曾鐵權+高立虎

摘 要：由于傳統(tǒng)的路基壓實質量控制方法以“點”控制方法為主，屬于事后控制，發(fā)現(xiàn)問題不能及時在壓實施工過程中處理，為了彌補傳統(tǒng)路基壓實質量控制方法的局限性，急需一種能實現(xiàn)碾壓面的全覆蓋式檢測和控制、實時反饋和解決問題的新方法。智能連續(xù)壓實控制系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)壓實質量控制的弊端，成為了交通領域的焦點。

關鍵詞：智能壓；施工質量；路基壓實；實時反饋

中圖分類號：TU751 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0118-01

連續(xù)壓實控制（Continuous Compaction Control，簡稱CCC），是在路基壓實過程中，通過處理從振動壓路機得到的動態(tài)響應信號，得到反映壓實狀態(tài)的控制指標。將CCC技術與壓路機調節(jié)功能結合起來，又稱為“智能壓實（IC）”，是CCC技術與壓路機進一步結合的能夠合理控制及實時反饋壓實質量的系統(tǒng)。由于對壓路機信號處理方式不同，形成了幾種不同的智能連續(xù)壓實控制技術。本文將介紹路基智能壓實儀的應用和幾種評價指標，這對以貴港至隆安高速公路為代表的南方高速公路路基施工具有重要意義，因為南方地區(qū)地下水豐富，降雨量大，如何確保路基壓實效果，對提升公路服務品質具有重要意義。

1 智能連續(xù)壓實儀測量指標

1.1 CMV指標

Caterpillar公司的CAT智能壓實系統(tǒng)中用來表征材料壓實狀況為CMV，是無量綱值。在科研人員的早期調研中，發(fā)現(xiàn)了振動輪加速度信號在振動過程中會發(fā)生畸變，而且當土層剛度逐漸變大時，現(xiàn)象會愈加顯著。使用傅里葉變換處理加速度信號，土層壓實度使用一次諧波幅值與基波幅值的比值來表征。CMV與土層密度、剛度和模數(shù)的關系屬于在試驗性質的，這種關系的影響因素有：壓路機型號、振幅和頻率、行駛速度等，因此在使用CMV指標時有必要要進行相應的校正[1]。計算公式如下式（1.1）：

式中：Aπ--振動輪豎直方向基波成分的加速度幅值；A2π--振動輪豎直方向二次諧波成分的加速度幅值；C--常數(shù)，根據(jù)實際情況標定通常取C為300。

1.2 MDP指標

面對如今壓實技術存在的一些缺陷，而且CMV指標只可以使用在振動壓路機上，Caterpillar公司使用全球衛(wèi)星定位技術、無線數(shù)據(jù)通訊技術、計算機技術和數(shù)據(jù)處理與分析技術，再次研發(fā)出了最新一代壓實技術--Cat MDP壓實測量技術。這是一種通過檢測滾動阻力來計算土層硬度的方法，結果能較為真實的反映壓實情況。如果土層較軟時，壓路機克服滾動阻力所需要的能量大；如果土層較硬時，壓路機克服滾動阻力所需要的能量小。這樣就可以確定碾壓后土層的硬度和承載力是否符合要求。計算公式如下式（1.2）：

式中：MDP--機械驅動功率，KJ/s；Pg--需要移動機械的總功率，KJ/s；W--壓路機質量，KN；A--振動加速度，m/s2；g--重力加速度，m/s2；α--爬坡角度；v--振動行駛速度，m/s；m、b—指定機型的機械內在能量損耗率，KJ/m、KJ/s。

1.3 CCV指標

日本Sakai公司提出一種壓實度指標為CCV，為無量綱值，它代表壓實層的剛度。它利用安裝在鋼輪上的加速度傳感器記錄機器和壓實面層的相互作用，隨著壓實面層剛度的增加，鋼輪進入跳振狀態(tài)，加速度傳感器記錄了不同振動頻率下的值，經過處理器處理得到CCV值。車載顯示裝置可以實時繪制CCV分布圖[2]。計算公式如下式（1.3）：

式中：A1.5Ω和A2Ω--振動輪激振頻率二次諧波分量振幅值；A3Ω--振動輪激振頻率三階諧波分量振幅值。

1.4 Ks指標

Ammann公司提出了一種基于土層剛度的壓實度指標Ks，是以綜合參數(shù)模型來表征垂直振動的土壤-振動輪-機架系統(tǒng)。為了確定振動輪的慣性力和偏心力信號，需要測量振動輪的偏心位置和加速度。通過對頻譜的分析和振動輪實測加速度峰值的積分，可以得到振動輪的位移[1]。計算公式如下式（1.4）：

式中：md--振動輪的重量；Zd--振動輪的位移；moeo--偏心塊力矩；ω--振動輪的角速度。

1.5 Evib指標

Bomag公司提出了一種壓實度指標Evib。振動過程中，基于振動壓實力和鋼輪貫入壓實材料的相互關系，測出一個與壓實材料變形模量直接相關的測量值，這個測量值即振動模量Evib（MN/m2）。被壓實材料與壓路機鋼輪之間的相互作用力由安裝在振動鋼輪上的加速度傳感器進行測量[3]。計算公式如下式（1.5）、式（1.6）：

1.6 Omega指標

Bomag公司通過把振動參數(shù)和振動輪集中在彈性空間上，提出了測量指標Omega。忽略機架的加速度，通過采用2個加速度計來測量振動輪的加速度，可以計算出相位滯后，還可以測量接觸力Fs。通過測得的振動輪加速度可以計算得到振動輪的位移[4]。Omega指標公式如下式（1.7）：

其中：md--是振動輪的重量；mf--機架的重量；Zd--振動輪的位移；moeo--偏心質量塊的力矩；Ω--激振力的頻率；g--重力加速度；ad--振動輪的加速度。

1.7 R值指標

長安大學開發(fā)了一種CMS-01（Compaction Monitoring System）壓實度實時在線檢測系統(tǒng)。該儀器由于性能優(yōu)越且得到了長時間理論與試驗的驗證，在測量路基壓實度時具有較高的可靠度，目前已經應用于多處道路施工段。整套設備包含傳感儀、處理器、顯示屏等。傳感儀可以測得壓路機壓實過程中的垂直加速度；處理器可以將檢測得到的數(shù)據(jù)進行處理和保存；顯示屏可以顯示實測R值與壓實遍數(shù)曲線。對比實測壓實度R值與標定的曲線，判斷壓實效果是否符合施工的要求。

2 路基智能壓實系統(tǒng)應用效果

智能連續(xù)壓實系統(tǒng)能夠有效檢測和控制路基壓實施工的全過程。該系統(tǒng)能實時反饋壓實即的壓實效果，避免了人員憑目測和施工經驗作業(yè)，大大減少了因人為因素造成的漏壓或過壓現(xiàn)象。壓實完成后，檢測人員可以對照壓實記錄顯示的薄弱區(qū)域進行有針對性的檢測，結合抽檢點的檢測結果來反映整條路段的壓實度，使得施工質量分布均勻性大為提高。

3 結語

隨著智能連續(xù)壓實系統(tǒng)在交通領域的推廣，路基的壓實質量能夠比較準確地得到控制。推翻了“只重視結果驗收，不重視過程控制”的落后思想，大幅度地提升了工程質量。隨著智能壓實系統(tǒng)的完成，相關規(guī)范的建立，相信這項技術一定可以施工中得到更好的應用。

參考文獻

[1]鄭兆華，王翠艷.壓路機智能壓實技術的研究[J].建筑機械化，2016，（11）：22-23.

[2]趙海杰.路基壓實質量評價指標的研究[D].長安大學，2015.

[3]周保剛，謝立揚.振動壓路機連續(xù)壓實儀及控制指標研究[J].筑路機械與施工機械化，2016（04）：108-111.

[4]徐光輝.中國交通領域連續(xù)壓實控制發(fā)展概述[J].建設機械技術與管理，2014，（08）：43-45.endprint