智能压实技术概述

2015-07-27宁夏公路建设管理局银川750011

山东工业技术 2015年19期

张　刚（宁夏公路建设管理局,银川　750011）

智能压实技术概述

张刚
（宁夏公路建设管理局,银川750011）

摘要：近年来，世界各地出现了许多重要的革新性的道路工程施工技术，智能压实算是其中一项。智能压实技术指在传统压路机上装备集成的高精度GPS定位系统、加速度传感器、机载监控/报告系统、以及用于HMA/WMA压实反馈控制的红外温度仪等综合测试系统，以达到有效提高压实效率、减小施工变异性等效果的一项新型工程技术。

关键词：智能；压实；技术

1　技术背景

在道路工程施工中，压实是确保道路达到良好长期性能指标的一个非常关键的环节。通过对不同道路结构层材料进行充分地压实，可以使其具有足够的强度和刚度去承受交通荷载和各种不利环境影响因素。在过去的许多年里，传统的压实设备和压实技术对道路材料达到要求的压实效果发挥了非常重要的作用。然而，这些传统设备和技术也遇到了诸多难题，其中比较典型的有：因材料的变异性造成道路结构层的均匀性差（尤其是土基），铺筑层含水量难以控制，低温或温度不均匀时施工困难（主要对热拌沥青混合料HMA和温拌沥青混合料WMA而言），纵向接缝难以压实，还有就是缺少必要的反馈装置来使压路机驾驶员得以全过程知晓压实的状况。上述问题也进而导致了道路施工中的工效低、成本高、路面性能降低、道路使用寿命缩短，同时增加了养护和修复的费用。

过去10年来，世界各地出现了许多重要的革新性的道路工程施工技术，智能压实算是其中一项，旨在解决传统的压实技术和压实设备长期无法处理的一些难题。

2　技术概要

简要地说，智能压实是指采用装备有整套测试系统的压路机以有效提高压实效果的一项技术。这里所指的整套测试系统包括：高精度的GPS系统，加速度传感器，机载计算机报告系统，以及用于HMA 和WMA压实反馈控制的红外测温仪。通过综合的测试、文件传输和控制系统，智能压路机可以做到对压实过程进行实时监控和适时调整，还可以通过彩色编码图连续记录，来显示压实遍数、压实程度，进行温度测量（对HMA和WMA），并准确记录机械所处位置。

3　技术优点

在道路工程建设中，与传统的压实技术相比，智能压实技术在减小施工变异性的同时，还具有一系列的优势：

有助于优化人员和设备投入—承包商可以合理确定达到要求的压实效果所需投入的人员、设备、压实遍数等。

减小材料的变异性—采用智能压路机，承包商可以更直接地监控材料的质量，更均匀的材料也从而最终减小施工质量的变异性。从长远来讲，这种低的材料变异性将使路面性能更优并且可以减少道路维修成本。

减少压实和设备维修—智能压实使得以更少的压实遍数达到要求的压实水平成为可能，进而能够降低燃油消耗和设备磨损。

界定非压实部位—智能压实设备可以区分出那些没有达到要求压实度的区域，以便安排继续压实或挖除重铺。

中间修正—采用智能压实技术，可以在碾压中间层位时修正存在的问题，以保证这些问题不会影响到路面表层。

施工记录—连同碾压过程中的GPS定位一道，智能压实数据可以下载、存贮，以备日后工程参考。

此位置为本机机车单独制动手柄在制动位时，重联机车受机车间制动管软管、总风软管、平均软管压力控制，而发生作用的位置，其制动应和本机同步。

生成智能压实底图—承包商可以从中分辨薄弱环节，主要用于路面再生项目如铣刨、重铺等。

便于现有设备升级改造—当前绝大多数压路机均可通过加装改造装置，很方便地升级为智能压路机。

4　采用智能压实技术应考虑的事项

在采用智能压实技术之前，承包商和相关机构需要考虑一些必要的事项：

设备投入—相较传统的压路机，在一项工程中采用新的智能压路机费用增加约3-5%。在旧的设备上加装集成的智能测试系统需要5-7.5万美元，因客户需求和制造商的不同而不同。这些费用不算低，但会因工效提高、废料减少等，经过两到三个项目即可得以弥补。

机械操作手的技能要求—采用智能压实技术，需要对操作手和质量监管人员进行必要的培训。这些培训不会特别复杂或耗费时间，而且通常在购买、租赁时厂商都会提供培训。

设备维护—这类振动压实设备确实更加需要维护和校验，但它们真是很结实。

5　详细描述

智能压路机与传统压路机的基本构造其实并无二样，其主要区别在于安装了定位系统、测试与控制系统，以及关于压实状况的显示和文件传输系统。

因压实材料不同，用于土基、底基层和基层材料的压实设备与用于面层（HMA、WMA和磨耗层）设备的集成装置略有不同，但均包括以下关键部件：

定位系统—即GPS系统，其天线安装在压路机驾驶仓顶部。

测试系统—加速度传感器，安装在设备机架靠近压实轮的部位。它采集设备机架向下的加速度数据，这些数据则可以用于确定设备因材料压实而引起的垂直位移量。

处理系统—通过测试设备机架的垂直位移量、压路机的振幅、频率和速度等信息，可以分析确定压实的状况。随着设备的移动，处理系统会对压实状况做出适时、连续的描述。

显示系统—通过设备驾驶仓内的视频监控，可对压实状况进行适时监测，包括显示的彩色数码图，可帮助驾驶员确定压实遍数，显示材料刚度、温度（HMA/WMA）、频率、振幅和行进速度等。

文件传输系统—智能系统还会对压实过程进行全程存贮记录，可以随时下载用于分析或打印。

对于碾压HMA、WMA的智能设备而言，绝大多数都附加安装一种红外传感器，用于测量混合料的表面温度。这些传感器分别安装在前、后轮上，它们对于优化碾压过程很重要。

所有智能压实设备给出的材料压实状况报告用的都是材料刚度而不是施工中常用的密度（压实度），刚度其实更直接地表征材料抵抗弯、拉荷载的能力。目前，在智能压实设备中表征材料刚度的标准方法尚未统一，因此，不同设备厂家的方法有所不同，但都表述材料的现场刚度，都直接反映结构层的压实状况。

6　制造厂商

目前在美国主要有6家厂商生产用于路基和基层材料的智能压路机，它们分别是安迈（Ammann）、宝马（Bomag）、卡特匹勒（Caterpillar）、戴娜派克（Dynapac）、悍马-维特根（Hamm-Wirtgen）、酒井（Sakai）公司。其中宝马、悍马-维特根、卡特匹勒、酒井公司还生产HMA智能压路机。