公路工程建设中的路基智能压实施工技术

陶然

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 引言

传统路基压实施工中，压实程度依靠有经验施工员确定，压实遍数依靠人工计数，存在漏压、超压、压实不均匀等问题。在公路工程建设中，通过引入智能压实施工技术实现施工参数实时采集和记录，为提高路基施工质量提供参考依据。

2 路基智能压实施工技术原理

智能压实工作原理是通过压路机滚轮自重和滚轮上激振装置所形成合力来挤压路基填料，减小骨料间空隙，增大集料间摩擦力，实现路基压实。路基智能压实基于弹性动力学理论和无线传输技术[1]。路基弹性刚度与路基压实度正相关，路基填料越疏松其压实度越低，路基弹性刚度越小，振动轮反弹力度越小。随着压实遍数增多，路基弹性刚度增大，通过多次试验可总结出振动轮反弹力与压实度的定量关系，从而实现压实度实时测量。

在路基压实施工中建立信息检测采集系统，在控制点和振动压路机上分别安装GPS基站，在振动轮上安装压实传感器并组建无线局域网，实现压实机械轨迹、振动轮反弹力和碾压遍数等数据的记录。通过无线传输将采集信号统一传输到驾驶室的显示控制器上，引导作业人员进行施工。

3 路基智能压实技术主要技术特点

3.1 路基智能压实与传统施工方法的对比

路基智能压实施工技术相对于传统压实技术，在智能控制、数据记录和施工成本等方面存在不同点（见表1）。

表1 不同施工方法对比结果

3.2 主要技术特点

1）施工过程实时控制

通过借助无线传输技术建立智能压实系统，实现压实速度、压实温度、压实厚度、压实轨迹和压实厚度等参数的实时记录并显示，在施工过程中发现问题并及时解决。现场施工作业人员通过显示系统准确掌握施工状态，并有针对性地调整施工计划，一定程度上避免因操作失误导致的各项问题。

2）施工过程可追溯

在压路机上装载传感器设备，实时记录不同施工质量参数，这些参数不仅用于指导施工还能永久保存，建立道路施工档案，供后期道路运维阶段使用。

3）施工效率高

压路机车载显示系统可实时直观地显示路基压实情况，避免操纵原因导致超压、欠压、漏压等施工质量问题，对于出现的质量问题可及时发现并纠正，提高了施工过程控制力度，提高了施工效率。

4）施工成本较低

从单项工程来看，传感器设备和智能压实系统一次投入较高，但智能压实系统可实现远程检测显示，大大减少现场技术人员的投入，同时实现薄弱区域压实检测，提升了合格率，从一定程度上减小了施工成本。在多个项目施工中，会因工效提高、废料减少等弥补设备的投入成本。

4 智能压实施工技术组成及工艺操作流程

4.1 智能压实施工技术的组成

智能压实施工机械设备与传统压路机设备相同，主要区别是增加了传感器设备和分析显示系统，智能压实通过记录振动轮的力学状态进行分析计算，实现全路基压实指标采集和实时掌握。

智能压实控制系统由定位、采集和显示三大功能部分组成。定位系统基于GNSS技术，通过GPS定位和接收实时采集压路机设备的位置信息。采集系统采用加速度传感器采集压路机振动轮上振动信号，传输到解调器上进行分析计算。显示系统是对采集信号的可视化展示，对压实信息进行打印和自动存储。

4.2 路基压实施工技术工艺操作流程

4.2.1 设备检查

为保证采集数据的真实性和准确性，需对加载与量测设备进行检查。每次施工前应检查激振频率是否稳定、设备安装是否牢固等。

4.2.2 相关性校验

分割施工段并设置试验点，在碾压过程中分别对轻度碾压、中度碾压和重度碾压三种密实状态进行压实控制指标CMⅤ测定，并与验收控制指标进行相关性校验。每种压实状态下检测数量不小于6组。当相关系数r≥0.7时，确定相关系数和连续压实控制的目标值（见表2）。

表2 相关程度参考准则

4.2.3 过程控制

在路基压实过程中需对压实程度、压实均匀性和压实稳定性进行过程控制。

1）碾压过程控制

在路基智能碾压过程中需借助通信技术对碾压遍数、碾压轨迹进行控制。基准站接收到卫星信号并将差分信号实时发给流动站（压路机）；流动站接收机将接收到的卫星信号和基准站差分信号实时联合解算，求得基准站和流动站间坐标增量（基线向量），实现压路机实时精确定位。

2）压实程控制

根据路基填料粒径大小采用不同压实度评价方法。对于细粒土，通过现场试验规律总结出智能压实检测值（ICMⅤ），并与压实度建立对应关系。通过设立智能压实目标值（ICMⅤ）来判断检测区域的压实度是否达标。对压实度不达标的区域应分析原因并改进，如提升碾压作业工序、换填料、调整含水率等。对于细粒土，常采用沉降差来评价压实质量控制标准。

3）压实均匀性控制

路基压实均匀性常用压实过程中所记录的智能压实曲线来评价。在国外，奥地利将智能压实检测值控制在0.80（ICMⅤ）～1.50（ICMⅤ），且变异系数小于20%。美国将90%压实数据定在0.9（0ICMⅤ）～1.20（ICMⅤ），且没有小于0.80（ICMⅤ）的数据作为评价标准。综合国内外，建议细粒土按照路基压实度大于90%，且智能压实检测值波动范围控制在0.10（ICMⅤ）以内。对于粗粒土，由于颗粒级配和形状差异较大，ICMⅤ波动范围也大，故采用ICMⅤi≥0.8（0ICMⅤ）。

4）压实稳定性控制

公路规范已形成压实度和路基回弹模量双指标路基质量控制标准。压实度控制压实质量，回弹模量指导路基填料选择。对于细粒土，通过试验方法建立压实度与回弹模量关系，在压实度和回弹模量均满足规范的前提下，通过采用压实控制指标ICMⅤi≥（ICMⅤ）来控制路基稳定性。对于粗粒土，要建立智能压实检测值（ICMⅤ）与沉降量的相关关系，当最后两遍碾压的沉降差和路基回弹模量均满足规范要求时，再判断最后两遍碾压的智能压实检测值（ICMⅤ）变化率是否满足要求。

5）质量检测

在碾压工作结束后要对路基压实质量进行检测。压实质量检测文件应包括纸质资料和电子文档；施工过程中最后一遍碾压的数据应作为存档资料；压实程度示意图中△CMⅤ分组间距应为对应常规检测值的10%。施工过程中，每种填料可按照每20000m2取3个点，其中1个点应在薄弱区域，路床验收时按验评标准要求进行常规质量验收。

5 结语

在国内，路基智能压实施工技术是一种新施工技术，尚处于初始阶段，理论和实践研究相对匮乏。智能压实施工技术在施工过程控制、施工过程记录、提升施工效率、降低施工成本等方面具有较大的优势，但实际运用中需在数据传输和简化操作等方面改善提升。实际施工运用过程中，需施工技术人员不断总结经验，进一步规范和提升智能压实施工技术的施工应用。