在實際工程中對壓實度連續檢測技術的研究

馮耘耀

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 401120)

0 引言

隨著我國工程建設的發展，傳統壓實度檢測方法的缺點越來越突出，不符合工程信息一體化、關聯化、協調化等時代新要求。

針對以上內容，本文介紹了振動壓路機實時連續檢測技術，并在秦京高速進行了試驗與研究，提出了一種新的加速度與壓實度的回歸曲線，豐富了該技術的數據庫，并提供了工程實踐經驗，方便以后學者的參考與研究。

1 技術簡介

壓實度連續檢測技術是一種公路質量無損檢測的新技術，把動態信號采集儀采集的加速度信號與實際工程測得壓實度進行數據分析，建立加速度與壓實度的回歸曲線，實現施工人員對壓實度的實時監控，保證施工質量。

1.1 原理與內容

1.1.1 技術原理

數學分析:

假設壓路機勻速前進[1]、車身車輪和受壓土體可以看做質量塊[2]、并簡化為平面模型[3][4]，結合模型經過數學分析[5][6]，壓路機工作時土的剛度和孔隙比的關系比為[7][8]：

式中：e—孔隙比；ν—土泊松比；β—振動輪觸地角；R—振動輪半徑；L—振動輪寬；σ0—平均固結壓力；dε—應變

土的阻尼計算式如下[9][10]：

式中：m2--振動輪質量；R--振動輪半徑；ρ--振動作業時土的密度

綜合（1.1）（1.2）兩式可知：隨著壓路機壓實作業進行，加速度信號強度與土的剛度呈正比、與土的阻尼成正比，即加速度值與壓實度值為正相關，用加速度值來研究壓實好壞是科學合理的。

1.1.2 技術內容

（1）分析研究振動加速度信號與壓實度的理論基礎。（2）數學分析加速度信號與壓實度的關系。

（3）分析信號處理方法，并得到壓實度連續檢測方法。

（4）進行試驗，建立壓實度與振動加速度回歸公式，完善檢測方法。

1.2 試驗儀器

（1）壓路機參數

采用16噸及以上壓路機，工作頻率20～50HZ，碾壓寬度2米。

（2）加速度傳感器的選型

采用江蘇東華測試公司研制的壓電式加速度傳感器。產品型號為1A113E。

（3）采集儀型號及參數

采用江蘇東華公司研制的 DH5902堅固型動態數據采集儀，能和壓電式傳感器配合測量動態加速度。

1.3 試驗方案

為了驗證壓實度連續檢測技術實際應用效果，本文結合正在建的秦京高速路段進行了一次實際應用試驗，具體試驗方案如下：

（1）實驗室試驗

通過實驗室內的標定試驗檢驗動態信號采集儀和加速度傳感器是否完好以及數據采集是否準確。

（2）現場試驗

在現場試驗過程中，將加速度傳感器粘接在壓路機輪上，動態信號采集儀安放在駕駛內，再與計算機相連，并現場用灌砂法采集壓實度值，直到壓實度值符合要求。

（3）實驗數據分析處理

對壓實過程中采集的加速度數據和壓實度值進行分析，得出結論。

3 數據分析

3.1 土的擊實試驗

本次試驗采用重型試驗標準，所測得的最佳含水量為10.11%，最大干密度為1.935g/cm3。

3.2 現場試驗數據采集

（1）現場壓實度測試

現場試驗中振動壓路機每進行一次壓實就采集一次壓實度，現場采用的是酒精燃燒法測得壓實度值其結果如表3.1。

（2）加速度信號采集

利用動態信號采集儀，在壓路機前進0.25m時采集一次數據，之后每隔0.5米采集一次，現場每一次施工段為10m左右，于是每壓實一遍共采集13次數據，并對壓實度進行平滑降干擾處理得到加速度有效值其結果如表3.1。

由以上數據不難看出，壓實度的值是隨著壓實遍數增加而呈現總體上漲的趨勢，由于本文采用的動態采集儀已經略去了現場聲波的影響，于是每一遍壓實度有效值取數據的平均值計算。如下表所示。

表3 .1實測壓實度值與有效加速度值

而由1.1.1可知壓實度與加速度信號成正比關系，本文采用線性回歸方式建立回歸曲線。

設x代表加速度值，y表示壓實度值，則可以求得回歸曲線，計算過程不必贅述,于是得到加速度與壓實度的線性回歸方程,相關性系數0.98。

4 結論與不足

4

.1主要結論

（1）加速度信號與壓實度之間存在正相關關系，且用加速度信號來表征壓實度的值是正確可行的。

（2）建立了加速度與壓實度的回歸曲線，豐富了該技術的數據庫，為以后的學者研究提供了實際應用依據。

4.2 不足與改進

（1）加速度傳感器的布置點可能對實驗結果有影響，本文沒有具體討論。

（2）試驗過程氣候穩定，沒有考慮氣候變化引起的濕度、溫度變化對試驗結果的影響。

[1]秦四成.振動壓路機振動壓實及其系統動力學研究[D].吉林：吉林工業大學，1998.

[2]Grabe.J，Vrettos, Chr.:Dispersion Measurements to EstimateCompaction Effect on GrannularSiols. Proc，4thInt. Conf. SiolDynamics and Earthquake Engineering, Mexico City, 1989.

[3]Lars Forssblad, Vibratory Soil and Rock Fill Compaction. Sweden. Stockholm.1981.

[4](瑞典)L.福斯布拉德，甘杰賢，盧錫忠等.土石填方的振動壓實[M].北京：人民交通出版社，1986.

[5]Kundt, M.ZurOptimierung der veranderlichen Maschinenparameter und Vibrationswalzen; Dissertation, TU Magdeburg,1987.

[6]張漲，聞邦椿.振動壓路機壓實機理的研究[J].建筑機械，2000,(3)：25-27.

[7]Duncan.nonlinear analysis of stress and strain in soil .J Soi1 Mech and Found .ASCE 1996(5).

[8]程耀東.機械振動學[M].浙江：浙江大學出版社，1988.