城市道路壓實度自動連續檢測及智能壓實技術研究

成美婷

（廣東建科交通工程質量檢測中心有限公司，廣東廣州 510500）

1 工程概況

某道路改造建設工程沿線總長度為7 675.126 m，項目內的道路紅線寬設計為50 m，項目內的具體施工內容設計包括路面改造、給排水新建、電力管道鋪設、電信管線埋設、配套工程、綠化工程等。

2 壓實度自動連續檢測試驗

2.1 試驗路段工程特性

（1）試驗路段的選取。

結合該項目路基部分施工過程的用土情況，選擇1號取土場內的土樣作為路基試驗土。起止樁號為K29+500～K29+506.25。為了驗證壓實自動連續檢測技術在該項目內的精準性、適用性情況，選擇2個對比試驗段進行分析。

（2）試驗路段路基土的基本特性。

為了有效驗證出路基土壓實自動聯系檢測技術的可靠性以及該技術在不同土質條件下的檢測結果差異性，將首個試驗點編號為1號試驗路段。

1號試驗路段的顆粒級配情況如表1所示。

表1 1號試驗路段路基土通過不同尺寸篩孔的質量百分率

1號試驗路段路基土級配曲線圖如圖1所示。

圖1 1號試驗路段路基土級配曲線

2.2 試驗設備

（1）試驗儀器。

①壓路機。

研究選擇振動壓路機，屬于路基施工中常用壓路機，具體型號為XS223J，為單鋼輪高頻垂直振動壓路機。

振動壓路機參數如表2所示。

表2 振動壓路機參數

②加速度傳感器。

研究使用壓電式加速度傳感器，該傳感器的重量較小，體積不大，頻響范圍非常廣泛，測量精準度非常高，適用范圍比較廣，可以在高溫環境下長時間作業。

③采集儀。

研究使用堅固性數據采集儀，設備型號為DH5902，設置4個通道動態實現數據采集，采集儀通道帶寬0～200 kHz，具備A/D分辨率16 Bit、設備的最大靜態誤差不大于±0.3%。

（2）加速度傳感器安裝方式。

①膠合螺栓式。

一般適用于需要保證被檢測對象完整性的檢測場景中，可以利用環氧樹脂將校核螺栓連接在待測點部位，這種方式安裝的傳感器諧振頻率比較高。

②雙面膠帶式。

傳感器的整體重量較輕，主要運用在諧振頻率比較低的場景中，效果比較顯著，但膠帶過厚會使效果相反。

③石蠟式黏結。

主要適用于檢測環境溫度未超過40 ℃的場景中，可以有效保證諧振頻率處于較高狀態，安裝比較簡單便捷。

④螺栓連接式。

與其他方式相比，螺栓連接式最理想，可以保證傳感器頻率范圍及溫度范圍不發生變化，只在安裝面涂抹潤滑脂。

⑤磁鐵連接式。

主要運用于被檢測物屬于鐵磁性材料的場景中，拆卸方便，但頻率超過2 kHz時不能選擇這種連接方式。

（3）采集儀的參數設置。

試驗設備安全安裝完成后，將計算機與檢測設備用網線進行連接，啟動采集儀的控制電源，啟動計算機。將計算機與檢測設備連接，打開軟件后連接網絡接口，檢測設備型號選擇DH8302。完成以上操作后，軟件會自動啟動相關文件，將IP地址修改為目標IP，設置完成后點擊查找按鈕，IP地址顯示為綠色時，表明檢測設備與計算機連接成功，可以對軟件的各種技術參數進行設置。

2.3 檢測試驗

（1）儀器標定。

使用實驗室標定，直接在實驗室組裝檢測設備，對檢測設備的性能進行檢查，檢測活動應該細分為靜態標定與波形顯示試驗。靜態標定指檢測儀器采集信號的精準度與標定以后的精準度；波形顯示試驗是為了檢查采集的信號與計算機中顯示的內容保持吻合。

標定所用儀器包括激振器、傳感器、信號發生器、放大器、示波器、萬用表、計算機等。

①傳感器使用膠帶連接方式與磁吸方式安裝在震動臺進行加固處理，利用數據線連接傳感器與放大器，連接放大器與示波器。將放大器的放大系數設置為100倍，放大器的靈敏度設置為傳感器的10倍。

②將傳感器連接至采集器上，計算機與采集儀應處于相互接通狀態，開啟動態信息采集系統，結合實際需求合理地設置技術參數，采集加速度波形。

③將信號發生器調整至不同頻率、振幅狀態下，多次重復以上流程，獲取10組數據后停止循環。

④對10組數據進行誤差對比分析。

此次研究過程中，2個傳感器總計進行4次標定試驗，每次標定試驗選擇的振動頻率控制為約48 Hz。放大器、發生器以及示波器組成的采集系統的精準度非常高，可以將該系統發出的信號作為標準信號。

（2）試驗方案。

合理地確定施工區域，在選定的施工段內進行試驗，振動壓路機的碾壓速度設置為2.6 km/h，壓路機的鋼輪寬度為2.3 m，壓路機每行駛0.5 m取1個加速度數值。將數據采集儀器裝置在壓路機的機架部位，利用傳感器將信號傳輸至采集儀，顯示在計算機系統內。

2.4 試驗結果分析

分析1號試驗段的試驗結果，在相同的碾壓次數背景下，不同點位的加速度基本與所對應的加速度均值相差不大，并未突顯出較大偏差。

相同路段、碾壓次數不同的背景下，第1～2次碾壓振動加速度增加值為1.4 m/s2，第2～3次碾壓振動加速度增加值為7 m/s2，第3～4次碾壓振動加速度增加值為5.7 m/s2，第4～5次碾壓振動加速度增加值為5.4 m/s2。碾壓次數越大時，信號段相同點位的振動加速度數值不斷增大，碾壓次數與加速度值呈現正比關聯性。

3 智能壓實關鍵技術

3.1 設備檢查

為了確保數據采集的可靠性與精準性，需要對檢測設備進行檢查，每次施工前檢查激振頻率及安裝穩定性。

3.2 相關性校驗

針對分割段的試驗，在碾壓過程中應對輕度壓實、中度壓實、中度壓實狀態進行檢測，結合檢測結果與對應的控制指標進行驗算。每種壓實狀態的檢測數量不得低于6組。

3.3 過程控制

在路基碾壓的過程中，還應對壓實程度、碾壓均勻性、碾壓穩定性進行管控。

（1）碾壓管控。

在智能碾壓作業的過程中，可以利用無線通信技術控制碾壓次數與壓路機移動的路線。基準站接收信號后，將各種信號及時發送給壓路機；壓路機在接收信號后對自身實現精準定位[1]。

（2）壓實程控制。

壓實度的評估方法應結合路基回填料的粒徑確定，細粒土路基可以使用智能壓實檢測值（ICMV）進行檢測，建立檢測值與壓實度的關聯性。利用ICMV評估檢測段的壓實度是否滿足規范。對于檢測不合格的區域，探尋具體原因，采取合理措施進行優化。

（3）壓實均勻性控制。

路基碾壓均勻性常通過實際作業生成的壓實曲線進行確定。奧地利將智能壓實檢測值控制為0.80～1.50，將變異系數控制在20%以內；美國將智能壓實檢測值控制為0.90～1.20，在實際檢測過程中未出現低于0.8的數據。結合國內外的實踐情況，應將細粒土路基的壓實度設置為超過90%，智能壓實檢測值的變化合理范圍應保持在0.1以內。

（4）壓實穩定性控制。

現階段，我國的道路建設工程規范標準中形成雙指標控制標準，即壓實度與回彈模量。壓實度主要控制路基的壓實質量，回彈模量可以為回填料選擇提供合理的依據。對于細粒土路基，可以利用試驗方法確定壓實度與回彈模量之間的關聯性。在保證壓實度與回彈模量全部滿足現行規范要求的基礎上，控制路基碾壓作業的穩定性。對于粗粒土路基，應確定智能壓實檢測值與沉降量之間的關聯性，在最終2次壓實作業的沉降量與回彈模量全部滿足現行規范要求基礎上，確定智能壓實檢測值的波動是否滿足現行規范要求。

4 結語

路基智能壓實施工技術在我國屬于較為先進、新穎的施工技術，處于發展的初期階段，在理論與實踐研究中存在較多空白。路基智能壓實施工技術在過程控制、施工記錄、提升作業效率以及降低施工成本等多個方面均具有較大的促進作用。