芻議道路壓實度自動檢測技術的應用現狀

龐錦浩 廣西壯族自治區建筑工程質量檢測中心有限公司

1 前言

由于公路路面對車輛有直接承受荷載的作用，公路路基壓實度狀況因而可以直接影響公路工程質量。傳統對路基壓實度的檢測方法具有很多缺陷，例如浪費時間和精力，而且準確度不高，難以準確地反映公路路基壓實狀況。如今對公路路基壓實度檢測技術有環刀法、預埋加速度計法以及灌砂法等，其中環刀法與灌砂法在實際應用過程中能夠較為準確地檢測出壓實度狀況，但缺點是測試周期較長，并且屬于破壞性測量方法；在實際應用中，采用預埋加速度計法只能夠使用一次加速度計。這些檢測的方法都屬于靜態抽樣檢測方法，因此作業區的壓實狀況難以被全面且準確地反映出。本文就振動壓路機和振動輪與公路路面壓實材料之間的關系進行分析，現對路面壓實度自動檢測技術及其實際應用狀況進行如下探討。

2 壓實度自動檢測技術

2.1 動力學模型

在對公路路面進行振動壓實的過程中，需要將不同形式的振動壓路機與路基看成一個振動系統，從而構建一個物理性動力學模型。通常情況下，在振動壓實的過程當中，振動輪與機架不會出現變形、錯位以及等效等剛性運動狀況，但是被壓實的材料與減震器會出現塑形與彈性變形的情況。因此，可以采用構建動力學模型的方法對振動輪與機架運動的規律進行描述，同時減振器可以用彈簧與阻尼進行描述。激振力的形成的原因是在振動壓路機的振動輪在內在旋轉的過程中，偏心質量會產生橫向離心力，在壓實作業中振動輪的運動類型屬于多方位空間運動。但由于凈重壓力和振動力只有在垂直方向上才會產生振動壓實的效果，同時壓實效果是主要作用于表層以下的。這就使在建模的過程中，只需要著重考慮垂直方向的運動狀況。公路路面振動壓實狀況主要包括A、B、C三個階段，由于此模型考慮到公路路基的質量對壓實狀況的影響，公路路面壓實過程能夠相對準確地被反映出。在這三個階段中，最為重要的階段為B階段，主要原因在于路面壓實狀況是路基壓實過程中最為重要的部分。其中A階段為非線性塑形應變的階段，在此階段，公路路面會產生比較大的塑形應變的狀況，同時會增加瀝青混合料彈性模量和路面壓實度，并減少阻尼吸收的能量。B階段主要是指線性彈性應變的階段，在此階段，公路路面材料需要進一步得到密實，在一定程度上，同時增加其彈性并減少塑形。在振動壓實（如圖1）過程中，同時振動能量會由接觸區域擴散至周圍區域。其中上部分是振動壓路機與振動輪，下部分是路面瀝青混合料。C階段主要是剛性應變的階段，公路路面在此階段中已經被壓實并且不會出現變形的情況。如果繼續對公路路面進行振動壓實，在壓實的過程中，就會出現跳振的狀況。如果這樣便會對鋪層造成沖擊，擊碎公路基層大顆粒，因而就會使得公路內部結構松動并會對將級配進行破壞。從而在一定程度上影響公路路面的質量、強度以及結構。因此在此階段應該停止壓實工作。

圖1 路面振動壓實

2.2 方案設計

主要采用標準系列硬件對公路路基壓實度進行自動檢測，因為其具有功能非常齊全的模塊。由于公路路基振動壓實的過程非常復雜并且具有較多的不確定因素。在硬件的選擇上，這就需要盡可能地挑選具有較強使用能力的硬件。本次研究中所采用的壓實度自動檢測技術系統硬件部分主要由LCD液晶顯示屏、信號CPU處理器、A/D轉換模塊、操作面板以及信號調理電路等多種模塊組成。其中CPU處理器、電源模塊、A/D轉換模塊以及信號調理電路的選擇上必須滿足符合國家相關標準的硬性規定。系統構成部分主要由信號輸入、處理以及輸出單元構成。其中信號輸入單元主要包括速度及溫度傳感器；作為壓實度檢測系統最為核心的部分：信號處理單元作用是將信號放大、過濾、轉換以及分析，最終作為電壓信號輸出；信號輸出單元的作用主要是能夠為現場人員提供數據實時顯示，并且可以通過無線傳輸供于工作人員進行遠程監控。當收集到的信號被處理分析后，需要采用大量的傳統方法進一步核實公路地基壓實度的準確性。這就需要不斷地改進壓實度檢測計算方法。在檢測公路地基壓實度的過程中，此系統為了能夠確保壓實材料受到均勻的激振力，因此在檢測的過程中，要求保證振動壓路機是勻速行駛的狀況，同時確保振動頻率與振幅的平穩。

3 檢測技術實際應用

將本次研究自動檢測設備（如圖2）應用于某公路，該公路路段屬于基層二灰碎石面。路段的平均含水量在8.6%上下，標準干密度大約為2.2g/cm3，并且施工現場的溫度在35℃左右。結果說明，振動加速度也會隨著壓實度的變化而變化，兩者之間相關。通過插值能夠間接地反映出公路路基的壓實狀況。當出現過壓狀況時，就會發現壓實度自動檢測儀顯示的振動加速度會出現下降狀況。此時就立刻停止壓實工作，這種方式不僅能節省時間，同時也能顯著地提高工程質量，表明實時檢測具有較高的優越性。

圖2 路基壓實度檢測

4 路基壓實度檢測方法存在的主觀問題及解決辦法

4.1 加強監理程序

在施工過程有可能會因為工程技術或者工程師本身原因而出現一些問題，就需要施工隊伍做好監管制度的完善，確保路基壓實過程的合理性、科學性和工程體系的完善。

①施工單位不自檢或漏檢而編造自檢報告。這就需要相關單位在路基壓實工作完成后對相關工程的檢測報告進行二次檢測，排查在檢測報告中可能出現的問題，避免施工單位因為偷懶或為了應付工程檢測而出現檢測報告的編造行為。

②編造虛假報檢路段。該階段就需要相關的監管人員增強責任心，對所負責的路段進行全面的核實和檢測，避免該路段在自己的監管過程中會出現問題，確保該路段壓實工作的真實性和準確性，避免施工單位出現因編造虛假報檢路段來欺騙監管人員的行為。這樣一來就可以在該路段工程完整的前提下進行下一道工序。

4.2 做好監理準備工作

在施工過程中也要做好具有針對性的監管和檢查工作，確保責任制度能夠落實到個人身上，這樣才能路基壓實工程過程監管責任的確定。在路基壓實工程施工前，就要求建筑隊伍中的管理人員對施工進度進行精細的劃分，將整個施工過程分為每一個不同的階段，在每一個階段中都應該按照施工標準和要求來進行施工工作的開展，并且每一個階段上的施工人員也需要按照要求和標準嚴格進行施工進度的安排，保證工程每一個階段質量的過關，不能因為求快而趕工期，影響了工程的施工質量和效率。

4.3 認真做好現場檢測工作

①試坑的位置和檢測點的位置進行檢測是非常有必要進行的工作。因為工程的結構具有特殊性，一般情況下來說路路基整段中間部位壓實度對于路基兩邊邊緣而言是比較低的，如果在這個階段存在任何問題都會出現整條路段出現質量問題。因此，對路段薄弱地區進行必要的檢測就屬于工程必須進行的工作。

②試坑的深度以及形狀。試坑的深度就是測定該坑的厚度，但不能夠有下層材料混入。在碾壓過程中，壓路機的力學分布是呈現三角形分布的，在路段進行壓實工作時就會出現越往下壓實度越低的現象。若坑的深度不夠，會導致測得的壓實度值將偏大。試坑的形狀應該是空的圓柱體，但在挖坑過程中，往往會將坑挖成鍋底的形狀，特別是在接近試坑底部的位置，由于越向下的部位其壓實度越小，因此這樣形狀的試坑將導致較松散部位的土取出會相對較少，導致測得的壓實度值將偏大。

③灌砂的時間 在進行灌砂工作時就需要相關專業人員對邊緣處的流沙進行觀察，確保其不會繼續流動時再進行后續工作。但由于工程人員的肉眼觀察不到路段中心位置流沙的情況，加上灌砂工作中沙子的流動狀況是從中心向邊緣緩緩擴散的，若提前結束灌砂，就會在一定程度上導致灌入的砂的質量和數量減少，從而導致測得的壓實度值偏大。

④含水量的選取 在選取含水量時，應該將試坑內取出的土壤立刻均勻攪拌，然后再取含水量。但如果含水量偏低，在相同濕密度的情況下，若干密度較大，就會使得測得的壓實度值偏大，反之就偏小。

5 結束語

傳統對路基壓實度的檢測方法具有很多缺陷，如浪費時間和精力，并且準確度不高，公路路基壓實狀況難以被準確地反映。本次研究自動檢測儀的意義在于不僅有效地解決了傳統檢測技術存在的問題和缺陷，同時也能夠實時地檢測公路地基的壓實度，進而能夠實時地控制公路工程施工質量。