陶然

（中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司）

1 引言

傳統(tǒng)路基壓實(shí)施工中，壓實(shí)程度依靠有經(jīng)驗(yàn)施工員確定，壓實(shí)遍數(shù)依靠人工計(jì)數(shù)，存在漏壓、超壓、壓實(shí)不均勻等問題。在公路工程建設(shè)中，通過引入智能壓實(shí)施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工參數(shù)實(shí)時采集和記錄，為提高路基施工質(zhì)量提供參考依據(jù)。

2 路基智能壓實(shí)施工技術(shù)原理

智能壓實(shí)工作原理是通過壓路機(jī)滾輪自重和滾輪上激振裝置所形成合力來擠壓路基填料，減小骨料間空隙，增大集料間摩擦力，實(shí)現(xiàn)路基壓實(shí)。路基智能壓實(shí)基于彈性動力學(xué)理論和無線傳輸技術(shù)[1]。路基彈性剛度與路基壓實(shí)度正相關(guān)，路基填料越疏松其壓實(shí)度越低，路基彈性剛度越小，振動輪反彈力度越小。隨著壓實(shí)遍數(shù)增多，路基彈性剛度增大，通過多次試驗(yàn)可總結(jié)出振動輪反彈力與壓實(shí)度的定量關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)壓實(shí)度實(shí)時測量。

在路基壓實(shí)施工中建立信息檢測采集系統(tǒng)，在控制點(diǎn)和振動壓路機(jī)上分別安裝GPS基站，在振動輪上安裝壓實(shí)傳感器并組建無線局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)壓實(shí)機(jī)械軌跡、振動輪反彈力和碾壓遍數(shù)等數(shù)據(jù)的記錄。通過無線傳輸將采集信號統(tǒng)一傳輸?shù)今{駛室的顯示控制器上，引導(dǎo)作業(yè)人員進(jìn)行施工。

3 路基智能壓實(shí)技術(shù)主要技術(shù)特點(diǎn)

3.1 路基智能壓實(shí)與傳統(tǒng)施工方法的對比

路基智能壓實(shí)施工技術(shù)相對于傳統(tǒng)壓實(shí)技術(shù)，在智能控制、數(shù)據(jù)記錄和施工成本等方面存在不同點(diǎn)（見表1）。

表1 不同施工方法對比結(jié)果

3.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

1）施工過程實(shí)時控制

通過借助無線傳輸技術(shù)建立智能壓實(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓實(shí)速度、壓實(shí)溫度、壓實(shí)厚度、壓實(shí)軌跡和壓實(shí)厚度等參數(shù)的實(shí)時記錄并顯示，在施工過程中發(fā)現(xiàn)問題并及時解決?，F(xiàn)場施工作業(yè)人員通過顯示系統(tǒng)準(zhǔn)確掌握施工狀態(tài)，并有針對性地調(diào)整施工計(jì)劃，一定程度上避免因操作失誤導(dǎo)致的各項(xiàng)問題。

2）施工過程可追溯

在壓路機(jī)上裝載傳感器設(shè)備，實(shí)時記錄不同施工質(zhì)量參數(shù)，這些參數(shù)不僅用于指導(dǎo)施工還能永久保存，建立道路施工檔案，供后期道路運(yùn)維階段使用。

3）施工效率高

壓路機(jī)車載顯示系統(tǒng)可實(shí)時直觀地顯示路基壓實(shí)情況，避免操縱原因?qū)е鲁瑝?、欠壓、漏壓等施工質(zhì)量問題，對于出現(xiàn)的質(zhì)量問題可及時發(fā)現(xiàn)并糾正，提高了施工過程控制力度，提高了施工效率。

4）施工成本較低

從單項(xiàng)工程來看，傳感器設(shè)備和智能壓實(shí)系統(tǒng)一次投入較高，但智能壓實(shí)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測顯示，大大減少現(xiàn)場技術(shù)人員的投入，同時實(shí)現(xiàn)薄弱區(qū)域壓實(shí)檢測，提升了合格率，從一定程度上減小了施工成本。在多個項(xiàng)目施工中，會因工效提高、廢料減少等彌補(bǔ)設(shè)備的投入成本。

4 智能壓實(shí)施工技術(shù)組成及工藝操作流程

4.1 智能壓實(shí)施工技術(shù)的組成

智能壓實(shí)施工機(jī)械設(shè)備與傳統(tǒng)壓路機(jī)設(shè)備相同，主要區(qū)別是增加了傳感器設(shè)備和分析顯示系統(tǒng)，智能壓實(shí)通過記錄振動輪的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)全路基壓實(shí)指標(biāo)采集和實(shí)時掌握。

智能壓實(shí)控制系統(tǒng)由定位、采集和顯示三大功能部分組成。定位系統(tǒng)基于GNSS技術(shù)，通過GPS定位和接收實(shí)時采集壓路機(jī)設(shè)備的位置信息。采集系統(tǒng)采用加速度傳感器采集壓路機(jī)振動輪上振動信號，傳輸?shù)浇庹{(diào)器上進(jìn)行分析計(jì)算。顯示系統(tǒng)是對采集信號的可視化展示，對壓實(shí)信息進(jìn)行打印和自動存儲。

4.2 路基壓實(shí)施工技術(shù)工藝操作流程

4.2.1 設(shè)備檢查

為保證采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，需對加載與量測設(shè)備進(jìn)行檢查。每次施工前應(yīng)檢查激振頻率是否穩(wěn)定、設(shè)備安裝是否牢固等。

4.2.2 相關(guān)性校驗(yàn)

分割施工段并設(shè)置試驗(yàn)點(diǎn)，在碾壓過程中分別對輕度碾壓、中度碾壓和重度碾壓三種密實(shí)狀態(tài)進(jìn)行壓實(shí)控制指標(biāo)CMⅤ測定，并與驗(yàn)收控制指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性校驗(yàn)。每種壓實(shí)狀態(tài)下檢測數(shù)量不小于6組。當(dāng)相關(guān)系數(shù)r≥0.7時，確定相關(guān)系數(shù)和連續(xù)壓實(shí)控制的目標(biāo)值（見表2）。

表2 相關(guān)程度參考準(zhǔn)則

4.2.3 過程控制

在路基壓實(shí)過程中需對壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)穩(wěn)定性進(jìn)行過程控制。

1）碾壓過程控制

在路基智能碾壓過程中需借助通信技術(shù)對碾壓遍數(shù)、碾壓軌跡進(jìn)行控制?；鶞?zhǔn)站接收到衛(wèi)星信號并將差分信號實(shí)時發(fā)給流動站（壓路機(jī)）；流動站接收機(jī)將接收到的衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站差分信號實(shí)時聯(lián)合解算，求得基準(zhǔn)站和流動站間坐標(biāo)增量（基線向量），實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)實(shí)時精確定位。

2）壓實(shí)程控制

根據(jù)路基填料粒徑大小采用不同壓實(shí)度評價方法。對于細(xì)粒土，通過現(xiàn)場試驗(yàn)規(guī)律總結(jié)出智能壓實(shí)檢測值（ICMⅤ），并與壓實(shí)度建立對應(yīng)關(guān)系。通過設(shè)立智能壓實(shí)目標(biāo)值（ICMⅤ）來判斷檢測區(qū)域的壓實(shí)度是否達(dá)標(biāo)。對壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)的區(qū)域應(yīng)分析原因并改進(jìn)，如提升碾壓作業(yè)工序、換填料、調(diào)整含水率等。對于細(xì)粒土，常采用沉降差來評價壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

3）壓實(shí)均勻性控制

路基壓實(shí)均勻性常用壓實(shí)過程中所記錄的智能壓實(shí)曲線來評價。在國外，奧地利將智能壓實(shí)檢測值控制在0.80（ICMⅤ）～1.50（ICMⅤ），且變異系數(shù)小于20%。美國將90%壓實(shí)數(shù)據(jù)定在0.9（0ICMⅤ）～1.20（ICMⅤ），且沒有小于0.80（ICMⅤ）的數(shù)據(jù)作為評價標(biāo)準(zhǔn)。綜合國內(nèi)外，建議細(xì)粒土按照路基壓實(shí)度大于90%，且智能壓實(shí)檢測值波動范圍控制在0.10（ICMⅤ）以內(nèi)。對于粗粒土，由于顆粒級配和形狀差異較大，ICMⅤ波動范圍也大，故采用ICMⅤi≥0.8（0ICMⅤ）。

4）壓實(shí)穩(wěn)定性控制

公路規(guī)范已形成壓實(shí)度和路基回彈模量雙指標(biāo)路基質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。壓實(shí)度控制壓實(shí)質(zhì)量，回彈模量指導(dǎo)路基填料選擇。對于細(xì)粒土，通過試驗(yàn)方法建立壓實(shí)度與回彈模量關(guān)系，在壓實(shí)度和回彈模量均滿足規(guī)范的前提下，通過采用壓實(shí)控制指標(biāo)ICMⅤi≥（ICMⅤ）來控制路基穩(wěn)定性。對于粗粒土，要建立智能壓實(shí)檢測值（ICMⅤ）與沉降量的相關(guān)關(guān)系，當(dāng)最后兩遍碾壓的沉降差和路基回彈模量均滿足規(guī)范要求時，再判斷最后兩遍碾壓的智能壓實(shí)檢測值（ICMⅤ）變化率是否滿足要求。

5）質(zhì)量檢測

在碾壓工作結(jié)束后要對路基壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢測。壓實(shí)質(zhì)量檢測文件應(yīng)包括紙質(zhì)資料和電子文檔；施工過程中最后一遍碾壓的數(shù)據(jù)應(yīng)作為存檔資料；壓實(shí)程度示意圖中△CMⅤ分組間距應(yīng)為對應(yīng)常規(guī)檢測值的10%。施工過程中，每種填料可按照每20000m2取3個點(diǎn)，其中1個點(diǎn)應(yīng)在薄弱區(qū)域，路床驗(yàn)收時按驗(yàn)評標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收。

5 結(jié)語

在國內(nèi)，路基智能壓實(shí)施工技術(shù)是一種新施工技術(shù)，尚處于初始階段，理論和實(shí)踐研究相對匱乏。智能壓實(shí)施工技術(shù)在施工過程控制、施工過程記錄、提升施工效率、降低施工成本等方面具有較大的優(yōu)勢，但實(shí)際運(yùn)用中需在數(shù)據(jù)傳輸和簡化操作等方面改善提升。實(shí)際施工運(yùn)用過程中，需施工技術(shù)人員不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步規(guī)范和提升智能壓實(shí)施工技術(shù)的施工應(yīng)用。