等各个部分的控制。

附图3电源部分电路图。图3J-Power接外部DC12V电源，经E1、E2、E3变换得到3.3V、5V、±5V等不同等级的电压，为图1、图2、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14相关元器件提供工作电压。

附图4是时钟芯片DS1302以SPI总线形式与CPU相连。

附图5是SD卡以SPI总线形式与CPU相连。

附图6是彩色液晶显示模块经过MAX232与CPU串口3相连，MAX232实现TTL与RS232电平的转换。

附图7是USB接口以IIC总线形式与CPU相连，并通过J-UP与外部设备连接。

附图8电可擦可编程只读存储器EEPROM以IIC总线形式与CPU相连。

附图9是键盘通过J_KEY1LAMP和J_KEY2与键盘面板连接。

附图10通过两片74HC573扩展地址总线，控制铁电存储器。

附图11是GPS直接与CPU的串口1相连。

附图12是GPRS直接与CPU的串口2相连。

附图13信号调理电路图。通过U9、U10和相关阻容元件对加速度信号进行滤波以去除干扰，再进行线性变换以满足A/D转换对输入信号幅值范围的要求。图13U10的7引脚与图14的R72相连，将调理后的加速度信号输入到A/D转换器。经过调理的加速度信号通过U12、TP1、G1和相关的阻容元件转换成方波信号，利用方波信号检测加速度信号的基波频率。图13U11和相关元件对电源电压进行线性转换，通过U11的7引脚与图14的R70相连，对电源进行监控。

附图14是A/D转换部分电路图。考虑对加速度信号测量精度的要求，采用16位并行A/D转换芯片。

实施例4：

一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，相关校验：在试验路段进行常规指标地基系数K ₃₀值与振动压实值VCV的相关性试验，即确定常规指标地基系数K ₃₀值与振动压实值VCV的相关系数、回归模型、并利用回归模型计算常规指标K ₃₀合格值对应的振动压实值VCV，即目标振动压实值[VCV]；过程控制：在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的加载设备，利用目标振动压实值[VCV]对路基连续压实质量进行全过程的监测与控制；质量检测：在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的振动压路机，利用振动压实值VCV的分布情况，选取薄弱区域，在薄弱区域选取薄弱点进行常规“点式”抽样检测；注意：其中，过程控制和质量检测的施工路段的填料、含水量及填层厚度等应与相关校验的试验路段相同；振动压路机及其振动压实工艺参数也要相同。

所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统，利用安装于振动压路机振动轮的加速度传感器采集的竖向振动响应信号X，根据振动压路机的相关振动压实工艺参数和力学原理计算得到表征路基压实质量状态的振动压实值VCV，再利用振动压实值VCV实现对路基连续压实质量的监测与控制。

实施例5：

根据实施例4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的加载设备采用竖向振动压路机，振动压路机的振动压实工艺参数应保持稳定，即振动压路机振动频率的波动范围不应超过额定值的±0.5Hz；振动压路机应保持匀速行驶，行驶速度宜采用3km/h，最多不应超过4 km/h；加速度传感器应紧密牢固地垂直安装在振动压路机振动轮的内侧机架上。

实施例6：

根据实施例4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的相关校验的目的一是判定指标的适用性，当常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，指标才是适用的，否则，应改良填料或调整振动压路机相关参数，直到相关程度达到一定值；二是当常规指标K ₃₀值与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，确定常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关系数、回归模型以及与常规指标K ₃₀合格值对应的目标振动压实值[VCV]，所述的相关校验包括如下步骤：

（1）利用振动压路机对试验路段进行全路段的连续碾压，同时记录存储每个检测单元的振动压实值VCV，再利用全路段的振动压实值VCV，并考虑振动压实值VCV的范围选取相应的检测点做常规“点式”抽样检测，所述的检测点数要大于18点；

（2）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数，即：

   

      （1）

式中，，，为常规检测点数；当常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数时，后序施工路段的压实质量可以采用连续压实质量监测和控制技术；

（3）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的回归模型，即：

（2）

式中，a，b为回归系数；

（4）根据回归模型，确定常规指标K ₃₀合格值对应的目标压实振动值[VCV]，计算式为：

（3）。

实施例7：

根据实施例4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的过程控制即压实过程质量控制，所述的压实过程质量控制是路基填筑工程压实质量全过程控制的关键环节，是施工质量的保证；所述的压实过程质量控制主要包括三个方面：（1）压实程度：控制填筑体物理力学性能达到规定值的程度，解决填筑体是否有足够的强度和刚度支承上部结构；（2）压实均匀性：控制填筑体物理力学性能的均匀分布程度，解决能否均匀支承上部结构；（3）压实稳定性：控制填筑体物理力学性能的稳定程度，解决在列车重复荷载作用下填筑体能否长期、有效地支承上部结构的疲劳问题；路基填筑工程压实过程质量控制以连续记录各个检测单元振动压实值VCV为依据，按照压实程度、压实均匀性和压实稳定性的相关控制准则进行实时的压实质量控制。

实施例8：

根据实施例4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的压实过程在施工过程中的判定和控制应符合下列规定：

（1）检测单元压实程度根据振动压实值VCV与目标振动压实值[VCV]的比较进行判定，对于第i个检测单元对应的振动压实值，当满足时，则第i个检测单元压实程度通过，否则，不通过；

（2）碾压面压实程度的通过率按照通过面积与碾压面面积的比值或检测通过的检测单元总数与检测单元数总数的比值计算，通过率应按不小于95%进行控制，且其中不通过的检测单元应呈分散分布状态。

实施例9：

根据实施例4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的压实均匀性在施工过程中压实均匀性判定和控制应符合下列规定：

（1）压实均匀性可通过碾压轮迹上振动压实曲线的波动变化程度和碾压面振动压实值VCV的分布特征进行判定；

（2）压实均匀性宜按振动压实值VCV不小于其平均值的80%，即，其中，为相关路段振动压实值VCV的平均值。

实施例10：

根据实施例7所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的压实稳定性在施工过程中压实稳定性判定和控制应符合下列规定：

（1）压实稳定评定和控制应采用振动压路机同一行驶方向的振动压实值VCV进行；

（2）压实稳定性应根据同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV的差异进行判定；

（3）稳定性应按同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV变化率不大于进行控制，取3%。

实施例11：

根据实施例7所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的质量控制是利用施工段碾压面的全部振动压实值VCV描绘碾压面压实状态分布图，选取薄弱区域中的薄弱点进行常规“点式”抽样检测，所述的施工段碾压面全部振动压实值VCV应符合下列规定：

（1）施工段宜按100米长度划分为多个分析段进行，不足100米的施工段可单独取作一段；

（2）每100米长度的分析段宜统计全部压实振动值VCV的最大值、最小值、平均值、极差、标准差、变异系数及分布直方图等。

实施例12：

根据实施例7所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，所述的施工段碾压面压实状态分布图的形成方法包括如下步骤：

（1）施工段碾压面全部振动压实值VCV按照从低值到高值的顺序进行排列，满足，，为全部振动压实值的总数；

（2）排序后的全部振动压实值VCV序列应以一定的间隔进行分组，第组数据由下式确定：

         （4）

式中，为分组间距；为全部振动压实值VCV的最小值；

（3）分组数据按照由低值到高值的顺序和相应的位置进行图示，形成碾压面压实状态分布图，其中每一分组代表一种压实状态。

实施例13：

工作原理：将振动压路机的振动碾压过程看作是一种动态试验过程（振动压实试验），振动压路机为动态加载设备，在碾压过程中振动轮同时受到来自振动压路机自身的激振力和路基结构的抵抗力（反力）作用，二者的共同作用引起振动压路机振动轮的振动响应。如果以振动轮为研究对象，路基对振动轮的作用总是可以用其抵抗力来表征，在振动轮参数和激振力已知的条件下，实测的振动响应信息包含了路基结构抵抗力的相关信息，基于振动轮的振动响应识别路基结构的抵抗力，进而计算表征路基性能的指标，实现对路基压实质量的监测和控制，原理如图15所示。

工作条件：

（1）加载设备应采用竖向振动压路机，振动压路机的振动压实工艺参数应保持稳定，即振动压路机振动频率的波动范围不应超过额定值的±0.5Hz；振动压路机应保持匀速行驶，行驶速度宜采用3km/h，最多不应超过4 km/h。

（2）加速度传感器应紧密牢固地垂直安装在振动压路机振动轮的内侧机架上，如图16所示。

工作过程：

铁路路基连续压实质量监测与控制系统工作过程包括三个部分：相关校验——在试验路段进行常规指标地基系数K ₃₀值与振动压实值VCV的相关性试验，即确定常规指标地基系数K ₃₀值与振动压实值VCV的相关系数、回归模型、并利用回归模型计算常规指标K ₃₀合格值对应的振动压实值VCV，即目标振动压实值[VCV]；过程控制——在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的振动压路机，利用目标振动压实值[VCV]对路基连续压实质量进行全过程的监测与控制；质量检测——在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的振动压路机，利用振动压实值VCV的分布情况，选取薄弱区域，在薄弱区域选取薄弱点进行常规“点式”抽样检测。下面对上述三个方面的具体过程加以说明：

1、相关校验

相关校验的目的一是判定指标的适用性，当常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，指标才是适用的，否则，应改良填料或调整振动压路机相关参数，直到相关程度达到一定值；二是当常规指标K ₃₀值与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，确定常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关系数、回归模型以及与常规指标K ₃₀合格值对应的目标振动压实值[VCV]。

具体步骤：

（1）利用振动压路机对试验路段进行全路段的连续碾压，同时记录存储每个检测单元的振动压实值VCV，再利用全路段的振动压实值VCV，并考虑振动压实值VCV的范围选取相应的检测点做常规“点式”抽样检测（检测点数通常要大于18点）；

（2）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数，即：

（1）

式中，，，为常规检测点数。当常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数时，后序施工路段的压实质量可以采用连续压实质量监测和控制技术。

（3）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的回归模型，即：

（2）

式中，a，b为回归系数。

（4）根据回归模型，确定常规指标K ₃₀合格值对应的目标压实振动值[VCV]，计算式为：

（3）

2、过程控制

压实过程质量控制是路基填筑工程压实质量全过程控制的关键环节，是施工质量的保证。压实过程质量控制主要包括三个方面：压实程度——控制填筑体物理力学性能达到规定值的程度，解决填筑体是否有足够的强度和刚度支承上部结构；压实均匀性——控制填筑体物理力学性能的均匀分布程度，解决能否均匀支承上部结构；压实稳定性——控制填筑体物理力学性能的稳定程度，解决在列车重复荷载作用下填筑体能否长期、有效地支承上部结构（疲劳问题）。路基填筑工程压实过程质量控制以连续记录各个检测单元振动压实值VCV为依据，按照压实程度、压实均匀性和压实稳定性的相关控制准则进行实时的压实质量控制。

（1）施工过程中压实程度的判定和控制应符合下列规定

①检测单元压实程度根据振动压实值VCV与目标振动压实值[VCV]的比较进行判定，对于第i个检测单元对应的振动压实值，当满足时，则第i个检测单元压实程度通过，否则，不通过；

②碾压面压实程度的通过率按照通过面积（检测通过的检测单元总数）占碾压面面积（检测单元数总数）的多少计算。通过率应按不小于95%进行控制，且其中不通过的检测单元应呈分散分布状态。

（2）施工过程中压实均匀性判定和控制应符合下列规定

①压实均匀性可通过碾压轮迹上振动压实曲线的波动变化程度和碾压面振动压实值VCV的分布特征进行判定；

②压实均匀性宜按振动压实值VCV不小于其平均值的80%，即，其中，为相关路段振动压实值VCV的平均值。

（3）施工过程中压实稳定性判定和控制应符合下列规定

①压实稳定评定和控制应采用振动压路机同一行驶方向的振动压实值VCV进行；

②压实稳定性应根据同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV的差异进行判定；

③稳定性应按同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV变化率不大于进行控制，通常取3%。

 3、质量控制

利用施工段碾压面的全部振动压实值VCV描绘碾压面压实状态分布情况，选取薄弱区域中的薄弱点进行常规“点式”抽样检测。

（1）施工段碾压面全部振动压实值VCV应符合下列规定

①施工段宜按100米长度划分为多个分析段进行，不足100米的施工段可单独取作一段；

②每100米长度的分析段宜统计全部压实振动值VCV的最大值、最小值、平均值、极差、标准差、变异系数及分布直方图等。

（2）施工段碾压面压实状态分布图的形成方法

①施工段碾压面全部振动压实值VCV按照从低值到高值的顺序进行排列，满足，，为全部振动压实值的总数；

②排序后的全部振动压实值VCV序列应以一定的间隔进行分组，第

组数据由下式确定：

       （4）

式中，为分组间距；为全部振动压实值VCV的最小值。

③分组数据按照由低值到高值的顺序和相应的位置进行图示，形成碾压面压实状态分布图，其中每一分组代表一种压实状态。

利用施工段碾压面压实状态分布图，选取薄弱区域的薄弱点进行常规“点式”抽样检测，减少了检测点数，提高了工作效率，也保证检测的有效性。

注意：过程控制和质量检测的施工路段的填料、含水量及填层厚度等应与相关校验的试验路段相同；振动压路机及其振动压实工艺参数也要相同。

Claims (10)

1.一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统，其组成包括：单片机，其特征是：所述的单片机分别与铁电存储器、A/D转换器、彩色液晶显示电路、GPS模块、GPRS模块、时钟芯片、电可擦可编程只读存储器、SD卡、USB接口电路、键盘电路、方波转换电路连接，所述的A/D转换器与电压转换电路、信号调理电路连接，所述的方波转换电路与所述的信号调理电路连接。

2.一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：相关校验：在试验路段进行常规指标地基系数K₃₀值与振动压实值VCV的相关性试验，即确定常规指标地基系数K₃₀值与振动压实值VCV的相关系数、回归模型、并利用回归模型计算常规指标K ₃₀合格值对应的振动压实值VCV，即目标振动压实值[VCV]；过程控制：在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的加载设备，利用目标振动压实值[VCV]对路基连续压实质量进行全过程的监测与控制；质量检测：在填料一致的施工路段上，使用相关校验时相同的振动压路机，利用振动压实值VCV的分布情况，选取薄弱区域，在薄弱区域选取薄弱点进行常规“点式”抽样检测；其中，过程控制和质量检测的施工路段的填料、含水量及填层厚度等应与相关校验的试验路段相同；振动压路机及其振动压实工艺参数也要相同。

3.根据权利要求2所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的加载设备采用竖向振动压路机，振动压路机的振动压实工艺参数应保持稳定，即振动压路机振动频率的波动范围不应超过额定值的±0.5Hz；振动压路机应保持匀速行驶，行驶速度宜采用3km/h，最多不应超过4 km/h；加速度传感器应紧密牢固地垂直安装在振动压路机振动轮的内侧机架上。

4.根据权利要求2所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的相关校验的目的一是判定指标的适用性，当常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，指标才是适用的，否则，应改良填料或调整振动压路机相关参数，直到相关程度达到一定值；二是当常规指标K ₃₀值与振动压实值VCV的相关程度达到一定值时，确定常规指标K ₃₀与振动压实值VCV的相关系数、回归模型以及与常规指标K ₃₀合格值对应的目标振动压实值[VCV]，所述的相关校验包括如下步骤：

（1）利用振动压路机对试验路段进行全路段的连续碾压，同时记录存储每个检测单元的振动压实值VCV，再利用全路段的振动压实值VCV，并考虑振动压实值VCV的范围选取相应的检测点做常规“点式”抽样检测，所述的检测点数要大于18点；

（2）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数                                                ，即：

  

      （1）

式中，

，

，为常规检测点数；当常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的相关系数

时，后序施工路段的压实质量可以采用连续压实质量监测和控制技术；

（3）确定常规指标K ₃₀值与对应振动压实值VCV间的回归模型，即：

   （2）

式中，a，b为回归系数；

（4）根据回归模型，确定常规指标K ₃₀合格值

对应的目标压实振动值[VCV]，计算式为：

                        （3）。

5.根据权利要求2所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的过程控制即压实过程质量控制，所述的压实过程质量控制是路基填筑工程压实质量全过程控制的关键环节，是施工质量的保证；所述的压实过程质量控制主要包括三个方面：（1）压实程度：控制填筑体物理力学性能达到规定值的程度，解决填筑体是否有足够的强度和刚度支承上部结构；（2）压实均匀性：控制填筑体物理力学性能的均匀分布程度，解决能否均匀支承上部结构；（3）压实稳定性：控制填筑体物理力学性能的稳定程度，解决在列车重复荷载作用下填筑体能否长期、有效地支承上部结构的疲劳问题；路基填筑工程压实过程质量控制以连续记录各个检测单元振动压实值VCV为依据，按照压实程度、压实均匀性和压实稳定性的相关控制准则进行实时的压实质量控制。

6.根据权利要求4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的压实过程在施工过程中的判定和控制应符合下列规定：

（1）检测单元压实程度根据振动压实值VCV与目标振动压实值[VCV]的比较进行判定，对于第i个检测单元对应的振动压实值

，当满足

时，则第i个检测单元压实程度通过，否则，不通过；

（2）碾压面压实程度的通过率按照通过面积与碾压面面积的比值或检测通过的检测单元总数与检测单元数总数的比值计算，通过率应按不小于95%进行控制，且其中不通过的检测单元应呈分散分布状态。

7.根据权利要求4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的压实均匀性在施工过程中压实均匀性判定和控制应符合下列规定：

（1） 压实均匀性可通过碾压轮迹上振动压实曲线的波动变化程度和碾压面振动压实值VCV的分布特征进行判定；

（2）压实均匀性宜按振动压实值VCV不小于其平均值的80%，即

，其中，

为相关路段振动压实值VCV的平均值。

8.根据权利要求4所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的压实稳定性在施工过程中压实稳定性判定和控制应符合下列规定：

（1） 压实稳定评定和控制应采用振动压路机同一行驶方向的振动压实值VCV进行；

（2）压实稳定性应根据同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV的差异进行判定；

（3）稳定性应按同一碾压轮迹上前后两遍振动压实值VCV变化率不大于

进行控制，

取3%。

9.根据权利要求5所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的质量控制是利用施工段碾压面的全部振动压实值VCV描绘碾压面压实状态分布图，选取薄弱区域中的薄弱点进行常规“点式”抽样检测，所述的施工段碾压面全部振动压实值VCV应符合下列规定：

（1）施工段宜按100米长度划分为多个分析段进行，不足100米的施工段可单独取作一段；

（2）每100米长度的分析段宜统计全部压实振动值VCV的最大值、最小值、平均值、极差、标准差、变异系数及分布直方图等。

10.根据权利要求5所述的铁路路基连续压实质量监测与控制系统的工作方法，其特征是：所述的施工段碾压面压实状态分布图的形成方法包括如下步骤：

（1）施工段碾压面全部振动压实值VCV按照从低值到高值的顺序进行排列，满足

，

，

为全部振动压实值的总数；

（2）排序后的全部振动压实值VCV序列应以一定的间隔进行分组，第

组数据由下式确定：

         （4）式中，

为分组间距；

为全部振动压实值VCV的最小值；

（3）分组数据按照由低值到高值的顺序和相应的位置进行图示，形成碾压面压实状态分布图，其中每一分组代表一种压实状态。

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