道路施工中路基路面壓實(shí)技術(shù)與壓實(shí)度智能檢測(cè)方法

中圖分類號(hào) U41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）08-0128-03

0 引言

在道路施工過(guò)程中，路基路面的壓實(shí)技術(shù)是保證道路質(zhì)量、穩(wěn)定性和耐久性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。路基路面的壓實(shí)過(guò)程不僅能夠有效減小土壤顆粒間的間隙，增強(qiáng)顆粒間的黏結(jié)力和摩擦力，還能顯著提升土壤的密度和強(qiáng)度，進(jìn)而增強(qiáng)道路的承載能力和使用壽命。隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展和交通流量的不斷增加，工程中對(duì)道路質(zhì)量的要求也日益提高，因此，掌握先進(jìn)的路基路面壓實(shí)技術(shù)，并引入智能檢測(cè)方法來(lái)確保壓實(shí)質(zhì)量，已成為當(dāng)前道路施工領(lǐng)域的重要研究課題。

壓實(shí)度作為評(píng)價(jià)路基路面施工質(zhì)量的主要指標(biāo)，其準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于確保道路整體質(zhì)量至關(guān)重要。現(xiàn)有壓實(shí)度檢測(cè)方法雖然在一定程度上能夠滿足檢測(cè)需求，但在效率、精度和實(shí)時(shí)性方面存在一定的局限性[]。隨著科技的進(jìn)步，智能壓實(shí)技術(shù)和壓實(shí)度傳感器技術(shù)的結(jié)合，為道路施工中壓實(shí)度的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)提供了可能。該文旨在探討道路施工中路基路面的壓實(shí)技術(shù)及其重要性，并詳細(xì)介紹智能檢測(cè)方法在壓實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 工程概況

該文依托某公路項(xiàng)目，路線長(zhǎng)度為 1 2 . 0 3 1 k m ，公路包含 K0 +0 0 0 ～ K1 +1 7 0 和 K1 + 1 7 0 ～ K6 + 0 3 0 兩個(gè)分段，其中，第一分段為一級(jí)公路兼市政功能，第二分段為一級(jí)公路，路線總長(zhǎng)度為 圖1為該公路項(xiàng)目施工中壓實(shí)現(xiàn)場(chǎng)圖。

該項(xiàng)目為一項(xiàng)重要的道路養(yǎng)護(hù)工程，采用整體路基設(shè)計(jì)方案，并依托現(xiàn)有工程現(xiàn)狀進(jìn)行改進(jìn)。其寬度設(shè)定為 2 6 m ，路面部分為水泥混凝土材質(zhì)，具體布局為雙幅，每幅寬度精確至 1 1 . 2 5 m 。深入分析該項(xiàng)目的施工實(shí)踐，不難發(fā)現(xiàn)其面臨較高的施工難度與較長(zhǎng)的施工周期。

為確保項(xiàng)目的高效推進(jìn)與最終質(zhì)量，需與路面施工階段實(shí)現(xiàn)緊密、無(wú)縫的銜接，以嚴(yán)格把控整體道路工程的品質(zhì)。

2路基路面排水

當(dāng)前公路建設(shè)中，路基積水成為一大挑戰(zhàn)，它顯著削弱了壓實(shí)作業(yè)的效果，進(jìn)而對(duì)整體工程質(zhì)量構(gòu)成威脅。因此，合理調(diào)控路基路面的含水量成為提升工程質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)[3。通過(guò)持續(xù)優(yōu)化排水系統(tǒng)，確保積水得到有效排除，使之更好地滿足最終建設(shè)需求。在設(shè)計(jì)前進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查研究，查明水源和地質(zhì)條件。結(jié)合道路等級(jí)、降水量、路線縱坡等因素，進(jìn)行排水系統(tǒng)的全面規(guī)劃[4]。根據(jù)水流方向和水文條件，合理設(shè)置排水設(shè)施的位置和縱坡。在保證排水效果的前提下，盡量降低工程造價(jià)。盡量減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，與農(nóng)田水利相配合。對(duì)于開(kāi)放渠道中的水流速度，可通過(guò)下述公式計(jì)算得出：

式中，V 水流速度 ）； k 一 轉(zhuǎn)換系數(shù)；

——水力半徑（m）； S —渠道底坡 （ % ） ； n 一曼寧糙率系數(shù)，取決于渠道材料的表面粗糙度。基于曼寧公式，可以推導(dǎo)出流量 的公式：

式中， A 一 過(guò)水面積 ）。

在路基設(shè)計(jì)中，須設(shè)置邊溝于挖方路基的外側(cè)路肩或低路堤坡腳處，平行于路中線，旨在有效收集并排除路基范圍內(nèi)的微量地表水及側(cè)向流入的水流。邊溝設(shè)計(jì)注重長(zhǎng)度控制，其縱坡常順應(yīng)路線自然縱坡，并配備出水口，確保水流順暢，通常每隔 3 0 0 ～ 5 0 0 m 設(shè)置一處出水口。

為阻斷并引導(dǎo)路基上方的地面徑流，須設(shè)置截水溝于挖方邊坡頂端外側(cè)或山坡路堤的適宜位置[5]。其走向力求與主要水流方向垂直，以最大限度地?cái)r截并引導(dǎo)水流，確保水流暢通，最終引導(dǎo)至自然水系中排出，保護(hù)路基免受水流侵蝕。

此外，排水溝作為重要的水流引導(dǎo)設(shè)施，被設(shè)置在遠(yuǎn)離路基的區(qū)域，距離路基坡腳至少保持 3 ～ 4 m 的距離，以確保路基安全。

在陡坡或深溝地段，設(shè)置跌水與急流槽用于降低水流流速，縱坡不宜過(guò)陡，需分段砌筑并設(shè)置防水材料填塞接頭。盲溝（暗溝）用于匯集和排除地下水[。設(shè)置位置需要根據(jù)地下水流向和地質(zhì)條件確定盲溝和滲溝的構(gòu)造應(yīng)合理，確保水流順暢且不易堵塞。

3路基路面振動(dòng)壓實(shí)設(shè)計(jì)

針對(duì)該公路道路，采用振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行壓實(shí)處理。振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)的核心應(yīng)用展現(xiàn)于振動(dòng)壓路機(jī)中。表1記錄了該公路工程中壓路機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

該機(jī)械運(yùn)作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)輪軸承旋轉(zhuǎn)，其中內(nèi)置的偏心軸結(jié)構(gòu)引發(fā)振動(dòng)輪執(zhí)行徑向往復(fù)擺動(dòng)，這一動(dòng)作直接作用于路面接觸面，引發(fā)高頻振動(dòng)效應(yīng)。通過(guò)這一機(jī)制，壓路機(jī)不僅依靠其自重，還借助振動(dòng)力雙重作用，對(duì)被壓實(shí)材料進(jìn)行持續(xù)、周期性的加載。每一次加載均伴隨一個(gè)向材料內(nèi)部深層傳播的強(qiáng)力激振，促使材料顆粒發(fā)生有效位移與重新排列。圖2為振動(dòng)壓實(shí)原理圖。

振動(dòng)輪壓實(shí)過(guò)程中，輪土接觸面為矩形，為便于半空間系統(tǒng)分析，將其等效為等面積圓形，半徑記為 具體地，設(shè)振動(dòng)輪寬度為 ，接觸面鋼輪橫截面弧長(zhǎng)近似 R則矩形面積 S = L B （ ）。通過(guò)設(shè)定 ，可求得等效圓半徑 。近似弧長(zhǎng) B = R sin β ，據(jù)此計(jì)算得到等效圓的準(zhǔn)確半徑：

式中， R ——振動(dòng)輪半徑（m）； β —表示振動(dòng)輪與土體之間初始接觸點(diǎn)上切線與水平路面的夾角（°）。

壓實(shí)的過(guò)程可分為三個(gè)階段，分別為加載階段、卸載階段和分離階段。第一階段，振動(dòng)輪以向下的速度移動(dòng)，直接對(duì)土體施加壓力，鋼輪與土體緊密接觸。土體經(jīng)歷壓力作用，發(fā)生彈塑性變形，直至振動(dòng)輪所攜激振能量耗盡，停止進(jìn)一步位移。第二階段，振動(dòng)輪反向移動(dòng)上升，此過(guò)程中仍與土體保持接觸。土體的塑性變形部分不變，而彈性變形部分則逐漸恢復(fù)至一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。第三階段，在壓實(shí)工作接近尾聲時(shí)，由于土體剛度增加，振動(dòng)輪所受來(lái)自土體的反作用力增大，可能導(dǎo)致振動(dòng)輪與土體暫時(shí)分離，即所謂的“跳振”現(xiàn)象。此分離后，振動(dòng)輪自高于原始平衡位置或未壓實(shí)土面落下，可能引發(fā)對(duì)土體表面的非均勻沖擊，局部區(qū)域可能遭受過(guò)度壓實(shí)，影響路基的整體。

4壓實(shí)度檢測(cè)設(shè)備連接與動(dòng)態(tài)信號(hào)智能采集

在完成對(duì)路基路面的壓實(shí)后，在對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行智能檢測(cè)前，需要明確壓實(shí)度的定義：

式中， K —壓實(shí)度 （ % ）； —實(shí)測(cè)干密度（2 ）； ——最大干密度 ）。為獲取壓實(shí)度檢測(cè)動(dòng)態(tài)信號(hào)，首先需對(duì)DH5902動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀的端口進(jìn)行妥善配置，該采集儀作為傳感器與電腦之間的關(guān)鍵數(shù)據(jù)橋梁，其連接至關(guān)重要。傳感器與采集儀的連接通過(guò)專用的設(shè)備通道口，利用匹配的信號(hào)線實(shí)現(xiàn)，確保信號(hào)傳輸?shù)某醪浇ⅰ?/p>

GPS信號(hào)接收器安裝于振動(dòng)壓路機(jī)駕駛室頂部，并連接到采集器端口。待所有端口連接無(wú)誤后，利用電腦對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行全面的軟硬件調(diào)試。確認(rèn)無(wú)誤后，將采集儀與電腦置于駕駛室內(nèi)，以便隨車(chē)實(shí)時(shí)捕獲數(shù)據(jù)。

使用DH5902數(shù)據(jù)采集器獲取動(dòng)態(tài)信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜，計(jì)算不同頻率成分的能量，并通過(guò)下述公式計(jì)算得出諧波失真度：

式中， G —諧波失真度 （ % ） ； —諧波分量有效值； —基波有效值； H —階數(shù)。當(dāng)諧波失真超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，說(shuō)明信號(hào)存在異常。在此基礎(chǔ)上，獲取信號(hào)的有效值：

式中， I —信號(hào)有效值； h —振動(dòng)頻率（Hz）； 第 i 個(gè)振動(dòng)周期的加速度幅值。處理加速度信號(hào)時(shí)，常采用有效值法，其步驟包括先對(duì)原始信號(hào)實(shí)施濾波處理，以去除噪聲，隨后計(jì)算信號(hào)的有效值。該有效值作為指標(biāo)，能夠有效地量化加速度信號(hào)中的振動(dòng)幅值水平。

5振動(dòng)輪動(dòng)態(tài)響應(yīng)與壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果分析

對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行處理，得到振動(dòng)加速度信號(hào)值。振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中，路基土體的狀態(tài)隨壓實(shí)遍數(shù)的遞增而持續(xù)演變，這一變化直接反映在振動(dòng)輪接收到的動(dòng)態(tài)響應(yīng)上。為深入理解不同壓實(shí)階段振動(dòng)輪的響應(yīng)特性，聚焦于現(xiàn)場(chǎng)采集的振動(dòng)加速度反饋信號(hào)，進(jìn)行深入剖析，旨在揭示振動(dòng)輪的行為模式。在分析振動(dòng)信號(hào)時(shí)，可運(yùn)用頻譜分析、相位圖展示及龐加萊截面法提取并解析信號(hào)的關(guān)鍵特征。

根據(jù)上述內(nèi)容，將不同碾壓遍數(shù)的時(shí)域圖和頻譜圖繪制成圖3和圖4所示。

分析第1、3、5遍振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中的加速度信號(hào)可知：首遍振動(dòng)時(shí)，頻譜圖顯示振動(dòng)頻率主要集中在 2 0 . 5 H z 附近，且振幅顯著，表明振動(dòng)輪激振能量集中。同時(shí)，4 1 H z 處的小波峰為二次諧波，反映了輕微干擾振動(dòng)，但諧波較弱，說(shuō)明路基土體初始松軟，密實(shí)度低。進(jìn)入第3遍碾壓，路基土體逐漸密實(shí)，土體剛度提升，阻尼減小。頻譜圖上，除 2 0 . 5 H z 基頻外，二次、三次等諧波增多，且基頻振幅較首遍減弱，表明振動(dòng)能量開(kāi)始分散。至第5遍壓實(shí)，路基土體已相當(dāng)密實(shí)。此時(shí)，振動(dòng)加速度信號(hào)中基頻外諧波顯著，基頻振幅明顯下降，二次諧波振幅上升，說(shuō)明振動(dòng)輪在非基頻頻率上消耗了更多能量，用于壓實(shí)的直接能量減少。振動(dòng)輪進(jìn)入多周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，時(shí)域圖中加速度振幅波動(dòng)加劇且整體增大，預(yù)示繼續(xù)壓實(shí)可能導(dǎo)致跳振現(xiàn)象。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，道路施工中路基路面的壓實(shí)技術(shù)與壓實(shí)度智能檢測(cè)方法是確保道路質(zhì)量、穩(wěn)定性和耐久性的重要保障。通過(guò)掌握先進(jìn)的壓實(shí)技術(shù)，可以顯著提升土壤的密度和強(qiáng)度，進(jìn)而增強(qiáng)道路的承載能力和延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí)，智能檢測(cè)方法的引入，提高了壓實(shí)度檢測(cè)的效率和精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓實(shí)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為道路施工質(zhì)量的精準(zhǔn)控制提供了有力支持。

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