公路工程建設(shè)中路基智能壓實施工技術(shù)研究

【摘要】在道路項目建設(shè)過程中，路基處理是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到整個項目的質(zhì)量。在實際工作中，為保證道路的安全，需要對其進行合理設(shè)計。智能壓實技術(shù)的出現(xiàn)為公路工程建設(shè)提供了一種全新的技術(shù)手段，不僅能夠保證路基工程質(zhì)量，還可以為后期養(yǎng)護工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持，同時也降低施工成本?；诖?，文中對公路工程建設(shè)中的路基智能壓實施工技術(shù)應(yīng)用進行了深入研究。

【關(guān)鍵詞】公路工程；路基智能壓實；交通運輸

【中圖分類號】TU74 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）05-0115-03

0 引言

在公路工程建設(shè)領(lǐng)域，路基壓實是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。路基智能壓實施工技術(shù)的出現(xiàn)得益于智能技術(shù)的不斷進步，利用路基智能壓實施工技術(shù)實現(xiàn)對施工過程的實時監(jiān)控、自動調(diào)整壓實參數(shù)、提高施工效率等。此外，還能降低施工成本、減少人力物力的浪費，為公路工程建設(shè)帶來更多的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，路基智能壓實施工技術(shù)的出現(xiàn)是公路工程建設(shè)領(lǐng)域的一次重大創(chuàng)新。

1 路基智能壓實施工技術(shù)原理

智能壓實工作的基本原理是利用壓路機的車輪重量與滾筒上的激勵機構(gòu)形成的合力，對路基填料進行有效的壓縮，讓兩者之間的距離變得更近，進而減少集料之間的間隙，增加集料之間的摩擦，達到高品質(zhì)的路基壓實，如圖1所示。同時，基于彈性動力學(xué)理論，通過無線傳輸技術(shù)進行實時數(shù)據(jù)傳輸，確保壓實過程的全程監(jiān)控[1]。

智能化壓實技術(shù)將壓縮性與彈性動力原理聯(lián)系起來，路基的彈性模量與路基的緊實度成正比，即越是松散的路基填料，其壓實系數(shù)就越低，從而使路基的彈性模量降低。由于路基的彈性模量發(fā)生明顯的改變，路基剛度越低，其回彈能力越弱，路基的彈性模量隨壓實次數(shù)的增多而提高。通過實驗，歸納出輪反力與緊實率的量化規(guī)律，在實時測量中實現(xiàn)壓實度的精準控制。這使得工程人員能夠根據(jù)反彈力實時調(diào)整壓實參數(shù)，確保路基壓實度的最佳狀態(tài)。

將信息監(jiān)測采集系統(tǒng)應(yīng)用于控制點與振動壓路機上，壓實儀與壓實輪相連，并構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)。通過采集壓實機械運動軌跡、振動輪反作用力、壓實層數(shù)等參數(shù)，進行實時信息監(jiān)測。GPS基站能夠精確地定位壓路機的位置，通過無線局域網(wǎng)，將實時監(jiān)測壓實數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時共享，使各個部門可以更好地協(xié)同工作。同時，系統(tǒng)提供了一個有效的監(jiān)控工具，使作業(yè)人員能夠更好地掌握施工情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。路基壓實硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 路基智能壓實技術(shù)特點

（1） 智能化。路基智能壓實技術(shù)通過利用先進的傳感器和算法，實時感知和檢測路基的施工狀態(tài)和壓實程度。傳感器能夠精確地測量土壤的密度、濕度、溫度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中。運用算法對數(shù)據(jù)進行分析，確定路基的壓實程度，并根據(jù)數(shù)據(jù)自動調(diào)整壓實設(shè)備的參數(shù)和操作。這種技術(shù)的實現(xiàn)，使得施工過程更加智能化和自動化，提高了施工質(zhì)量和效率。

（2） 施工成本較低。從單項工程的角度來看，傳感器設(shè)備和智能壓實系統(tǒng)的初始投入成本相對較高。然而，遠程監(jiān)測顯示功能使現(xiàn)場技術(shù)人員的需求大大減少，從而降低人力成本，同時也解決了現(xiàn)場可能面臨的安全風(fēng)險。此外，能夠?qū)Ρ∪鯀^(qū)域進行壓實檢測，不僅提高工程的質(zhì)量，也減少了施工成本。從整體上來看，使用智能壓實系統(tǒng)不僅可以提高工程的質(zhì)量和效率，同時也能夠有效地降低施工成本。

（3） 施工效率高。壓路機車載顯示系統(tǒng)是一種先進的工作輔助工具，能夠?qū)崟r、直觀地顯示路基壓實情況。通過高清晰度的圖像和數(shù)據(jù)展示，讓駕駛員和施工管理人員準確地了解路面壓實狀況，并防止由于作業(yè)不當而造成的超壓、欠壓、漏壓等不良現(xiàn)象。壓路機車載顯示系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)并糾正這些問題，從而提高施工過程控制力度和施工效率。

（4） 施工過程可追溯。在壓路機上安裝先進的傳感器設(shè)備，可以實時記錄各種與施工質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)。這些參數(shù)不僅具有精確度高、可靠性強的特點，而且能夠用于指導(dǎo)施工操作，確保施工質(zhì)量的可靠性。同時，這些參數(shù)還可以永久保存，為建立道路施工檔案提供詳實的資料，作為道路施工過程的完整記錄，為后續(xù)的道路建設(shè)提供有價值的參考。

3 公路工程建設(shè)中的路基智能壓實施工技術(shù)應(yīng)用

智能壓實施工機械設(shè)備與常規(guī)壓路機的構(gòu)造基本相同，區(qū)別在于增加了感應(yīng)裝置和分析顯示系統(tǒng)。通過對路面碾壓過程中的振態(tài)進行觀察和分析，可以對整個路面的壓實參數(shù)進行實時監(jiān)測。這種先進的設(shè)備不僅提高了壓實的質(zhì)量和效率，還能實時反饋壓實情況，使施工人員能夠及時調(diào)整壓實方案，確保施工質(zhì)量和安全性。

智能壓實系統(tǒng)由三大主要功能模塊組成：定位、數(shù)據(jù)采集與顯示。應(yīng)用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過GPS實現(xiàn)對壓路機各部件的精確定位與信息獲取。系統(tǒng)利用新型的測力裝置對壓路機的振動信號進行測量，并將其送至解調(diào)器，經(jīng)過分析計算后獲得精確的壓實參數(shù)。顯示系統(tǒng)能直觀地將所收集到的數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來，并將所收集到的壓實數(shù)據(jù)實時保存起來，便于使用者在任何時候都能看到并監(jiān)測實際壓實狀況。

3.1 設(shè)備檢查

在實施路基智能壓實施工技術(shù)之前，設(shè)備檢查是一個非常重要的環(huán)節(jié)。為了確保所收集資料的真實性與準確性，需要對裝載裝置及測量裝置進行認真檢驗。加載設(shè)備應(yīng)確保能夠提供穩(wěn)定和連續(xù)的負荷，而量測設(shè)備則需保證其能夠準確記錄施工過程中的各種數(shù)據(jù)。每一次施工之前，都要確認設(shè)備激振的頻率和裝置的固定情況。穩(wěn)定的激振頻率是保證壓實效果的關(guān)鍵，而牢固的設(shè)備安裝則可避免施工過程中的安全隱患。此外，還需要對設(shè)備的靈敏度和精度進行檢查，以確保采集的數(shù)據(jù)真實可靠。

在進行設(shè)備檢查時，應(yīng)采用專業(yè)工具和儀器進行測試和校準。例如，可以使用頻率分析儀來檢查激振頻率的穩(wěn)定性，同時使用激光測距儀等精密儀器來測量壓實層的厚度和密度等參數(shù)[2]。只有經(jīng)過嚴格的設(shè)備檢查并確認所有設(shè)備都符合要求后，才能開始實施路基智能壓實施工。

3.2 相關(guān)性校驗

在進行路基智能壓實施工時，需要進行相關(guān)性校驗，主要是為了檢驗壓實控制指標與驗收控制指標之間的關(guān)聯(lián)程度。這項任務(wù)需要將施工路段進行分割并設(shè)置試驗點，在碾壓時分別對不同的密實層進行不同的碾壓試驗，并對不同的密實層進行試驗研究。

對于每種壓實狀態(tài)，需要采集足夠的樣本進行檢測，數(shù)量不少于六組。采集的樣本需要具有代表性，能夠反映整個施工路段的路基壓實情況。通過將這些樣本的壓實控制指標與驗收控制指標進行相關(guān)性分析，可以得出相關(guān)系數(shù)r。如相關(guān)系數(shù)r≥0.7，那么可以認為這兩個指標之間存在較強的相關(guān)性。在此前提下，可進一步確定相關(guān)系數(shù)和連續(xù)壓實控制的目標值。這些目標值是根據(jù)實際施工情況和驗收標準來制定的，如表1所示，為后續(xù)的路基施工提供了指導(dǎo)和依據(jù)。通過路基智能壓實施工技術(shù)的應(yīng)用和對施工過程中的相關(guān)性校驗，可以確保公路工程建設(shè)中路基的壓實度達到最佳狀態(tài)，從而提高道路的安全性和使用壽命。

3.3 過程控制

在路基壓實中，壓實程度、壓實均勻性及壓實穩(wěn)定性是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。壓實程度是指路基材料被壓實的程度，這是確保路基強度和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。壓實均勻性是指路基材料在整個路基范圍內(nèi)被均勻壓實，以避免出現(xiàn)局部沉降和變形。壓實穩(wěn)定性是指經(jīng)過壓實后的路基能夠保持穩(wěn)定，不會因外部荷載和環(huán)境因素的變化而發(fā)生變形和破壞。

（1） 碾壓過程控制。采用通信技術(shù)對壓路機進行壓實次數(shù)及軌道的準確控制，以保證壓路機的壓實質(zhì)量。參考站通過對衛(wèi)星的信息接收，向流動站（壓路機）實時地發(fā)射差分信號。得到參考站的差分值后，通過進行實時組合計算，得到參考站與基準站間的基線偏差，即基線矢量。該基準矢量可用于實時準確地測定壓路機的位置[3]，從而達到對壓路機進行實時、高精度的定位，保證路面的壓實精度和穩(wěn)定性。

（2） 壓實過程控制。針對路基填筑材料的顆粒級配，提出相應(yīng)的壓實評定方法。結(jié)合室內(nèi)實驗結(jié)果，提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓實測試方法（ICMV），并構(gòu)建其與壓實度之間的映射關(guān)系。智能壓實檢測值（ICMV）能夠客觀地反映填料的壓實程度，避免傳統(tǒng)評價方法的主觀性和不確定性。

（3） 壓實均勻性控制。路基壓實均勻性是一項非常重要的工程指標，它直接關(guān)系到道路的安全性和使用壽命。為準確評價路基壓實均勻性，常采用智能壓實曲線作為評價指標。這種曲線可以實時記錄壓實過程中的數(shù)據(jù)，并且能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出一條反映路基壓實狀態(tài)的曲線。

在國外，已將壓實度的智能化檢出范圍限定在0.8～1.5以內(nèi)，并對壓實度的變化提出了嚴格的要求，要求變異系數(shù)小于20%。通過這樣的控制范圍來保證路基的壓實度達到最佳狀態(tài)，同時避免出現(xiàn)過壓實或欠壓實的情況。同樣，美國已將90%的壓實度測定值設(shè)定在0.9～1.2，而不低于0.8（ICMV）的觀測值。這種控制范圍能夠保證路基的壓實度達到較高的水平，同時避免出現(xiàn)不均勻的情況。

根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)狀，提出以壓實率在90%以上，壓實試驗結(jié)果誤差不超過0.1的細顆粒土為評定準則。對于粗粒土，由于其顆粒級配和形狀差異較大，ICMV波動范圍也相應(yīng)較大，建議采用ICMVi≥0.8（ICMV）作為評定標準。

（4） 壓實穩(wěn)定性控制。目前，在公路路基填筑過程中，壓實系數(shù)是公路路基填筑質(zhì)量的一個主要參數(shù)，回彈系數(shù)可作為路基填筑材料的參考依據(jù)。針對細顆粒土，利用實驗手段構(gòu)建壓實系數(shù)與回彈模量的對應(yīng)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，將壓實系數(shù)ICMVi≥（ICMV）作為路基評定的依據(jù)[4]。針對粗粒土，必須構(gòu)建智能壓實試驗數(shù)據(jù)與其沉降之間的關(guān)聯(lián)，待最末兩次壓實沉降及回彈模量都符合設(shè)計標準后，判定末次壓實試驗結(jié)果的變異速率能否滿足設(shè)計指標。這樣的質(zhì)量控制標準不僅考慮了路基的壓實度和回彈模量，還引入了智能壓實檢測技術(shù)，能夠更加全面地保證路基的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，公路工程建設(shè)中的路基智能壓實施工技術(shù)是一項重要的先進技術(shù)，通過智能化的監(jiān)控和控制系統(tǒng)，能夠有效地提高公路工程的質(zhì)量和安全性。該技術(shù)的運用可以減少人力成本，提高工作效率，并能夠更好地保證施工過程中的安全性和穩(wěn)定性。在未來的公路工程建設(shè)中，路基智能壓實施工技術(shù)將會發(fā)揮越來越重要的作用，為我國的公路交通事業(yè)作出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 趙富強，耿興謀，何挺，等.路基智能壓實控制系統(tǒng)中關(guān)鍵參數(shù)在高速公路工程中的研究與應(yīng)用[J].工程質(zhì)量，2019，37（2）：22-27.

[2] 左囡囡.公路工程建設(shè)中的路基智能壓實施工技術(shù)[J].電腦愛好者（普及版），2021（3）：1041.

[3] 謝蘭夫，洪祥水.紅砂巖質(zhì)土路基智能化壓實施工技術(shù)應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023，13（23）：189-192.

[4] 趙陽，王彤.路基智能壓實技術(shù)在某高速公路建設(shè)工程中的應(yīng)用研究[J].精品，2018（8）：157-158.

[作者簡介]龔綿濤（1988—），男，江西興國人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：公路橋梁。