高頻振動技術(shù)在路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測中的應(yīng)用效果分析

中圖分類號 U416.06 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0116-03

0 引言

在公路工程建設(shè)領(lǐng)域，路基路面的結(jié)構(gòu)完整性是確保公路承載能力和延長使用壽命的關(guān)鍵。路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測，其目的在于通過先進的檢測技術(shù)和方法，深入評估路基路面的物理特性、力學性能和耐久狀況。這一過程涵蓋了從表面裂縫、坑槽等可見損傷的詳細記錄，到路基內(nèi)部壓實度、地基承載力等深層參數(shù)的精確測量。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測的技術(shù)手段也在不斷革新[。從傳統(tǒng)的目測與手工測量，到如今的自動化檢測、遙感技術(shù)、無損檢測以及數(shù)據(jù)分析與智能診斷等高科技應(yīng)用，不僅極大地提高了檢測效率和精度，還使得檢測結(jié)果更加客觀、全面。高頻振動技術(shù)是一種先進的動力轉(zhuǎn)換與利用方式，它通過調(diào)頻電源將電機頻率調(diào)制成高速旋轉(zhuǎn)，帶動偏心輪做圓周運動，從而產(chǎn)生強烈的振動效果。該技術(shù)以其高效、低耗、環(huán)保的特點，在金屬材料的加工、焊接、無損檢測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3]。該文研究高頻振動技術(shù)在路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測中的應(yīng)用，以期提升公路路基路面的壽命周期。

1基于高頻振動技術(shù)的路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測

1.1 試驗對象概況

該文以某高速公路作為試驗對象，該高速公路全長1 1 2 k m ，雙向四車道設(shè)計，該高速公路路面為水泥混凝土，高填方路段的路面材料為連續(xù)配筋混凝土。該高速公路建成通車8年后，相關(guān)部門對該高速公路進行升級改造，為該高速公路添加瀝青面層。為提高瀝青面層鋪裝效果，在其瀝青鋪裝過程中采用高頻振動技術(shù)，對該高速公路路基路面結(jié)構(gòu)展開檢測。

1.2基于高頻振動技術(shù)的路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測方案設(shè)計

該文設(shè)計的基于高頻振動技術(shù)的路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測方案如下：

使用雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機在高速公路路基路面上行進，垂直振動壓路機的滾輪內(nèi)部裝有兩套以中心線對稱布置的偏心軸裝置，這兩套偏心軸以同步且相反的方向高速旋轉(zhuǎn)，它們產(chǎn)生的離心力在軸線連接的方向上相互平衡，而在垂直于軸線連接的方向上則相互增強，從而在垂直方向上產(chǎn)生強烈的激振力。研究表明，通過合理控制振動參數(shù)（如頻率、振幅）并匹配路面材料動態(tài)響應(yīng)特性，激振力在有效檢測的同時不會對原路面結(jié)構(gòu)造成破壞性影響[4I[5]。該文試驗中采用的振動參數(shù)（振動頻率 4 8 / 6 2 H z 、振幅 ）經(jīng)過現(xiàn)場驗證，其能量傳遞范圍控制在路基材料彈性變形區(qū)間內(nèi)，配合瀝青面層的緩沖作用，可確保檢測過程的安全性。同時使用DT-178A型高頻振動記錄儀記錄高頻振動垂直振動水平振蕩壓路機在高速公路路基路面上行進產(chǎn)生的高頻振動信號。

在上述試驗方案中，雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機詳細參數(shù)與高頻振動記錄儀參數(shù)如表1、表2所示。

1.3路基路面結(jié)構(gòu)壓實度實時檢測實現(xiàn)

1.3.1影響路基路面結(jié)構(gòu)壓實度的壓路機參數(shù)計算

采用雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機，在路基路面作業(yè)中，不僅提升了壓實效率，還集成了先進的檢測技術(shù)。DT-178A型高頻振動記錄儀作為這一系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)了對壓路機行進過程中產(chǎn)生的高頻振動信號的即時捕捉與精準分析。當雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機對路基路面進行振動碾壓時，路基路面結(jié)構(gòu)材料受內(nèi)力和外力共同作用，其中內(nèi)力主要來自路基路面施工材料的黏聚力、摩擦力以及咬合力，外力則是來自壓路機的靜壓力、慣性力，當內(nèi)力和外力共同作用到路基路面結(jié)構(gòu)材料上時，顆粒之間形成相對運動，較大的顆粒會相互嵌合，而較小的顆粒則會填充到大顆粒之間，此時路基路面結(jié)構(gòu)的壓實度不斷提升[5]，在該過程中路基路面結(jié)構(gòu)材料壓實度與雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機之間的函數(shù)關(guān)系表達公式如下：

式中， E 一路基路面結(jié)構(gòu)材料壓實度與雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機之間的函數(shù)關(guān)系； 、 上靜壓力和激振力函數(shù)； —雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機運行狀態(tài)下線荷載 ）；、 ω 、 ν 1雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機運行高頻振動振幅（mm）、工作頻率（rad ）和行進速度 。

雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機在初始運行階段，為保障路基路面瀝青材料鋪層平整，會先對路基路面結(jié)構(gòu)進行若干次靜壓，此時振動輪不會生成激振力[，則公式（1）可改寫為：

公中， —雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機振動輪單位寬度下形成的靜線荷載 ），其計算公式為：

式中， B 振動輪寬度（cm）； G 振動輪靜荷

載 ）。

當雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機進入高頻振動壓實作業(yè)時，其線荷載由初始狀態(tài)的靜線荷載變成動線荷載，該動線荷載會隨著時間表現(xiàn)為周期規(guī)律變化狀態(tài)，此時雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機的線荷載可改寫為：

式中， —雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機振動力幅值（N）； ——雙鋼輪高頻垂直振動水平震蕩壓路機振動過程中形成的附加系數(shù)，通常該數(shù)值大于1。

由以上公式計算完成影響路基路面結(jié)構(gòu)壓實度的壓路機參數(shù)。

1.3.2壓路機振動輪一路基路面結(jié)構(gòu)動力學模型構(gòu)建

該文在上述影響路基路面結(jié)構(gòu)壓實度的壓路機參數(shù)計算基礎(chǔ)上，建立了壓路機振動輪一路基路面結(jié)構(gòu)動力學模型，通過該動力學模型獲取雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機振動輪在激振力作用下的垂直加速度幅值，其計算過程如下：

令 、 表示雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機機架和振動輪的集中質(zhì)量，路基路面質(zhì)量由 表示；壓路機機架和振動輪的阻尼為 ，路基的阻尼為 ，則壓路機振動輪一路基路面結(jié)構(gòu)動力學模型表達公式如下：

式中， 、 、 —壓路機機架位移、振動輪垂直方向位移和隨振路基路面位移（m），其帶上標 “”“”分別表示對應(yīng)的速度和加速度； —激振力垂直分量（N），其中 ——振動輪偏心塊離心力（N）； ω 偏心塊角速度（ [ r a d/ s] ）， t 時間（s）； —路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)力（N）； ： —鋼架和振動輪之間阻尼、路基路面結(jié)構(gòu)阻尼 （ N ？ s / m） 。

對公式（5）進行求解后，可得到雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機振動輪在激振力作用下的垂直加速度幅值，其表達公式如下：

式中， —雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機振動輪在激振力作用下的垂直加速度幅值。

依據(jù)公式（6）結(jié)果，獲得路基路面與高頻振動信號之間的關(guān)系，在該關(guān)系基礎(chǔ)上，計算路基路面壓實度。

1.3.3路基路面壓實度計算方法

在路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測過程中，雙鋼輪高頻垂直振動水平振蕩壓路機發(fā)生高頻振蕩，但由于路基路面施工階段不同，壓路機的實際運行模式也存在一定差異，即高頻激振力在不同階段存在差異，而DT-178A型高頻振動記錄儀接收到的路基路面高頻振動信號，由壓路機振動輪的振動信號和路基路面結(jié)構(gòu)受高頻振動作用反饋后的振動信號組成，由影響路基路面結(jié)構(gòu)壓實度的壓路機參數(shù)可知，路基路面結(jié)構(gòu)剛度和阻尼成負相關(guān)關(guān)系，壓實次數(shù)逐漸增加，高頻振動的加速度信號頻率的2倍頻幅值會逐漸超過1倍頻幅值，按照路基路面結(jié)構(gòu)壓實度定義：壓實度指土或其他筑路材料壓實后的干密度與標準最大干密度之比，其可由高頻振動2倍頻幅值和1倍頻幅值來計算，通過路基路面結(jié)構(gòu)壓實度可充分描述路基路面結(jié)構(gòu)完整性。

路基路面結(jié)構(gòu)壓實度數(shù)值計算公式如下：

式中，S靜態(tài)量； η —路基路面結(jié)構(gòu)壓實度數(shù)值； —高頻振動的加速度信號頻率的1倍頻幅和2倍頻幅。

可利用公式（7）數(shù)值描述路基路面結(jié)構(gòu)完整性，實現(xiàn)高頻振動技術(shù)在路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測。

2 效果分析

在試驗對象高速公路路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測過程中，驗證該方法使用DT-178A型高頻振動記錄儀記錄高頻振動技術(shù)下，路基路面結(jié)構(gòu)完整性檢測中的高頻振動加速度信號，結(jié)果如圖1所示。

分析圖1可知，該工程采用雙鋼輪高頻垂直振動結(jié)合水平振蕩的壓路機，在路基路面作業(yè)中，通過DT-178A高頻振動記錄儀精準捕捉高頻振動加速度數(shù)據(jù)，驗證了基于該技術(shù)檢測路基路面結(jié)構(gòu)完整性的方案科學有效，展現(xiàn)了該方法在提升道路質(zhì)量檢測精度與效率方面的顯著優(yōu)勢。

在該高速公路上選擇樁基位置作為試驗對象，使用該文方法計算該高速公路路基路面結(jié)構(gòu)的壓實度，計算結(jié)果如表3所示。

參考文獻

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