智能壓實(shí)在珊瑚砂道基中的應(yīng)用研究

白群安 茍宏偉

摘? 要：為研究珊瑚砂道基施工中智能壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用情況，該文以IBRAHIM NASIR國(guó)際機(jī)場(chǎng)道基施工為背景，通過(guò)研究智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV與與碾壓次數(shù)的相關(guān)關(guān)系，確定施工推薦碾壓遍數(shù)。研究結(jié)果表明：當(dāng)目標(biāo)智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV為18.89時(shí)，累計(jì)碾壓遍數(shù)與智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV之間存在顯著相關(guān)性，可得推薦碾壓遍數(shù)約為26次。

關(guān)鍵詞：智能壓實(shí);珊瑚砂;碾壓遍數(shù);智能壓實(shí)檢測(cè)值

中圖分類(lèi)號(hào)：U416? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

近年來(lái)，隨著科技發(fā)展，世界涌現(xiàn)出許多革新性的道路工程施工技術(shù)，智能壓實(shí)就是其中一個(gè)典型。智能壓實(shí)技術(shù)指在傳統(tǒng)壓路機(jī)上裝備集成的高精度GPS定位系統(tǒng)、加速度傳感器、機(jī)載監(jiān)控/報(bào)告系統(tǒng)以及用于壓實(shí)反饋控制的紅外溫度儀等綜合測(cè)試系統(tǒng)，以達(dá)到有效提高壓實(shí)效率、減小施工變異性等效果的一項(xiàng)新型工程技術(shù)。該文以IBRAHIM NASIR國(guó)際機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程為背景，從珊瑚砂道基填筑工程質(zhì)量的需求出發(fā)，研究智能壓實(shí)指標(biāo)CMV與現(xiàn)場(chǎng)碾壓遍數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，并根據(jù)實(shí)際施工需求推薦最佳碾壓遍數(shù)，以期為智能壓實(shí)技術(shù)在填筑工程中的施工應(yīng)用提供建議。

1 智能壓實(shí)系統(tǒng)

1.1 Dynapac公司DYN@LYZER系統(tǒng)

DYN@LYZER系統(tǒng)主要由加速度傳感器、紅外溫度傳感器、車(chē)載顯示器、GNSS接收發(fā)射系統(tǒng)和文件編制系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)在前、后鋼輪各安裝一個(gè)加速度傳感器，振動(dòng)過(guò)程中，基于振動(dòng)壓實(shí)力和鋼輪貫入壓實(shí)材料的相互關(guān)系，測(cè)出與壓實(shí)材料變形模量直接相關(guān)的測(cè)量值Evib（MN/m2）。在車(chē)載顯示裝置中我們可對(duì)目標(biāo)振動(dòng)模量進(jìn)行設(shè)置，這樣便于駕駛員觀測(cè)被壓實(shí)材料是否達(dá)到期望壓實(shí)剛度。該系統(tǒng)采用紅外線(xiàn)非接觸式檢測(cè)方式，傳感器安裝在前、后鋼輪的車(chē)架上。該傳感器不斷檢測(cè)瀝青的表面溫度，當(dāng)碾壓瀝青混合料溫度小于設(shè)置最小極限值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)提醒駕駛員。

1.2 Bomag公司智能壓實(shí)系統(tǒng)

Bomag智能壓路機(jī)設(shè)備組成：2個(gè)加速度傳感器、一個(gè)紅外溫度感應(yīng)器、數(shù)據(jù)處理器/控制單元、位移測(cè)量裝置、BOP、GPS裝置、車(chē)載BCM05文件編制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在雙鋼輪壓路機(jī)分別在前、后鋼輪上各安裝一個(gè)加速度傳感器，若加速度傳感器反映出的壓實(shí)材料剛度低，激振系統(tǒng)會(huì)根據(jù)需要把振動(dòng)作用力方向朝垂直方向調(diào)整，同時(shí)自動(dòng)地根據(jù)壓實(shí)材料剛度情況調(diào)整到盡可能大的壓實(shí)能量。采用紅外線(xiàn)非接觸式檢測(cè)方式，傳感器安裝在前鋼輪的車(chē)架上，該傳感器可不斷檢測(cè)瀝青路面表面溫度，并將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)輸入控制器中，控制器根據(jù)瀝青壓實(shí)工藝模型，對(duì)原有BVC系統(tǒng)結(jié)果值進(jìn)行綜合調(diào)整，輸出一個(gè)更加理想的控制結(jié)果。測(cè)出數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)BCM05智能壓實(shí)管理系統(tǒng)進(jìn)行處理，繪制出壓實(shí)度、溫度、碾壓遍數(shù)分布圖，便于駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，操作避免過(guò)壓。

1.3 日本Sakai公司GIS智能壓實(shí)系統(tǒng)

日本Sakai公司的瀝青路面GIS智能壓實(shí)系統(tǒng)包括：CCV壓實(shí)度實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊、GPS信號(hào)發(fā)射接收基站模塊、壓實(shí)平面溫度檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊。Sakai公司智能壓路機(jī)配備有：加速度傳感器、溫度傳感器、GPS接收裝置、車(chē)載顯示裝置。瀝青表層溫度檢測(cè)與顯示采用紅外線(xiàn)非接觸式檢測(cè)方式，該傳感器不斷檢測(cè)瀝青路面表面溫度，通過(guò)車(chē)載顯示裝置對(duì)瀝青溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并且可以溫度分布圖，以便駕駛員及時(shí)掌握當(dāng)前的瀝青溫度情況。所得檢測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)USB導(dǎo)入電腦，利用Site Link3D進(jìn)行進(jìn)一步的處理分析。

1.4 HAMM公司HCQ智能壓實(shí)系統(tǒng)

HCQ系統(tǒng)在壓實(shí)的過(guò)程中可記錄不同的材料和機(jī)器數(shù)據(jù)，安裝在壓路機(jī)頂部的DGNSS接收器確定壓路機(jī)的位置。HCQ Navigator計(jì)算出壓實(shí)過(guò)程信息與壓路機(jī)位置信息之問(wèn)的關(guān)系，并將相應(yīng)的信息以圖形的方式顯示在駕駛室內(nèi)的平板電腦上。設(shè)備操作員通過(guò)平板電腦可以跟蹤壓實(shí)進(jìn)度，同時(shí)還可顯示附加信息。HCQ導(dǎo)航儀對(duì)施工期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，同時(shí)數(shù)據(jù)在工作日內(nèi)作業(yè)或分項(xiàng)目結(jié)束后通過(guò)U盤(pán)傳輸并存儲(chǔ)到辦公電腦上。

1.5 Volvo智能壓實(shí)系統(tǒng)——Density Direct

Density Direct智能壓實(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示碾壓溫度圖和壓實(shí)路徑。壓實(shí)路徑可將每臺(tái)壓路機(jī)的行駛軌跡和鋼輪重疊壓實(shí)部分用獨(dú)特的顏色表示出來(lái)，操作人員可據(jù)此查找接縫并加以修正，溫度圖則在壓路機(jī)的行駛路徑上顯示最新的鋪層溫度數(shù)據(jù)。Density Direct智能壓實(shí)系統(tǒng)可直接顯示壓實(shí)度，操作人員可實(shí)時(shí)判斷壓實(shí)作業(yè)是否達(dá)標(biāo)。壓實(shí)路徑、溫度以及壓實(shí)度等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在IC系統(tǒng)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，這些數(shù)據(jù)能以VEDA格式存儲(chǔ)在USB驅(qū)動(dòng)器中，可以利用Veda軟件進(jìn)行處理。

2 工程實(shí)踐

2.1 工程背景

馬爾代夫IBRAHIM NASIR國(guó)際機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有一條長(zhǎng)3 200 m、寬45m的跑道，編號(hào)18-36，飛行區(qū)等級(jí)為4E。IBRAHIM NASIR國(guó)際機(jī)場(chǎng)2013年客運(yùn)總量為422.4萬(wàn)人次（其中包括水上飛機(jī)客運(yùn)量）。按照機(jī)場(chǎng)目前的發(fā)展計(jì)劃，預(yù)計(jì)2040年機(jī)場(chǎng)旅客量將突破1 200萬(wàn)人次。機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施已趨于飽和，無(wú)法滿(mǎn)足航空業(yè)務(wù)量快速增長(zhǎng)的需要，嚴(yán)重影響馬爾代夫經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，機(jī)場(chǎng)規(guī)模急需擴(kuò)建。

2.2 壓實(shí)質(zhì)量研究

為了對(duì)道基施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)干密度進(jìn)行分析，研究選取試驗(yàn)區(qū)檢測(cè)點(diǎn)干密度與智能壓實(shí)度檢測(cè)值進(jìn)行研究，智能壓實(shí)度檢測(cè)值CMV與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)干密度，現(xiàn)場(chǎng)前期施工結(jié)果表明，當(dāng)干密度合格值為1.65 g/cm3時(shí)，目標(biāo)智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV為18.89，表明現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為確定智能壓實(shí)過(guò)程中碾壓次數(shù)，研究選區(qū)軟件中試驗(yàn)區(qū)智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV與碾壓遍數(shù)，并對(duì)兩者進(jìn)行分析，如表1及圖1所示。

由圖1可知，累計(jì)碾壓遍數(shù)與智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV之間存在顯著相關(guān)性，隨著累計(jì)碾壓遍數(shù)的增加，智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV亦隨之增加;兩者相關(guān)性較強(qiáng)，因此在一定范圍內(nèi)，累計(jì)碾壓遍數(shù)可說(shuō)明道基壓實(shí)狀況，在實(shí)際施工中可利用累計(jì)碾壓遍數(shù)來(lái)表征道基壓實(shí)情況。

由式（1）確定出目標(biāo)智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV為18.89，結(jié)合智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV與累計(jì)碾壓遍數(shù)之間存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，因此進(jìn)一步確定出目標(biāo)碾壓遍數(shù)。如式（1）所示。

Y=0.4512Z+7.222 （1）

式中：Y—智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV;Z—累計(jì)碾壓遍數(shù)（次）。

當(dāng)目標(biāo)智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV為18.89時(shí)，可得Z=25.808，即目標(biāo)累計(jì)碾壓遍數(shù)約為26次。碾壓遍數(shù)為工程質(zhì)量保證的重要指標(biāo)之一，智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV與碾壓遍數(shù)分析如圖2所示。

由圖2可知，在正常工作條件下，碾壓設(shè)備在額定狀態(tài)下進(jìn)行碾壓作業(yè)時(shí)，智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV與碾壓遍數(shù)之間呈正比關(guān)系，且隨著累計(jì)碾壓遍數(shù)的增加，CMV隨之增加且均大于控制值18.89。但在整個(gè)碾壓施工過(guò)程中，智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV表現(xiàn)出較大波動(dòng)，低于或遠(yuǎn)大于正常值。

3 結(jié)語(yǔ)

智能壓實(shí)使較傳統(tǒng)壓實(shí)技術(shù)更少的壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到同等水平的壓實(shí)質(zhì)量，進(jìn)而能夠降低燃油消耗和設(shè)備磨損。相較傳統(tǒng)的壓路機(jī)，采用新的智能壓路機(jī)費(fèi)用及在舊的設(shè)備上加裝集成的智能測(cè)試系統(tǒng)的費(fèi)用，可根據(jù)客戶(hù)需求和制造商的不同而不同。該文以機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程中珊瑚砂道基壓實(shí)為背景，研究智能壓實(shí)檢測(cè)值CMV與現(xiàn)場(chǎng)碾壓遍數(shù)之間的相關(guān)性，進(jìn)而得出推薦目標(biāo)碾壓遍數(shù)，這對(duì)以后智能壓實(shí)技術(shù)在填筑體壓實(shí)施工推廣具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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