智能壓實技術概述

張　剛（寧夏公路建設管理局,銀川　750011）

智能壓實技術概述

張剛
（寧夏公路建設管理局,銀川750011）

摘要：近年來，世界各地出現了許多重要的革新性的道路工程施工技術，智能壓實算是其中一項。智能壓實技術指在傳統壓路機上裝備集成的高精度GPS定位系統、加速度傳感器、機載監控/報告系統、以及用于HMA/WMA壓實反饋控制的紅外溫度儀等綜合測試系統，以達到有效提高壓實效率、減小施工變異性等效果的一項新型工程技術。

關鍵詞：智能；壓實；技術

1　技術背景

在道路工程施工中，壓實是確保道路達到良好長期性能指標的一個非常關鍵的環節。通過對不同道路結構層材料進行充分地壓實，可以使其具有足夠的強度和剛度去承受交通荷載和各種不利環境影響因素。在過去的許多年里，傳統的壓實設備和壓實技術對道路材料達到要求的壓實效果發揮了非常重要的作用。然而，這些傳統設備和技術也遇到了諸多難題，其中比較典型的有：因材料的變異性造成道路結構層的均勻性差（尤其是土基），鋪筑層含水量難以控制，低溫或溫度不均勻時施工困難（主要對熱拌瀝青混合料HMA和溫拌瀝青混合料WMA而言），縱向接縫難以壓實，還有就是缺少必要的反饋裝置來使壓路機駕駛員得以全過程知曉壓實的狀況。上述問題也進而導致了道路施工中的工效低、成本高、路面性能降低、道路使用壽命縮短，同時增加了養護和修復的費用。

過去10年來，世界各地出現了許多重要的革新性的道路工程施工技術，智能壓實算是其中一項，旨在解決傳統的壓實技術和壓實設備長期無法處理的一些難題。

2　技術概要

簡要地說，智能壓實是指采用裝備有整套測試系統的壓路機以有效提高壓實效果的一項技術。這里所指的整套測試系統包括：高精度的GPS系統，加速度傳感器，機載計算機報告系統，以及用于HMA 和WMA壓實反饋控制的紅外測溫儀。通過綜合的測試、文件傳輸和控制系統，智能壓路機可以做到對壓實過程進行實時監控和適時調整，還可以通過彩色編碼圖連續記錄，來顯示壓實遍數、壓實程度，進行溫度測量（對HMA和WMA），并準確記錄機械所處位置。

3　技術優點

在道路工程建設中，與傳統的壓實技術相比，智能壓實技術在減小施工變異性的同時，還具有一系列的優勢：

有助于優化人員和設備投入—承包商可以合理確定達到要求的壓實效果所需投入的人員、設備、壓實遍數等。

減小材料的變異性—采用智能壓路機，承包商可以更直接地監控材料的質量，更均勻的材料也從而最終減小施工質量的變異性。從長遠來講，這種低的材料變異性將使路面性能更優并且可以減少道路維修成本。

減少壓實和設備維修—智能壓實使得以更少的壓實遍數達到要求的壓實水平成為可能，進而能夠降低燃油消耗和設備磨損。

界定非壓實部位—智能壓實設備可以區分出那些沒有達到要求壓實度的區域，以便安排繼續壓實或挖除重鋪。

中間修正—采用智能壓實技術，可以在碾壓中間層位時修正存在的問題，以保證這些問題不會影響到路面表層。

施工記錄—連同碾壓過程中的GPS定位一道，智能壓實數據可以下載、存貯，以備日后工程參考。

此位置為本機機車單獨制動手柄在制動位時，重聯機車受機車間制動管軟管、總風軟管、平均軟管壓力控制，而發生作用的位置，其制動應和本機同步。

生成智能壓實底圖—承包商可以從中分辨薄弱環節，主要用于路面再生項目如銑刨、重鋪等。

便于現有設備升級改造—當前絕大多數壓路機均可通過加裝改造裝置，很方便地升級為智能壓路機。

4　采用智能壓實技術應考慮的事項

在采用智能壓實技術之前，承包商和相關機構需要考慮一些必要的事項：

設備投入—相較傳統的壓路機，在一項工程中采用新的智能壓路機費用增加約3-5%。在舊的設備上加裝集成的智能測試系統需要5-7.5萬美元，因客戶需求和制造商的不同而不同。這些費用不算低，但會因工效提高、廢料減少等，經過兩到三個項目即可得以彌補。

機械操作手的技能要求—采用智能壓實技術，需要對操作手和質量監管人員進行必要的培訓。這些培訓不會特別復雜或耗費時間，而且通常在購買、租賃時廠商都會提供培訓。

設備維護—這類振動壓實設備確實更加需要維護和校驗，但它們真是很結實。

5　詳細描述

智能壓路機與傳統壓路機的基本構造其實并無二樣，其主要區別在于安裝了定位系統、測試與控制系統，以及關于壓實狀況的顯示和文件傳輸系統。

因壓實材料不同，用于土基、底基層和基層材料的壓實設備與用于面層（HMA、WMA和磨耗層）設備的集成裝置略有不同，但均包括以下關鍵部件：

定位系統—即GPS系統，其天線安裝在壓路機駕駛倉頂部。

測試系統—加速度傳感器，安裝在設備機架靠近壓實輪的部位。它采集設備機架向下的加速度數據，這些數據則可以用于確定設備因材料壓實而引起的垂直位移量。

處理系統—通過測試設備機架的垂直位移量、壓路機的振幅、頻率和速度等信息，可以分析確定壓實的狀況。隨著設備的移動，處理系統會對壓實狀況做出適時、連續的描述。

顯示系統—通過設備駕駛倉內的視頻監控，可對壓實狀況進行適時監測，包括顯示的彩色數碼圖，可幫助駕駛員確定壓實遍數，顯示材料剛度、溫度（HMA/WMA）、頻率、振幅和行進速度等。

文件傳輸系統—智能系統還會對壓實過程進行全程存貯記錄，可以隨時下載用于分析或打印。

對于碾壓HMA、WMA的智能設備而言，絕大多數都附加安裝一種紅外傳感器，用于測量混合料的表面溫度。這些傳感器分別安裝在前、后輪上，它們對于優化碾壓過程很重要。

所有智能壓實設備給出的材料壓實狀況報告用的都是材料剛度而不是施工中常用的密度（壓實度），剛度其實更直接地表征材料抵抗彎、拉荷載的能力。目前，在智能壓實設備中表征材料剛度的標準方法尚未統一，因此，不同設備廠家的方法有所不同，但都表述材料的現場剛度，都直接反映結構層的壓實狀況。

6　制造廠商

目前在美國主要有6家廠商生產用于路基和基層材料的智能壓路機，它們分別是安邁（Ammann）、寶馬（Bomag）、卡特匹勒（Caterpillar）、戴娜派克（Dynapac）、悍馬-維特根（Hamm-Wirtgen）、酒井（Sakai）公司。其中寶馬、悍馬-維特根、卡特匹勒、酒井公司還生產HMA智能壓路機。

7　可用資源

目前關于智能壓實最好的網絡資源是www.intelligentcompaction. com，該網站除了提供關于絕大多數智能壓實主題的寶貴的最新信息外，還列有先前和當今的一些研究成果和進展、工程實例以及其他有用的鏈接。

其中一項很好的資源就是美國交通研究基金項目TPF-5（128）最終研究報告，包含了美國聯邦公路局和佐治亞等12個州關于智能壓實的實體工程（共16個）、開放式試驗、數次會議、人員培訓，以及關于幫助各州建立智能壓實技術規程的相關信息，這份報告可以從該網站下載。

8　結語

（1）智能壓實技術借助于集成的綜合測試系統，實現對壓實過程的全程智能管控。

（2）采用智能壓路機，可以更直接地監控材料的質量，有效提高結構層材料的均勻性，進而減小施工質量的變異性。

（3）智能壓實使得以更少的壓實遍數達到要求的壓實水平成為可能，進而能夠降低燃油消耗和設備磨損。

（4）相較傳統的壓路機，采用新的智能壓路機費用增加約3-5%，在舊的設備上加裝集成的智能測試系統在美國目前需要5-7.5萬美元，因客戶需求和制造商的不同而不同。當前絕大多數壓路機均可通過加裝改造裝置，很方便地升級為智能壓路機。

參考文獻：

[1]U.S. Department of Transportation FHWA. Tech Brief–Intelligent Compaction Executive Summary[S].Summer 2013.

[2]FHWA Pooled Fund Study TPF-5 (128) Final Report.

作者簡介：張剛（1974-），男，寧夏吳忠人，工學碩士，高級工程師，研究方向：道路工程、交通安全工程。