公路工程建設中的路基智能壓實施工技術

陶然

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司）

1 引言

傳統路基壓實施工中，壓實程度依靠有經驗施工員確定，壓實遍數依靠人工計數，存在漏壓、超壓、壓實不均勻等問題。在公路工程建設中，通過引入智能壓實施工技術實現施工參數實時采集和記錄，為提高路基施工質量提供參考依據。

2 路基智能壓實施工技術原理

智能壓實工作原理是通過壓路機滾輪自重和滾輪上激振裝置所形成合力來擠壓路基填料，減小骨料間空隙，增大集料間摩擦力，實現路基壓實。路基智能壓實基于彈性動力學理論和無線傳輸技術[1]。路基彈性剛度與路基壓實度正相關，路基填料越疏松其壓實度越低，路基彈性剛度越小，振動輪反彈力度越小。隨著壓實遍數增多，路基彈性剛度增大，通過多次試驗可總結出振動輪反彈力與壓實度的定量關系，從而實現壓實度實時測量。

在路基壓實施工中建立信息檢測采集系統，在控制點和振動壓路機上分別安裝GPS基站，在振動輪上安裝壓實傳感器并組建無線局域網，實現壓實機械軌跡、振動輪反彈力和碾壓遍數等數據的記錄。通過無線傳輸將采集信號統一傳輸到駕駛室的顯示控制器上，引導作業人員進行施工。

3 路基智能壓實技術主要技術特點

3.1 路基智能壓實與傳統施工方法的對比

路基智能壓實施工技術相對于傳統壓實技術，在智能控制、數據記錄和施工成本等方面存在不同點（見表1）。

表1 不同施工方法對比結果

3.2 主要技術特點

1）施工過程實時控制

通過借助無線傳輸技術建立智能壓實系統，實現壓實速度、壓實溫度、壓實厚度、壓實軌跡和壓實厚度等參數的實時記錄并顯示，在施工過程中發現問題并及時解決。現場施工作業人員通過顯示系統準確掌握施工狀態，并有針對性地調整施工計劃，一定程度上避免因操作失誤導致的各項問題。

2）施工過程可追溯

在壓路機上裝載傳感器設備，實時記錄不同施工質量參數，這些參數不僅用于指導施工還能永久保存，建立道路施工檔案，供后期道路運維階段使用。

3）施工效率高

壓路機車載顯示系統可實時直觀地顯示路基壓實情況，避免操縱原因導致超壓、欠壓、漏壓等施工質量問題，對于出現的質量問題可及時發現并糾正，提高了施工過程控制力度，提高了施工效率。

4）施工成本較低

從單項工程來看，傳感器設備和智能壓實系統一次投入較高，但智能壓實系統可實現遠程檢測顯示，大大減少現場技術人員的投入，同時實現薄弱區域壓實檢測，提升了合格率，從一定程度上減小了施工成本。在多個項目施工中，會因工效提高、廢料減少等彌補設備的投入成本。

4 智能壓實施工技術組成及工藝操作流程

4.1 智能壓實施工技術的組成

智能壓實施工機械設備與傳統壓路機設備相同，主要區別是增加了傳感器設備和分析顯示系統，智能壓實通過記錄振動輪的力學狀態進行分析計算，實現全路基壓實指標采集和實時掌握。

智能壓實控制系統由定位、采集和顯示三大功能部分組成。定位系統基于GNSS技術，通過GPS定位和接收實時采集壓路機設備的位置信息。采集系統采用加速度傳感器采集壓路機振動輪上振動信號，傳輸到解調器上進行分析計算。顯示系統是對采集信號的可視化展示，對壓實信息進行打印和自動存儲。

4.2 路基壓實施工技術工藝操作流程

4.2.1 設備檢查

為保證采集數據的真實性和準確性，需對加載與量測設備進行檢查。每次施工前應檢查激振頻率是否穩定、設備安裝是否牢固等。

4.2.2 相關性校驗

分割施工段并設置試驗點，在碾壓過程中分別對輕度碾壓、中度碾壓和重度碾壓三種密實狀態進行壓實控制指標CMⅤ測定，并與驗收控制指標進行相關性校驗。每種壓實狀態下檢測數量不小于6組。當相關系數r≥0.7時，確定相關系數和連續壓實控制的目標值（見表2）。

表2 相關程度參考準則

4.2.3 過程控制

在路基壓實過程中需對壓實程度、壓實均勻性和壓實穩定性進行過程控制。

1）碾壓過程控制

在路基智能碾壓過程中需借助通信技術對碾壓遍數、碾壓軌跡進行控制。基準站接收到衛星信號并將差分信號實時發給流動站（壓路機）；流動站接收機將接收到的衛星信號和基準站差分信號實時聯合解算，求得基準站和流動站間坐標增量（基線向量），實現壓路機實時精確定位。

2）壓實程控制

根據路基填料粒徑大小采用不同壓實度評價方法。對于細粒土，通過現場試驗規律總結出智能壓實檢測值（ICMⅤ），并與壓實度建立對應關系。通過設立智能壓實目標值（ICMⅤ）來判斷檢測區域的壓實度是否達標。對壓實度不達標的區域應分析原因并改進，如提升碾壓作業工序、換填料、調整含水率等。對于細粒土，常采用沉降差來評價壓實質量控制標準。

3）壓實均勻性控制

路基壓實均勻性常用壓實過程中所記錄的智能壓實曲線來評價。在國外，奧地利將智能壓實檢測值控制在0.80（ICMⅤ）～1.50（ICMⅤ），且變異系數小于20%。美國將90%壓實數據定在0.9（0ICMⅤ）～1.20（ICMⅤ），且沒有小于0.80（ICMⅤ）的數據作為評價標準。綜合國內外，建議細粒土按照路基壓實度大于90%，且智能壓實檢測值波動范圍控制在0.10（ICMⅤ）以內。對于粗粒土，由于顆粒級配和形狀差異較大，ICMⅤ波動范圍也大，故采用ICMⅤi≥0.8（0ICMⅤ）。

4）壓實穩定性控制

公路規范已形成壓實度和路基回彈模量雙指標路基質量控制標準。壓實度控制壓實質量，回彈模量指導路基填料選擇。對于細粒土，通過試驗方法建立壓實度與回彈模量關系，在壓實度和回彈模量均滿足規范的前提下，通過采用壓實控制指標ICMⅤi≥（ICMⅤ）來控制路基穩定性。對于粗粒土，要建立智能壓實檢測值（ICMⅤ）與沉降量的相關關系，當最后兩遍碾壓的沉降差和路基回彈模量均滿足規范要求時，再判斷最后兩遍碾壓的智能壓實檢測值（ICMⅤ）變化率是否滿足要求。

5）質量檢測

在碾壓工作結束后要對路基壓實質量進行檢測。壓實質量檢測文件應包括紙質資料和電子文檔；施工過程中最后一遍碾壓的數據應作為存檔資料；壓實程度示意圖中△CMⅤ分組間距應為對應常規檢測值的10%。施工過程中，每種填料可按照每20000m2取3個點，其中1個點應在薄弱區域，路床驗收時按驗評標準要求進行常規質量驗收。

5 結語

在國內，路基智能壓實施工技術是一種新施工技術，尚處于初始階段，理論和實踐研究相對匱乏。智能壓實施工技術在施工過程控制、施工過程記錄、提升施工效率、降低施工成本等方面具有較大的優勢，但實際運用中需在數據傳輸和簡化操作等方面改善提升。實際施工運用過程中，需施工技術人員不斷總結經驗，進一步規范和提升智能壓實施工技術的施工應用。