公路路基智能连续压实技术研究进展

曾铁权+高立虎

摘 要：由于传统的路基压实质量控制方法以“点”控制方法为主，属于事后控制，发现问题不能及时在压实施工过程中处理，为了弥补传统路基压实质量控制方法的局限性，急需一种能实现碾压面的全覆盖式检测和控制、实时反馈和解决问题的新方法。智能连续压实控制系统克服了传统压实质量控制的弊端，成为了交通领域的焦点。

关键词：智能压；施工质量；路基压实；实时反馈

中图分类号：TU751 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0118-01

连续压实控制（Continuous Compaction Control，简称CCC），是在路基压实过程中，通过处理从振动压路机得到的动态响应信号，得到反映压实状态的控制指标。将CCC技术与压路机调节功能结合起来，又称为“智能压实（IC）”，是CCC技术与压路机进一步结合的能够合理控制及实时反馈压实质量的系统。由于对压路机信号处理方式不同，形成了几种不同的智能连续压实控制技术。本文将介绍路基智能压实仪的应用和几种评价指标，这对以贵港至隆安高速公路为代表的南方高速公路路基施工具有重要意义，因为南方地区地下水丰富，降雨量大，如何确保路基压实效果，对提升公路服务品质具有重要意义。

1 智能连续压实仪测量指标

1.1 CMV指标

Caterpillar公司的CAT智能压实系统中用来表征材料压实状况为CMV，是无量纲值。在科研人员的早期调研中，发现了振动轮加速度信号在振动过程中会发生畸变，而且当土层刚度逐渐变大时，现象会愈加显著。使用傅里叶变换处理加速度信号，土层压实度使用一次谐波幅值与基波幅值的比值来表征。CMV与土层密度、刚度和模数的关系属于在试验性质的，这种关系的影响因素有：压路机型号、振幅和频率、行驶速度等，因此在使用CMV指标时有必要要进行相应的校正[1]。计算公式如下式（1.1）：

式中：Aπ--振动轮竖直方向基波成分的加速度幅值；A2π--振动轮竖直方向二次谐波成分的加速度幅值；C--常数，根据实际情况标定通常取C为300。

1.2 MDP指标

面对如今压实技术存在的一些缺陷，而且CMV指标只可以使用在振动压路机上，Caterpillar公司使用全球卫星定位技术、无线数据通讯技术、计算机技术和数据处理与分析技术，再次研发出了最新一代压实技术--Cat MDP压实测量技术。这是一种通过检测滚动阻力来计算土层硬度的方法，结果能较为真实的反映压实情况。如果土层较软时，压路机克服滚动阻力所需要的能量大；如果土层较硬时，压路机克服滚动阻力所需要的能量小。这样就可以确定碾压后土层的硬度和承载力是否符合要求。计算公式如下式（1.2）：

式中：MDP--机械驱动功率，KJ/s；Pg--需要移动机械的总功率，KJ/s；W--压路机质量，KN；A--振动加速度，m/s2；g--重力加速度，m/s2；α--爬坡角度；v--振动行驶速度，m/s；m、b—指定机型的机械内在能量损耗率，KJ/m、KJ/s。

1.3 CCV指标

日本Sakai公司提出一种压实度指标为CCV，为无量纲值，它代表压实层的刚度。它利用安装在钢轮上的加速度传感器记录机器和压实面层的相互作用，随着压实面层刚度的增加，钢轮进入跳振状态，加速度传感器记录了不同振动频率下的值，经过处理器处理得到CCV值。车载显示装置可以實时绘制CCV分布图[2]。计算公式如下式（1.3）：

式中：A1.5Ω和A2Ω--振动轮激振频率二次谐波分量振幅值；A3Ω--振动轮激振频率三阶谐波分量振幅值。

1.4 Ks指标

Ammann公司提出了一种基于土层刚度的压实度指标Ks，是以综合参数模型来表征垂直振动的土壤-振动轮-机架系统。为了确定振动轮的惯性力和偏心力信号，需要测量振动轮的偏心位置和加速度。通过对频谱的分析和振动轮实测加速度峰值的积分，可以得到振动轮的位移[1]。计算公式如下式（1.4）：

式中：md--振动轮的重量；Zd--振动轮的位移；moeo--偏心块力矩；ω--振动轮的角速度。

1.5 Evib指标

Bomag公司提出了一种压实度指标Evib。振动过程中，基于振动压实力和钢轮贯入压实材料的相互关系，测出一个与压实材料变形模量直接相关的测量值，这个测量值即振动模量Evib（MN/m2）。被压实材料与压路机钢轮之间的相互作用力由安装在振动钢轮上的加速度传感器进行测量[3]。计算公式如下式（1.5）、式（1.6）：

1.6 Omega指标

Bomag公司通过把振动参数和振动轮集中在弹性空间上，提出了测量指标Omega。忽略机架的加速度，通过采用2个加速度计来测量振动轮的加速度，可以计算出相位滞后，还可以测量接触力Fs。通过测得的振动轮加速度可以计算得到振动轮的位移[4]。Omega指标公式如下式（1.7）：

其中：md--是振动轮的重量；mf--机架的重量；Zd--振动轮的位移；moeo--偏心质量块的力矩；Ω--激振力的频率；g--重力加速度；ad--振动轮的加速度。

1.7 R值指标

长安大学开发了一种CMS-01（Compaction Monitoring System）压实度实时在线检测系统。该仪器由于性能优越且得到了长时间理论与试验的验证，在测量路基压实度时具有较高的可靠度，目前已经应用于多处道路施工段。整套设备包含传感仪、处理器、显示屏等。传感仪可以测得压路机压实过程中的垂直加速度；处理器可以将检测得到的数据进行处理和保存；显示屏可以显示实测R值与压实遍数曲线。对比实测压实度R值与标定的曲线，判断压实效果是否符合施工的要求。

2 路基智能压实系统应用效果

智能连续压实系统能够有效检测和控制路基压实施工的全过程。该系统能实时反馈压实即的压实效果，避免了人员凭目测和施工经验作业，大大减少了因人为因素造成的漏压或过压现象。压实完成后，检测人员可以对照压实记录显示的薄弱区域进行有针对性的检测，结合抽检点的检测结果来反映整条路段的压实度，使得施工质量分布均匀性大为提高。

3 结语

随着智能连续压实系统在交通领域的推广，路基的压实质量能够比较准确地得到控制。推翻了“只重视结果验收，不重视过程控制”的落后思想，大幅度地提升了工程质量。随着智能压实系统的完成，相关规范的建立，相信这项技术一定可以施工中得到更好的应用。

参考文献

[1]郑兆华，王翠艳.压路机智能压实技术的研究[J].建筑机械化，2016，（11）：22-23.

[2]赵海杰.路基压实质量评价指标的研究[D].长安大学，2015.

[3]周保刚，谢立扬.振动压路机连续压实仪及控制指标研究[J].筑路机械与施工机械化，2016（04）：108-111.

[4]徐光辉.中国交通领域连续压实控制发展概述[J].建设机械技术与管理，2014，（08）：43-45.endprint