刍议道路压实度自动检测技术的应用现状

2021-08-15庞锦浩广西壮族自治区建筑工程质量检测中心有限公司

门窗 2021年3期

庞锦浩广西壮族自治区建筑工程质量检测中心有限公司

1 前言

由于公路路面对车辆有直接承受荷载的作用，公路路基压实度状况因而可以直接影响公路工程质量。传统对路基压实度的检测方法具有很多缺陷，例如浪费时间和精力，而且准确度不高，难以准确地反映公路路基压实状况。如今对公路路基压实度检测技术有环刀法、预埋加速度计法以及灌砂法等，其中环刀法与灌砂法在实际应用过程中能够较为准确地检测出压实度状况，但缺点是测试周期较长，并且属于破坏性测量方法；在实际应用中，采用预埋加速度计法只能够使用一次加速度计。这些检测的方法都属于静态抽样检测方法，因此作业区的压实状况难以被全面且准确地反映出。本文就振动压路机和振动轮与公路路面压实材料之间的关系进行分析，现对路面压实度自动检测技术及其实际应用状况进行如下探讨。

2 压实度自动检测技术

2.1 动力学模型

在对公路路面进行振动压实的过程中，需要将不同形式的振动压路机与路基看成一个振动系统，从而构建一个物理性动力学模型。通常情况下，在振动压实的过程当中，振动轮与机架不会出现变形、错位以及等效等刚性运动状况，但是被压实的材料与减震器会出现塑形与弹性变形的情况。因此，可以采用构建动力学模型的方法对振动轮与机架运动的规律进行描述，同时减振器可以用弹簧与阻尼进行描述。激振力的形成的原因是在振动压路机的振动轮在内在旋转的过程中，偏心质量会产生横向离心力，在压实作业中振动轮的运动类型属于多方位空间运动。但由于净重压力和振动力只有在垂直方向上才会产生振动压实的效果，同时压实效果是主要作用于表层以下的。这就使在建模的过程中，只需要着重考虑垂直方向的运动状况。公路路面振动压实状况主要包括A、B、C三个阶段，由于此模型考虑到公路路基的质量对压实状况的影响，公路路面压实过程能够相对准确地被反映出。在这三个阶段中，最为重要的阶段为B阶段，主要原因在于路面压实状况是路基压实过程中最为重要的部分。其中A阶段为非线性塑形应变的阶段，在此阶段，公路路面会产生比较大的塑形应变的状况，同时会增加沥青混合料弹性模量和路面压实度，并减少阻尼吸收的能量。B阶段主要是指线性弹性应变的阶段，在此阶段，公路路面材料需要进一步得到密实，在一定程度上，同时增加其弹性并减少塑形。在振动压实（如图1）过程中，同时振动能量会由接触区域扩散至周围区域。其中上部分是振动压路机与振动轮，下部分是路面沥青混合料。C阶段主要是刚性应变的阶段，公路路面在此阶段中已经被压实并且不会出现变形的情况。如果继续对公路路面进行振动压实，在压实的过程中，就会出现跳振的状况。如果这样便会对铺层造成冲击，击碎公路基层大颗粒，因而就会使得公路内部结构松动并会对将级配进行破坏。从而在一定程度上影响公路路面的质量、强度以及结构。因此在此阶段应该停止压实工作。

图1 路面振动压实

2.2 方案设计

主要采用标准系列硬件对公路路基压实度进行自动检测，因为其具有功能非常齐全的模块。由于公路路基振动压实的过程非常复杂并且具有较多的不确定因素。在硬件的选择上，这就需要尽可能地挑选具有较强使用能力的硬件。本次研究中所采用的压实度自动检测技术系统硬件部分主要由LCD液晶显示屏、信号CPU处理器、A/D转换模块、操作面板以及信号调理电路等多种模块组成。其中CPU处理器、电源模块、A/D转换模块以及信号调理电路的选择上必须满足符合国家相关标准的硬性规定。系统构成部分主要由信号输入、处理以及输出单元构成。其中信号输入单元主要包括速度及温度传感器；作为压实度检测系统最为核心的部分：信号处理单元作用是将信号放大、过滤、转换以及分析，最终作为电压信号输出；信号输出单元的作用主要是能够为现场人员提供数据实时显示，并且可以通过无线传输供于工作人员进行远程监控。当收集到的信号被处理分析后，需要采用大量的传统方法进一步核实公路地基压实度的准确性。这就需要不断地改进压实度检测计算方法。在检测公路地基压实度的过程中，此系统为了能够确保压实材料受到均匀的激振力，因此在检测的过程中，要求保证振动压路机是匀速行驶的状况，同时确保振动频率与振幅的平稳。

3 检测技术实际应用

将本次研究自动检测设备（如图2）应用于某公路，该公路路段属于基层二灰碎石面。路段的平均含水量在8.6%上下，标准干密度大约为2.2g/cm3，并且施工现场的温度在35℃左右。结果说明，振动加速度也会随着压实度的变化而变化，两者之间相关。通过插值能够间接地反映出公路路基的压实状况。当出现过压状况时，就会发现压实度自动检测仪显示的振动加速度会出现下降状况。此时就立刻停止压实工作，这种方式不仅能节省时间，同时也能显著地提高工程质量，表明实时检测具有较高的优越性。

图2 路基压实度检测

4 路基压实度检测方法存在的主观问题及解决办法

4.1 加强监理程序

在施工过程有可能会因为工程技术或者工程师本身原因而出现一些问题，就需要施工队伍做好监管制度的完善，确保路基压实过程的合理性、科学性和工程体系的完善。

①施工单位不自检或漏检而编造自检报告。这就需要相关单位在路基压实工作完成后对相关工程的检测报告进行二次检测，排查在检测报告中可能出现的问题，避免施工单位因为偷懒或为了应付工程检测而出现检测报告的编造行为。

②编造虚假报检路段。该阶段就需要相关的监管人员增强责任心，对所负责的路段进行全面的核实和检测，避免该路段在自己的监管过程中会出现问题，确保该路段压实工作的真实性和准确性，避免施工单位出现因编造虚假报检路段来欺骗监管人员的行为。这样一来就可以在该路段工程完整的前提下进行下一道工序。

4.2 做好监理准备工作

在施工过程中也要做好具有针对性的监管和检查工作，确保责任制度能够落实到个人身上，这样才能路基压实工程过程监管责任的确定。在路基压实工程施工前，就要求建筑队伍中的管理人员对施工进度进行精细的划分，将整个施工过程分为每一个不同的阶段，在每一个阶段中都应该按照施工标准和要求来进行施工工作的开展，并且每一个阶段上的施工人员也需要按照要求和标准严格进行施工进度的安排，保证工程每一个阶段质量的过关，不能因为求快而赶工期，影响了工程的施工质量和效率。

4.3 认真做好现场检测工作

①试坑的位置和检测点的位置进行检测是非常有必要进行的工作。因为工程的结构具有特殊性，一般情况下来说路路基整段中间部位压实度对于路基两边边缘而言是比较低的，如果在这个阶段存在任何问题都会出现整条路段出现质量问题。因此，对路段薄弱地区进行必要的检测就属于工程必须进行的工作。

②试坑的深度以及形状。试坑的深度就是测定该坑的厚度，但不能够有下层材料混入。在碾压过程中，压路机的力学分布是呈现三角形分布的，在路段进行压实工作时就会出现越往下压实度越低的现象。若坑的深度不够，会导致测得的压实度值将偏大。试坑的形状应该是空的圆柱体，但在挖坑过程中，往往会将坑挖成锅底的形状，特别是在接近试坑底部的位置，由于越向下的部位其压实度越小，因此这样形状的试坑将导致较松散部位的土取出会相对较少，导致测得的压实度值将偏大。

③灌砂的时间在进行灌砂工作时就需要相关专业人员对边缘处的流沙进行观察，确保其不会继续流动时再进行后续工作。但由于工程人员的肉眼观察不到路段中心位置流沙的情况，加上灌砂工作中沙子的流动状况是从中心向边缘缓缓扩散的，若提前结束灌砂，就会在一定程度上导致灌入的砂的质量和数量减少，从而导致测得的压实度值偏大。

④含水量的选取在选取含水量时，应该将试坑内取出的土壤立刻均匀搅拌，然后再取含水量。但如果含水量偏低，在相同湿密度的情况下，若干密度较大，就会使得测得的压实度值偏大，反之就偏小。