珊瑚砂道基压实中智能压实有效性评价

师登宇 苟宏伟

摘 要：为了研究智能压实技术在珊瑚砂道基压实中的应用，该文以IBRAHIM NASIR国际机场道基施工为背景，通过总结智能压实技术概况，并研究智能压实检测值CMV与道基现场干密度的相关关系，确定出现场施工目标CMV值。研究结果表明：当干密度合格值为1.65 g/cm3时，可得目标智能压实检测值CMV为18.89，即智能压实检测值CMV大于18.89时，可认为压实质量达到设计要求。

关键词：智能压实；珊瑚砂；CMV；施工研究

中图分类号：TU473 文献标志码：A

0 引言

近年来科学技术的发展取得长足进步，土木工程装备机械及施工技术也取得快速发展，智能压实施工理念在此基础上逐步深入人心。地基压实是各填筑体施工质量得以保证的重要工序之一，填筑体压实情况直接关系到施工最终成果。目前，规范要求中压实质量检测主要采用施工现场抽验有损检测，按照施工完成顺序属于“点”控制和“事后”控制，实践研究表明，该方式难以实现对施工完成全过程的控制，压路机施工时常常产生漏压、欠压及超压现象。采用现场损坏式检测方法不仅难以控制整体压实施工质量，而且对于压实面造成破坏。因此随着材料科学及机械设备的发展，可使全面控制碾压压实质量的智能压实控制技术得到应用推广。智能压实技术是通过应用先进定位技术及传感器集成科技、数据处理及模型建造等组成的先进信息化施工技术。

1 智能压实技术

传统的压实质量检测主要采用灌砂法、取芯法等破坏性方法及核子仪、无核密度仪等无损检测方法。传统压实质量控制主要根据现场施工经验及前期总结经验确定出压实施工工艺，在碾压施工完成后通过现场检测干密度等来判别压实度是否达到项目要求，而控制干密度则主要调整填筑体碾压遍数来保证压实度。传统压实质量检测方式不仅不能准确获取碾压面的压实信息，同时压实结果严重滞后于碾压施工过程，不能及时对漏压、欠压及超压等现象进行调整施工进程，发现施工质量问题后返工，施工质量不佳而且使工程成本上升。

随着科学技术的发展，集成电子科技及机械设备的发展更新，智能压实技术逐步得到应用推广。智能压实最初根据智能压路机概念发展产生的，智能压实技术是智能压实控制（ICC）的简称，智能压实是通过加装控制系统的振动压路机实现压实施工控制，通过该控制系统可在压实作业时实时持续控制压实机械参数，如振动轮的振幅、频率、激振力和压路机行进速度等，从而优化压实设备作业条件并达到控制压实质量的目的。该系统可通过传感器等设备采集碾压信息与填筑体压实质量直接相关的参数，如模量、刚度及抗力等，并且是根据监测的压路机振动轮振动响应等来识别得到的连续分布的物理力学量。在压实作业过程中，根据压实材料性质的不同，压实设备可通过振动轮垂直加速度谐波分量表现出不同的特征，最后可根據数据运算反映出被压实材料的压实程度。

智能压实在实体工程中的应用效果，通过智能压实设备，可分别从碾压遍数、高程变化、CMV变化值和填/挖量等方面进行监测与分析。智能压实设备可通过压实作业过程中得到的压实参数表征压实材料的压实质量，并且随着压实作业的进行根据压实材料的特征及压实机械的运行状态自行判断、自动调节压实性能参数，从而保证填筑体压实质量的智能压实系统。该系统可根据设定的不同压实材料性质及所需压实程度来调整压实设备的压实功，从施工端头预防压实过程中超压、欠压及漏压的发生，并且可根据电子探测器得到沥青路面面层压实刚度、表明温度，从而最大限度地保证施工质量，提高施工效率。

智能压实振动压路机通常包括以下几个部分：

（1）记录压实机械压实行进过程的加速度传感器、红外温度感应器、位移传感器等；

（2）记录并实时处理压实过程、传感器输出的刚度的机载电机信号分析处理元；

（3）根据实测压实刚度智能调整频率、振幅或是激振力的反馈控制装置；

（4）记录压实机械所在位置及碾压时间的相关软件，并在软件中安装设计运算模型、压实运算模型及指标；

（5）本地存储及远程无线传输数据的设备。

2 智能压实指标研究

2.1 工程概况

马尔代夫是群岛国家，旅游业的快速发展也带动了民航业的快速发展。目前马尔代夫全国共有4家航空公司，10个机场。IBRAHIM NASIR国际机场是马尔代夫唯一的一个国际机场，位于首都马累岛东北部2 km处的机场岛，是进入马尔代夫的门户，全球已有超过50家航空公司开通了多国至首都马累的客运或货运服务。

IBRAHIM NASIR国际机场现有一条长3 200 m，宽45 m的跑道，编号18-36，飞行区等级为4E。IBRAHIM NASIR国际机场2013年客运总量为422.4万人次（其中包括水上飞机客运量）。按照机场目前的发展计划，预计2040年机场旅客量将突破1 200万人次。机场现有基础设施已趋于饱和，无法满足航空业务量快速增长的需要，严重影响马尔代夫经济社会的发展，机场规模急需扩建。

2.2 智能压实指标研究

填筑体智能压实控制指标可通过压实过程中得到的压实程度、压实均匀性和压实稳定性3个指标。压实程度值整个碾压作业层压实指标达到规定值的程度，该指标控制道基物理力学性能达到规定值的程度，解决道基是否有足够刚度和强度支承上部结构；压实均匀性反应的是碾压面层上各部分物理力学性状（压实状态）分布的一致性，该指标控制路基物理力学性能的均匀分布程度，解决能否均匀支承上部结构；压实稳定性是指振动压路机振动压实工艺参数一定的情况下，道基压实状态随碾压遍数变化的情况，该指标控制道基物理力学性能稳定性，解决在重复荷载作用下道基能否长期、有效支承上部结构。因此，该文结合实际施工条件及设计要求选用智能压实指标值CMV进行压实质量研究。

碾压前对场地先进行了洒水处理，地基处理方法采用振动碾压方法和冲击碾压方法。振动碾压选用碾压设备型号：设备自重26 000 kg，振动频率27 Hz/32 Hz，冲击力405 kN/290 kN；冲击碾压设备性能：设备自重12 000 kg，冲击能为26 kJ。试验段分别在处理前，振动碾压后和冲击振动碾压后进行了干密度试验。干密度试验采用大体积方法和无核密度仪方法，试验在地面进行，干密度试验结果见表1。

由表1试验数据可得：处理后的干密度比处理前有提高；振动碾压较冲击碾压的提高较为显著，处理20遍以后地基土的干密度基本达到1.6 g/cm3。

为道基施工现场智能压实度检测值CMV与现场试验区干密度进行分析，研究选取设定区域检测点位置，智能压实度检测值CMV与现场试验干密度见表2。

由表2可得，干密度与压实检测值CMV存在显著线性关系，因此随着干密度的增加，智能压实指标值CMV也随之增打大；此外，两者相关性系数R2=0.8807，为强相关（R=0.93>0.9）。因此采用智能压实值在一定程度上可表征道基压实情况，在实际工程中使用该软件来控制道基压实状况是可行的。

根据试验路段设计要求，试验段道基干密度须大于等于1.65 g/cm3，考虑到干密度与CMV相关系数不小于0.70，即当干密度合格值X=1.65 g/cm3干密度合格值X=1.65 g/cm3，采用线性回归模型式确定CMV目标值。如式（1）所示：

当干密度合格值X=1.65 g/cm3时，由式（1）可得Y=18.89，即目标智能压实检测值CMV为18.89。因此可表明，在本研究中当智能压实检测值为18.89时，现场干密度检测值为1.65 g/cm3，即现场压实质量达到设计要求。

3 结语

智能压实技术将数据处理软件系统与优良的压实施工技术结合，实现了对填处材料压实过程的控制。采用智能压实技术进行填筑材料压实作业时，可直接控制压实机械，从而实现对压实材料压实质量的控制，有效提高结构层材料的均匀性，进而减小施工质量的变异性。该文以机场改扩建工程中珊瑚砂道基压实为背景，研究智能压实检测值CMV与现场压实干密度检测值的相关关系，进而得出推荐目标智能压实检测值，这对珊瑚砂道基智能压实施工推广应用具有重要意义。

参考文献

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