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摘要：随着我国经济的发展和交通事业的繁荣，进一步扩大了我国公路建设规模，也因此提高对路基压实质量的要求。在公路修筑的过程中，需要采用机械碾压公路路基填土，从而使路基填土能够达到一定等级的压实度。为了能够尽可能地降低公路路基施工后出现的沉降状况，确保其稳定性，需要采用真实可靠的检测技术反映公路路基实际压实状况。本文对振动轮与路面压实材料之间的动力学关系进行简要地分析，从而建立相关模型，能够间接地反映出土壤实际压实状况。
关键词：压实度；自动检测技术；实际应用
由于公路路面对车辆直接承受荷载作用，因此公路路基压实度状况能够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，如浪费时间与精力，且准确度不高，难以准确地反映公路路基压实状况。目前对公路路基压实度检测技术包括环刀法、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，但缺点在于测试周期较长，且属于破坏性测量方法；采用预埋加速度计法在实际应用中只能使用一次加速度计。这些检测房子属于静态抽样检测方法，因此难以全面且准确地反映出作业区的压实状况。本文对振动压路机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。
一、压实度自动检测技术
（一）动力学模型
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，从而建立一个动力学模型。一般来说，振动轮与机架在振动压实的过程中，不会出现变形、错位以及等效等刚性运动状况，但被压实材料与减震器会出现塑形与弹性变形状况。因此，对振动轮与机架运动规律可以采用动力学模型进行描述，而减振器可以采用弹簧与阻尼进行描述。
激振力的形成原因主要在于振动压路机的振动轮内在旋转的过程中偏心质量所导致的横向离心力，因此在压实作业中振动轮的运动状况属于多方位空间运动。但由于振动力与净重压力只有在垂直方面才会产生振动压实效果，压实效果特别是主要作用于表层以下。这就要求在建模的过程中，只需要重点考虑到垂直方向的运动状况，振动压实过程动力学模型如图1所示。
图1 动力学模型
图中m1、m2、m3分别表示为车架、振动轮以及土体随动质量；k1、k2分别表示为振动轮减振器以及沥青混合料弹性刚度；c1、c2分别代表振动轮减振器以及振动轮与沥青混合料阻尼；x1、x2分别代表车架以及振动轮瞬时位移；w代表偏心块旋转角速度；Fs代表接触力；F0=Mew2。
公路路面振动压实状况主要包括A、B以及C三个阶段，此模型考虑到公路路基质量对压实状况影响，能够较为准确地反映公路路面压实过程。在这三个阶段中最为重要的阶段为B阶段，主要原因在于路基压实过程中最为重要的是路面压实状况。其中A阶段主要是指非线性塑形应变阶段，公路路面在此阶段会产生较大的塑形应变状况，同时会在一定程度上增加路面压实度与沥青混合料弹性模量，并减小阻尼吸收能量。B阶段主要是指线性弹性应变阶段，公路路面材料在此阶段需要进一步密实，同时在一定程度上增加其弹性，减少塑形。并且在振动压实过程中振动能量会由接触区域扩散至周围区域，图1振动压实中组成部分包括上下两个部分，上部分为振动压路机与振动轮，下部分为路面沥青混合料。C阶段主要是指刚性应变阶段，在此阶段中公路路面已经被压实且不会出现变形，若继续对公路路面进行振动压实，则会在压实的过程中出现跳振的状况。如此便会对铺层造成冲击，击碎公路基层大颗粒，从而使得公路内部结构松动并将级配进行破坏。最终在一定程度上影响公路路面的质量、强度以及结构，在此阶段应该停止压实工作。
（二）方案设计
对公路路基压实度自动检测系统的设计方案主要采用的是标准系列硬件，具有功能非常齐全的模块。公路路基振动压实的过程非常复杂，具有较多的不确定因素，这就要求在硬件的选择上需要尽可能地挑选具有较强使用能力。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包括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。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符合国家相关标准。系统构成部分主要包括信号输入、处理以及输出单元，系统结构如图2所示：
图2 系统结构
其中信号输入单元由速度及温度传感器组成；信号处理单元作为压实度检测系统最为核心的部分，主要包括信号放大、过滤、转换以及分析，最后为电压信号输出；在信号输出单元主要是为现场人员提供数据实时显示，并且能够通过无线传输供于工作人员进行远程监控。当对收集到的信号进行处理分析后，为了核实公路地基压实度的准确性，需要采用大量的传统方法进行核实。因此，这就要求不断地改进压实度检测计算方法。此系统在检测公路地基压实度的过程中，为了能够确保压实材料受到均匀激振力，就需要在检测的过程中确保振动压路机实现匀速行驶状况，并确保振动频率与振幅的平稳。
二、检测技术实际应用
对某高速公路采用本次研究自动检测设备，该高速公路路段属于基层二灰碎石面。路段的平均含水量在8.6%左右，标准干密度为2.2g/cm3左右，且施工现场的温度在35℃左右。测试结果如图3所示：
图3 测试结果
本次结果说明，随着压实度的变化振动加速度也会随之变化，两者之间相关，通过插值可以间接地反映出公路路基的压实状况。当压实度自动检测仪显示振动加速度出现下降状况是，则说明出现过压状况。此时应该立即停止压实工作，因此此种方式不仅能节省时间，也能显著地提高工程质量，实时检测具有较高的优越性。
三、结束语
传统对路基压实度的检测方法具有很多缺陷，如浪费时间与精力，且准确度不高，难以准确地反映公路路基压实状况。本次研究自动检测仪不仅有效地解决了传统检测技术存在的问题及缺陷，也能实时地检测公路地基的压实度，从而能够实时地控制公路工程施工质量。
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论文作者:范瑞迪
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/10
标签：压实论文; 路基论文; 公路论文; 状况论文; 路面论文; 过程中论文; 压路机论文; 《基层建设》2016年11期论文;