芻議道路壓實(shí)度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

龐錦浩 廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司

1 前言

由于公路路面對(duì)車(chē)輛有直接承受荷載的作用，公路路基壓實(shí)度狀況因而可以直接影響公路工程質(zhì)量。傳統(tǒng)對(duì)路基壓實(shí)度的檢測(cè)方法具有很多缺陷，例如浪費(fèi)時(shí)間和精力，而且準(zhǔn)確度不高，難以準(zhǔn)確地反映公路路基壓實(shí)狀況。如今對(duì)公路路基壓實(shí)度檢測(cè)技術(shù)有環(huán)刀法、預(yù)埋加速度計(jì)法以及灌砂法等，其中環(huán)刀法與灌砂法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠較為準(zhǔn)確地檢測(cè)出壓實(shí)度狀況，但缺點(diǎn)是測(cè)試周期較長(zhǎng)，并且屬于破壞性測(cè)量方法；在實(shí)際應(yīng)用中，采用預(yù)埋加速度計(jì)法只能夠使用一次加速度計(jì)。這些檢測(cè)的方法都屬于靜態(tài)抽樣檢測(cè)方法，因此作業(yè)區(qū)的壓實(shí)狀況難以被全面且準(zhǔn)確地反映出。本文就振動(dòng)壓路機(jī)和振動(dòng)輪與公路路面壓實(shí)材料之間的關(guān)系進(jìn)行分析，現(xiàn)對(duì)路面壓實(shí)度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用狀況進(jìn)行如下探討。

2 壓實(shí)度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

2.1 動(dòng)力學(xué)模型

在對(duì)公路路面進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)的過(guò)程中，需要將不同形式的振動(dòng)壓路機(jī)與路基看成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，從而構(gòu)建一個(gè)物理性動(dòng)力學(xué)模型。通常情況下，在振動(dòng)壓實(shí)的過(guò)程當(dāng)中，振動(dòng)輪與機(jī)架不會(huì)出現(xiàn)變形、錯(cuò)位以及等效等剛性運(yùn)動(dòng)狀況，但是被壓實(shí)的材料與減震器會(huì)出現(xiàn)塑形與彈性變形的情況。因此，可以采用構(gòu)建動(dòng)力學(xué)模型的方法對(duì)振動(dòng)輪與機(jī)架運(yùn)動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行描述，同時(shí)減振器可以用彈簧與阻尼進(jìn)行描述。激振力的形成的原因是在振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪在內(nèi)在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，偏心質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生橫向離心力，在壓實(shí)作業(yè)中振動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型屬于多方位空間運(yùn)動(dòng)。但由于凈重壓力和振動(dòng)力只有在垂直方向上才會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)壓實(shí)的效果，同時(shí)壓實(shí)效果是主要作用于表層以下的。這就使在建模的過(guò)程中，只需要著重考慮垂直方向的運(yùn)動(dòng)狀況。公路路面振動(dòng)壓實(shí)狀況主要包括A、B、C三個(gè)階段，由于此模型考慮到公路路基的質(zhì)量對(duì)壓實(shí)狀況的影響，公路路面壓實(shí)過(guò)程能夠相對(duì)準(zhǔn)確地被反映出。在這三個(gè)階段中，最為重要的階段為B階段，主要原因在于路面壓實(shí)狀況是路基壓實(shí)過(guò)程中最為重要的部分。其中A階段為非線(xiàn)性塑形應(yīng)變的階段，在此階段，公路路面會(huì)產(chǎn)生比較大的塑形應(yīng)變的狀況，同時(shí)會(huì)增加瀝青混合料彈性模量和路面壓實(shí)度，并減少阻尼吸收的能量。B階段主要是指線(xiàn)性彈性應(yīng)變的階段，在此階段，公路路面材料需要進(jìn)一步得到密實(shí)，在一定程度上，同時(shí)增加其彈性并減少塑形。在振動(dòng)壓實(shí)（如圖1）過(guò)程中，同時(shí)振動(dòng)能量會(huì)由接觸區(qū)域擴(kuò)散至周?chē)鷧^(qū)域。其中上部分是振動(dòng)壓路機(jī)與振動(dòng)輪，下部分是路面瀝青混合料。C階段主要是剛性應(yīng)變的階段，公路路面在此階段中已經(jīng)被壓實(shí)并且不會(huì)出現(xiàn)變形的情況。如果繼續(xù)對(duì)公路路面進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)，在壓實(shí)的過(guò)程中，就會(huì)出現(xiàn)跳振的狀況。如果這樣便會(huì)對(duì)鋪層造成沖擊，擊碎公路基層大顆粒，因而就會(huì)使得公路內(nèi)部結(jié)構(gòu)松動(dòng)并會(huì)對(duì)將級(jí)配進(jìn)行破壞。從而在一定程度上影響公路路面的質(zhì)量、強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)。因此在此階段應(yīng)該停止壓實(shí)工作。

圖1 路面振動(dòng)壓實(shí)

2.2 方案設(shè)計(jì)

主要采用標(biāo)準(zhǔn)系列硬件對(duì)公路路基壓實(shí)度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，因?yàn)槠渚哂泄δ芊浅｝R全的模塊。由于公路路基振動(dòng)壓實(shí)的過(guò)程非常復(fù)雜并且具有較多的不確定因素。在硬件的選擇上，這就需要盡可能地挑選具有較強(qiáng)使用能力的硬件。本次研究中所采用的壓實(shí)度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)硬件部分主要由LCD液晶顯示屏、信號(hào)CPU處理器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、操作面板以及信號(hào)調(diào)理電路等多種模塊組成。其中CPU處理器、電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及信號(hào)調(diào)理電路的選擇上必須滿(mǎn)足符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的硬性規(guī)定。系統(tǒng)構(gòu)成部分主要由信號(hào)輸入、處理以及輸出單元構(gòu)成。其中信號(hào)輸入單元主要包括速度及溫度傳感器；作為壓實(shí)度檢測(cè)系統(tǒng)最為核心的部分：信號(hào)處理單元作用是將信號(hào)放大、過(guò)濾、轉(zhuǎn)換以及分析，最終作為電壓信號(hào)輸出；信號(hào)輸出單元的作用主要是能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)人員提供數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，并且可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸供于工作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)收集到的信號(hào)被處理分析后，需要采用大量的傳統(tǒng)方法進(jìn)一步核實(shí)公路地基壓實(shí)度的準(zhǔn)確性。這就需要不斷地改進(jìn)壓實(shí)度檢測(cè)計(jì)算方法。在檢測(cè)公路地基壓實(shí)度的過(guò)程中，此系統(tǒng)為了能夠確保壓實(shí)材料受到均勻的激振力，因此在檢測(cè)的過(guò)程中，要求保證振動(dòng)壓路機(jī)是勻速行駛的狀況，同時(shí)確保振動(dòng)頻率與振幅的平穩(wěn)。

3 檢測(cè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

將本次研究自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備（如圖2）應(yīng)用于某公路，該公路路段屬于基層二灰碎石面。路段的平均含水量在8.6%上下，標(biāo)準(zhǔn)干密度大約為2.2g/cm3，并且施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度在35℃左右。結(jié)果說(shuō)明，振動(dòng)加速度也會(huì)隨著壓實(shí)度的變化而變化，兩者之間相關(guān)。通過(guò)插值能夠間接地反映出公路路基的壓實(shí)狀況。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓狀況時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度自動(dòng)檢測(cè)儀顯示的振動(dòng)加速度會(huì)出現(xiàn)下降狀況。此時(shí)就立刻停止壓實(shí)工作，這種方式不僅能節(jié)省時(shí)間，同時(shí)也能顯著地提高工程質(zhì)量，表明實(shí)時(shí)檢測(cè)具有較高的優(yōu)越性。

圖2 路基壓實(shí)度檢測(cè)

4 路基壓實(shí)度檢測(cè)方法存在的主觀問(wèn)題及解決辦法

4.1 加強(qiáng)監(jiān)理程序

在施工過(guò)程有可能會(huì)因?yàn)楣こ碳夹g(shù)或者工程師本身原因而出現(xiàn)一些問(wèn)題，就需要施工隊(duì)伍做好監(jiān)管制度的完善，確保路基壓實(shí)過(guò)程的合理性、科學(xué)性和工程體系的完善。

①施工單位不自檢或漏檢而編造自檢報(bào)告。這就需要相關(guān)單位在路基壓實(shí)工作完成后對(duì)相關(guān)工程的檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行二次檢測(cè)，排查在檢測(cè)報(bào)告中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，避免施工單位因?yàn)橥祽谢驗(yàn)榱藨?yīng)付工程檢測(cè)而出現(xiàn)檢測(cè)報(bào)告的編造行為。

②編造虛假報(bào)檢路段。該階段就需要相關(guān)的監(jiān)管人員增強(qiáng)責(zé)任心，對(duì)所負(fù)責(zé)的路段進(jìn)行全面的核實(shí)和檢測(cè)，避免該路段在自己的監(jiān)管過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，確保該路段壓實(shí)工作的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，避免施工單位出現(xiàn)因編造虛假報(bào)檢路段來(lái)欺騙監(jiān)管人員的行為。這樣一來(lái)就可以在該路段工程完整的前提下進(jìn)行下一道工序。

4.2 做好監(jiān)理準(zhǔn)備工作

在施工過(guò)程中也要做好具有針對(duì)性的監(jiān)管和檢查工作，確保責(zé)任制度能夠落實(shí)到個(gè)人身上，這樣才能路基壓實(shí)工程過(guò)程監(jiān)管責(zé)任的確定。在路基壓實(shí)工程施工前，就要求建筑隊(duì)伍中的管理人員對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行精細(xì)的劃分，將整個(gè)施工過(guò)程分為每一個(gè)不同的階段，在每一個(gè)階段中都應(yīng)該按照施工標(biāo)準(zhǔn)和要求來(lái)進(jìn)行施工工作的開(kāi)展，并且每一個(gè)階段上的施工人員也需要按照要求和標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行施工進(jìn)度的安排，保證工程每一個(gè)階段質(zhì)量的過(guò)關(guān)，不能因?yàn)榍罂於s工期，影響了工程的施工質(zhì)量和效率。

4.3 認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作

①試坑的位置和檢測(cè)點(diǎn)的位置進(jìn)行檢測(cè)是非常有必要進(jìn)行的工作。因?yàn)楣こ痰慕Y(jié)構(gòu)具有特殊性，一般情況下來(lái)說(shuō)路路基整段中間部位壓實(shí)度對(duì)于路基兩邊邊緣而言是比較低的，如果在這個(gè)階段存在任何問(wèn)題都會(huì)出現(xiàn)整條路段出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。因此，對(duì)路段薄弱地區(qū)進(jìn)行必要的檢測(cè)就屬于工程必須進(jìn)行的工作。

②試坑的深度以及形狀。試坑的深度就是測(cè)定該坑的厚度，但不能夠有下層材料混入。在碾壓過(guò)程中，壓路機(jī)的力學(xué)分布是呈現(xiàn)三角形分布的，在路段進(jìn)行壓實(shí)工作時(shí)就會(huì)出現(xiàn)越往下壓實(shí)度越低的現(xiàn)象。若坑的深度不夠，會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的壓實(shí)度值將偏大。試坑的形狀應(yīng)該是空的圓柱體，但在挖坑過(guò)程中，往往會(huì)將坑挖成鍋底的形狀，特別是在接近試坑底部的位置，由于越向下的部位其壓實(shí)度越小，因此這樣形狀的試坑將導(dǎo)致較松散部位的土取出會(huì)相對(duì)較少，導(dǎo)致測(cè)得的壓實(shí)度值將偏大。

③灌砂的時(shí)間 在進(jìn)行灌砂工作時(shí)就需要相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)邊緣處的流沙進(jìn)行觀察，確保其不會(huì)繼續(xù)流動(dòng)時(shí)再進(jìn)行后續(xù)工作。但由于工程人員的肉眼觀察不到路段中心位置流沙的情況，加上灌砂工作中沙子的流動(dòng)狀況是從中心向邊緣緩緩擴(kuò)散的，若提前結(jié)束灌砂，就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致灌入的砂的質(zhì)量和數(shù)量減少，從而導(dǎo)致測(cè)得的壓實(shí)度值偏大。

④含水量的選取 在選取含水量時(shí)，應(yīng)該將試坑內(nèi)取出的土壤立刻均勻攪拌，然后再取含水量。但如果含水量偏低，在相同濕密度的情況下，若干密度較大，就會(huì)使得測(cè)得的壓實(shí)度值偏大，反之就偏小。

5 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)對(duì)路基壓實(shí)度的檢測(cè)方法具有很多缺陷，如浪費(fèi)時(shí)間和精力，并且準(zhǔn)確度不高，公路路基壓實(shí)狀況難以被準(zhǔn)確地反映。本次研究自動(dòng)檢測(cè)儀的意義在于不僅有效地解決了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題和缺陷，同時(shí)也能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)公路地基的壓實(shí)度，進(jìn)而能夠?qū)崟r(shí)地控制公路工程施工質(zhì)量。