張　剛（寧夏公路建設(shè)管理局,銀川　750011）

智能壓實(shí)技術(shù)概述

張剛
（寧夏公路建設(shè)管理局,銀川750011）

摘要：近年來(lái)，世界各地出現(xiàn)了許多重要的革新性的道路工程施工技術(shù)，智能壓實(shí)算是其中一項(xiàng)。智能壓實(shí)技術(shù)指在傳統(tǒng)壓路機(jī)上裝備集成的高精度GPS定位系統(tǒng)、加速度傳感器、機(jī)載監(jiān)控/報(bào)告系統(tǒng)、以及用于HMA/WMA壓實(shí)反饋控制的紅外溫度儀等綜合測(cè)試系統(tǒng)，以達(dá)到有效提高壓實(shí)效率、減小施工變異性等效果的一項(xiàng)新型工程技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能；壓實(shí)；技術(shù)

1　技術(shù)背景

在道路工程施工中，壓實(shí)是確保道路達(dá)到良好長(zhǎng)期性能指標(biāo)的一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)不同道路結(jié)構(gòu)層材料進(jìn)行充分地壓實(shí)，可以使其具有足夠的強(qiáng)度和剛度去承受交通荷載和各種不利環(huán)境影響因素。在過(guò)去的許多年里，傳統(tǒng)的壓實(shí)設(shè)備和壓實(shí)技術(shù)對(duì)道路材料達(dá)到要求的壓實(shí)效果發(fā)揮了非常重要的作用。然而，這些傳統(tǒng)設(shè)備和技術(shù)也遇到了諸多難題，其中比較典型的有：因材料的變異性造成道路結(jié)構(gòu)層的均勻性差（尤其是土基），鋪筑層含水量難以控制，低溫或溫度不均勻時(shí)施工困難（主要對(duì)熱拌瀝青混合料HMA和溫拌瀝青混合料WMA而言），縱向接縫難以壓實(shí)，還有就是缺少必要的反饋裝置來(lái)使壓路機(jī)駕駛員得以全過(guò)程知曉壓實(shí)的狀況。上述問(wèn)題也進(jìn)而導(dǎo)致了道路施工中的工效低、成本高、路面性能降低、道路使用壽命縮短，同時(shí)增加了養(yǎng)護(hù)和修復(fù)的費(fèi)用。

過(guò)去10年來(lái)，世界各地出現(xiàn)了許多重要的革新性的道路工程施工技術(shù)，智能壓實(shí)算是其中一項(xiàng)，旨在解決傳統(tǒng)的壓實(shí)技術(shù)和壓實(shí)設(shè)備長(zhǎng)期無(wú)法處理的一些難題。

2　技術(shù)概要

簡(jiǎn)要地說(shuō)，智能壓實(shí)是指采用裝備有整套測(cè)試系統(tǒng)的壓路機(jī)以有效提高壓實(shí)效果的一項(xiàng)技術(shù)。這里所指的整套測(cè)試系統(tǒng)包括：高精度的GPS系統(tǒng)，加速度傳感器，機(jī)載計(jì)算機(jī)報(bào)告系統(tǒng)，以及用于HMA 和WMA壓實(shí)反饋控制的紅外測(cè)溫儀。通過(guò)綜合的測(cè)試、文件傳輸和控制系統(tǒng)，智能壓路機(jī)可以做到對(duì)壓實(shí)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和適時(shí)調(diào)整，還可以通過(guò)彩色編碼圖連續(xù)記錄，來(lái)顯示壓實(shí)遍數(shù)、壓實(shí)程度，進(jìn)行溫度測(cè)量（對(duì)HMA和WMA），并準(zhǔn)確記錄機(jī)械所處位置。

3　技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

在道路工程建設(shè)中，與傳統(tǒng)的壓實(shí)技術(shù)相比，智能壓實(shí)技術(shù)在減小施工變異性的同時(shí)，還具有一系列的優(yōu)勢(shì)：

有助于優(yōu)化人員和設(shè)備投入—承包商可以合理確定達(dá)到要求的壓實(shí)效果所需投入的人員、設(shè)備、壓實(shí)遍數(shù)等。

減小材料的變異性—采用智能壓路機(jī)，承包商可以更直接地監(jiān)控材料的質(zhì)量，更均勻的材料也從而最終減小施工質(zhì)量的變異性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講，這種低的材料變異性將使路面性能更優(yōu)并且可以減少道路維修成本。

減少壓實(shí)和設(shè)備維修—智能壓實(shí)使得以更少的壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到要求的壓實(shí)水平成為可能，進(jìn)而能夠降低燃油消耗和設(shè)備磨損。

界定非壓實(shí)部位—智能壓實(shí)設(shè)備可以區(qū)分出那些沒(méi)有達(dá)到要求壓實(shí)度的區(qū)域，以便安排繼續(xù)壓實(shí)或挖除重鋪。

中間修正—采用智能壓實(shí)技術(shù)，可以在碾壓中間層位時(shí)修正存在的問(wèn)題，以保證這些問(wèn)題不會(huì)影響到路面表層。

施工記錄—連同碾壓過(guò)程中的GPS定位一道，智能壓實(shí)數(shù)據(jù)可以下載、存貯，以備日后工程參考。

此位置為本機(jī)機(jī)車單獨(dú)制動(dòng)手柄在制動(dòng)位時(shí)，重聯(lián)機(jī)車受機(jī)車間制動(dòng)管軟管、總風(fēng)軟管、平均軟管壓力控制，而發(fā)生作用的位置，其制動(dòng)應(yīng)和本機(jī)同步。

生成智能壓實(shí)底圖—承包商可以從中分辨薄弱環(huán)節(jié)，主要用于路面再生項(xiàng)目如銑刨、重鋪等。

便于現(xiàn)有設(shè)備升級(jí)改造—當(dāng)前絕大多數(shù)壓路機(jī)均可通過(guò)加裝改造裝置，很方便地升級(jí)為智能壓路機(jī)。

4　采用智能壓實(shí)技術(shù)應(yīng)考慮的事項(xiàng)

在采用智能壓實(shí)技術(shù)之前，承包商和相關(guān)機(jī)構(gòu)需要考慮一些必要的事項(xiàng)：

設(shè)備投入—相較傳統(tǒng)的壓路機(jī)，在一項(xiàng)工程中采用新的智能壓路機(jī)費(fèi)用增加約3-5%。在舊的設(shè)備上加裝集成的智能測(cè)試系統(tǒng)需要5-7.5萬(wàn)美元，因客戶需求和制造商的不同而不同。這些費(fèi)用不算低，但會(huì)因工效提高、廢料減少等，經(jīng)過(guò)兩到三個(gè)項(xiàng)目即可得以彌補(bǔ)。

機(jī)械操作手的技能要求—采用智能壓實(shí)技術(shù)，需要對(duì)操作手和質(zhì)量監(jiān)管人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)。這些培訓(xùn)不會(huì)特別復(fù)雜或耗費(fèi)時(shí)間，而且通常在購(gòu)買、租賃時(shí)廠商都會(huì)提供培訓(xùn)。

設(shè)備維護(hù)—這類振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備確實(shí)更加需要維護(hù)和校驗(yàn)，但它們真是很結(jié)實(shí)。

5　詳細(xì)描述

智能壓路機(jī)與傳統(tǒng)壓路機(jī)的基本構(gòu)造其實(shí)并無(wú)二樣，其主要區(qū)別在于安裝了定位系統(tǒng)、測(cè)試與控制系統(tǒng)，以及關(guān)于壓實(shí)狀況的顯示和文件傳輸系統(tǒng)。

因壓實(shí)材料不同，用于土基、底基層和基層材料的壓實(shí)設(shè)備與用于面層（HMA、WMA和磨耗層）設(shè)備的集成裝置略有不同，但均包括以下關(guān)鍵部件：

定位系統(tǒng)—即GPS系統(tǒng)，其天線安裝在壓路機(jī)駕駛倉(cāng)頂部。

測(cè)試系統(tǒng)—加速度傳感器，安裝在設(shè)備機(jī)架靠近壓實(shí)輪的部位。它采集設(shè)備機(jī)架向下的加速度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)則可以用于確定設(shè)備因材料壓實(shí)而引起的垂直位移量。

處理系統(tǒng)—通過(guò)測(cè)試設(shè)備機(jī)架的垂直位移量、壓路機(jī)的振幅、頻率和速度等信息，可以分析確定壓實(shí)的狀況。隨著設(shè)備的移動(dòng)，處理系統(tǒng)會(huì)對(duì)壓實(shí)狀況做出適時(shí)、連續(xù)的描述。

顯示系統(tǒng)—通過(guò)設(shè)備駕駛倉(cāng)內(nèi)的視頻監(jiān)控，可對(duì)壓實(shí)狀況進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測(cè)，包括顯示的彩色數(shù)碼圖，可幫助駕駛員確定壓實(shí)遍數(shù)，顯示材料剛度、溫度（HMA/WMA）、頻率、振幅和行進(jìn)速度等。

文件傳輸系統(tǒng)—智能系統(tǒng)還會(huì)對(duì)壓實(shí)過(guò)程進(jìn)行全程存貯記錄，可以隨時(shí)下載用于分析或打印。

對(duì)于碾壓HMA、WMA的智能設(shè)備而言，絕大多數(shù)都附加安裝一種紅外傳感器，用于測(cè)量混合料的表面溫度。這些傳感器分別安裝在前、后輪上，它們對(duì)于優(yōu)化碾壓過(guò)程很重要。

所有智能壓實(shí)設(shè)備給出的材料壓實(shí)狀況報(bào)告用的都是材料剛度而不是施工中常用的密度（壓實(shí)度），剛度其實(shí)更直接地表征材料抵抗彎、拉荷載的能力。目前，在智能壓實(shí)設(shè)備中表征材料剛度的標(biāo)準(zhǔn)方法尚未統(tǒng)一，因此，不同設(shè)備廠家的方法有所不同，但都表述材料的現(xiàn)場(chǎng)剛度，都直接反映結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)狀況。

6　制造廠商

目前在美國(guó)主要有6家廠商生產(chǎn)用于路基和基層材料的智能壓路機(jī)，它們分別是安邁（Ammann）、寶馬（Bomag）、卡特匹勒（Caterpillar）、戴娜派克（Dynapac）、悍馬-維特根（Hamm-Wirtgen）、酒井（Sakai）公司。其中寶馬、悍馬-維特根、卡特匹勒、酒井公司還生產(chǎn)HMA智能壓路機(jī)。

7　可用資源

目前關(guān)于智能壓實(shí)最好的網(wǎng)絡(luò)資源是www.intelligentcompaction. com，該網(wǎng)站除了提供關(guān)于絕大多數(shù)智能壓實(shí)主題的寶貴的最新信息外，還列有先前和當(dāng)今的一些研究成果和進(jìn)展、工程實(shí)例以及其他有用的鏈接。

其中一項(xiàng)很好的資源就是美國(guó)交通研究基金項(xiàng)目TPF-5（128）最終研究報(bào)告，包含了美國(guó)聯(lián)邦公路局和佐治亞等12個(gè)州關(guān)于智能壓實(shí)的實(shí)體工程（共16個(gè)）、開(kāi)放式試驗(yàn)、數(shù)次會(huì)議、人員培訓(xùn)，以及關(guān)于幫助各州建立智能壓實(shí)技術(shù)規(guī)程的相關(guān)信息，這份報(bào)告可以從該網(wǎng)站下載。

8　結(jié)語(yǔ)

（1）智能壓實(shí)技術(shù)借助于集成的綜合測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)過(guò)程的全程智能管控。

（2）采用智能壓路機(jī)，可以更直接地監(jiān)控材料的質(zhì)量，有效提高結(jié)構(gòu)層材料的均勻性，進(jìn)而減小施工質(zhì)量的變異性。

（3）智能壓實(shí)使得以更少的壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到要求的壓實(shí)水平成為可能，進(jìn)而能夠降低燃油消耗和設(shè)備磨損。

（4）相較傳統(tǒng)的壓路機(jī)，采用新的智能壓路機(jī)費(fèi)用增加約3-5%，在舊的設(shè)備上加裝集成的智能測(cè)試系統(tǒng)在美國(guó)目前需要5-7.5萬(wàn)美元，因客戶需求和制造商的不同而不同。當(dāng)前絕大多數(shù)壓路機(jī)均可通過(guò)加裝改造裝置，很方便地升級(jí)為智能壓路機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]U.S. Department of Transportation FHWA. Tech Brief–Intelligent Compaction Executive Summary[S].Summer 2013.

[2]FHWA Pooled Fund Study TPF-5 (128) Final Report.

作者簡(jiǎn)介：張剛（1974-），男，寧夏吳忠人，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，研究方向：道路工程、交通安全工程。