智能壓實度檢測設(shè)備在公路路基施工質(zhì)量控制中的實踐

【關(guān)鍵詞】智能壓實度檢測設(shè)備；公路路基；質(zhì)量控制

引言

在公路工程建設(shè)中，路基壓實質(zhì)量是保障道路結(jié)構(gòu)安全與耐久性的核心環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)壓實度檢測方法以抽樣點測為主，如環(huán)刀法、灌砂法等，不僅耗時耗力，且受限于檢測頻率與范圍，難以全面反映路基整體壓實狀態(tài)。隨著我國交通建設(shè)向高標準、智能化轉(zhuǎn)型，對路基施工質(zhì)量的動態(tài)管控提出了更高要求。智能壓實度檢測設(shè)備的出現(xiàn)，為解決這一難題提供了全新方案。其依托振動信號分析與連續(xù)壓實控制技術(shù)，可實時捕捉路基壓實過程中的力學(xué)響應(yīng)，將離散檢測升級為全程連續(xù)監(jiān)測，實現(xiàn)壓實質(zhì)量的即時評估與反饋。這種技術(shù)革新不僅突破了傳統(tǒng)方法的時空限制，還能通過數(shù)據(jù)驅(qū)動優(yōu)化施工參數(shù)，確保路基壓實的均勻性與穩(wěn)定性。

一、智能壓實度檢測設(shè)備概述

（一）設(shè)備工作原理

智能壓實度檢測設(shè)備主要基于振動原理和連續(xù)壓實控制原理實現(xiàn)對壓實度的精準檢測。

基于振動原理的檢測，核心在于分析振動壓路機振動輪的加速度信號與壓實度的關(guān)聯(lián)。在壓實作業(yè)時，振動輪與被壓實材料相互作用。當壓實度較低，材料較為松散時，振動輪的振動能量易被材料吸收，其加速度響應(yīng)較小且變化相對平緩；隨著壓實度增加，材料逐漸密實，對振動輪的約束增強，振動輪的加速度信號會發(fā)生顯著變化，具體表現(xiàn)為加速度幅值增大、頻率成分改變等。通過在振動輪上安裝高精度加速度傳感器，實時采集加速度信號，并運用特定的算法模型對信號進行處理分析。這些算法綜合考慮了振動輪的參數(shù)（如質(zhì)量、偏心塊等）、振動頻率以及材料的特性等因素，將加速度信號轉(zhuǎn)換為與壓實度直接相關(guān)的數(shù)值，從而實現(xiàn)對壓實度的定量檢測[1]。

連續(xù)壓實控制原理則構(gòu)建了一套完整的實時監(jiān)測與反饋系統(tǒng)。該系統(tǒng)在壓路機上配備多種傳感器，除了加速度傳感器外，還包括位移傳感器、壓力傳感器等。位移傳感器用于測量振動輪的振動幅度，壓力傳感器可獲取壓實過程中的壓力變化。這些傳感器實時采集的數(shù)據(jù)被傳輸至中央處理單元，經(jīng)過復(fù)雜的信號處理和數(shù)據(jù)分析，生成反映壓實質(zhì)量的連續(xù)壓實曲線。此曲線能夠直觀展示壓實度隨碾壓位置、碾壓遍數(shù)的變化情況。根據(jù)預(yù)設(shè)的壓實質(zhì)量標準，系統(tǒng)會自動生成控制信號。若檢測到某區(qū)域的壓實度未達標，控制信號會反饋給壓路機操作人員，提示調(diào)整施工參數(shù)，如增大振動頻率、減慢碾壓速度或增加碾壓遍數(shù)等；也可與壓路機的自動控制系統(tǒng)集成，實現(xiàn)施工參數(shù)的自動調(diào)整，確保整個路基的壓實質(zhì)量均勻一致，滿足工程要求。

（二）設(shè)備類型與特點

比較常見的智能壓實度檢測設(shè)備主要有基于振動加速度的壓實度儀和連續(xù)壓實控制系統(tǒng)等類型。基于振動加速度的壓實度儀結(jié)構(gòu)較為簡單，其組成有加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理與顯示單元。該設(shè)備主要通過測量振動壓路機振動輪的加速度信號來計算壓實度，其檢測精度較高，可以很好的滿足現(xiàn)代工程路基施工壓實度檢測需求。在實時性中，該設(shè)備在壓路機施工方面可以實時采集數(shù)據(jù)，同時快速計算出壓實度值，可以為施工人員提供相應(yīng)的壓實質(zhì)量信息。

連續(xù)壓實控制系統(tǒng)相比基于振動加速度的壓實度儀，功能更加強大全面。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)簩嵍葘崟r監(jiān)測，還可以對路基壓實均勻性實時評估，結(jié)合生成的壓實質(zhì)量分布云圖，能夠直觀呈現(xiàn)路基不同位置的壓實狀況。在精度方面，連續(xù)壓實控制系統(tǒng)采用了先進的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法，能夠更準確地反映路基的壓實質(zhì)量。實時性方面，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對壓實過程的全程連續(xù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)更新頻率高，能夠及時捕捉到壓實質(zhì)量的細微變化[2]。在適用范圍方面，該系統(tǒng)特別適用于壓實質(zhì)量要求較高以及施工復(fù)雜的大型路基施工項目。

二、路基壓實質(zhì)量標準

公路路基壓實度有嚴格的相關(guān)標準和規(guī)范要求。等級不同的公路對路基壓實度的要求也不同，高速公路和一級公路作為交通流量大、承載能力要求高的道路，對路基壓實度的標準更為嚴格。通常，其上路床（0～0.8 m）的壓實度要求不低于96%，下路床（0.8～1.5 m）的壓實度要求不低于95%，上路堤（1.5 m以下）的壓實度要求不低于94%。二級及以下等級公路的壓實度標準相對較低，但是需要能夠滿足有關(guān)規(guī)范要求，保證能夠滿足道路的基本使用性能。

不同土質(zhì)路基的壓實度標準值也不同。相對于黏性土路基，因為其顆粒細小、黏聚力較大，壓實難度相對較高，壓實度標準一般要求達到90%～95%；砂性土路基顆粒較粗、透水性好，壓實度標準通常在92%～96%之間；粉性土路基介于黏性土和砂性土之間，壓實度標準一般為91%～94%。

壓實度與路基強度、穩(wěn)定性和耐久性密切相關(guān)。壓實度良好能夠使得路基材料顆粒間保持更為緊密，孔隙率減少，從而可以將路基強度提升。并且，良好的壓實度還可以將路基的穩(wěn)定性增強，以此將路基在車輛荷載和自然因素作用下發(fā)生變形、沉降的風險降低。除此之外，壓實度達標還能有效提高路基的耐久性，減少水分、空氣等對路基材料的侵蝕，延長公路的使用壽命。因此，確保路基壓實質(zhì)量對公路的整體性能有著很重要的作用。

三、影響路基壓實質(zhì)量的因素

（一）土質(zhì)因素

不同的土質(zhì)壓實特性有著顯著差異。對于黏性土顆粒細小，黏聚力大，內(nèi)摩擦角小，在壓實過程中，顆粒間的相對移動較為困難，需要較大的壓實功才能達到較好的壓實效果。并且黏性土含水量對壓實質(zhì)量有很大影響，當含水量較高時，土粒之間充滿水分，形成水膜，阻礙土粒的靠近和壓實；含水量太低時，土粒間摩擦力較大，很難壓實。砂性土顆粒較粗，透水性好，顆粒間的摩擦力較大，在壓實過程中，顆粒容易相互嵌擠，壓實相對容易，但砂性土缺乏黏聚力，若壓實不足，容易出現(xiàn)松散現(xiàn)象。粉性土的性質(zhì)介于黏性土和砂性土之間，其毛細現(xiàn)象顯著，在潮濕環(huán)境下容易吸水軟化，導(dǎo)致壓實質(zhì)量下降。

（二）壓實機械因素

壓實機械的類型、重量、振動頻率、振幅等參數(shù)對壓實效果有著重要影響。不同的壓實機械適用于不同的土質(zhì)和施工條件。比如，靜力式壓路機主要應(yīng)用于壓實各種黏性土和非黏性土的路基，但壓實效率較低；振動壓路機主要通過振動作用，使土顆粒產(chǎn)生共振，可以提高壓實效果和效率，適用于壓實砂性土和半剛性基層。壓實機械的重量越大，對路基施加的壓力就越大，能夠使路基材料更加密實，然而過重的機械會對地基造成破壞。振動頻率和振幅對壓實效果也會有影響，合適的振動頻率和振幅能夠使土顆粒在振動作用下更有效地相互嵌擠，提高壓實度，但過高或過低的振動頻率和振幅都可能造成壓實效果不佳。

（三）施工工藝因素

碾壓速度、碾壓遍數(shù)、碾壓方式等施工工藝參數(shù)對壓實質(zhì)量起著決定性作用。碾壓速度太快，會使得壓路機振動作用不能充分地傳遞到路基材料中，使壓實度不充分；碾壓速度較慢，對施工進度會產(chǎn)生影響，從而增加施工成本。碾壓遍數(shù)和壓實度呈正比，在一定范圍內(nèi)，隨著碾壓次數(shù)的增加，壓實度逐漸提高，但在達到相應(yīng)次數(shù)后，繼續(xù)增加碾壓次數(shù)，壓實度提高不明顯，甚至可能因過度碾壓導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)破壞。碾壓方式包括直線進退法、螺旋形碾壓法、交叉碾壓法等，不同的碾壓方式對路基的壓實均勻性有不同的影響，合理選擇碾壓方式能夠提高路基的整體壓實質(zhì)量。

四、智能壓實度檢測設(shè)備在公路路基施工中的應(yīng)用實踐

（一）工程概況

某公路為雙向六車道，設(shè)計時速120 km/h，屬于國家級交通干線。項目路線長度為50 km，路基寬度為34.5 m。該項目區(qū)域地質(zhì)條件比較復(fù)雜，沿線分布有黏性土、砂性土和粉性土等多種土質(zhì)，部分路段還存在軟土地基。該項目對于路基的壓實質(zhì)量較高，上路床壓實度要求不低于96%，下路床壓實度要求不低于95%，上路堤壓實度要求不低于94%。基于地質(zhì)條件比較復(fù)雜以及土質(zhì)多樣化，在施工中存在很多挑戰(zhàn)，比如，不同土質(zhì)的壓實參數(shù)難以準確把握、軟土地基處理后壓實質(zhì)量很難保證、傳統(tǒng)檢測方法很難滿足大規(guī)模快速施工的質(zhì)量控制需求等。

（二）智能壓實度檢測設(shè)備的選型與配置

按照工程實際特征以及需求，采用連續(xù)壓實控制系統(tǒng)作為智能壓實度檢測設(shè)備。選型依據(jù)為：項目對壓實質(zhì)量要求高，需要對整個路基的壓實均勻性實施全面評估，連續(xù)壓實控制系統(tǒng)能夠滿足這一需求；該連續(xù)壓實控制系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)為：加速度傳感器精度為±0.1 m/s2，數(shù)據(jù)采集頻率可達100 Hz，可以對振動響應(yīng)信號進行快速準確的采集；數(shù)據(jù)處理單元通過高性能處理器，其處理能力較強，可以在很短的時間內(nèi)將復(fù)雜的算法運算完成，實時輸出壓實度值和壓實質(zhì)量分布云圖。

在設(shè)備配置方案中，每臺振動壓路機的振動輪上安裝4個加速度傳感器，均勻分布在振動輪表面，從而保證可以全面采集振動輪的振動響應(yīng)信號。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)置在壓路機駕駛室內(nèi)，便于操作人員對壓實質(zhì)量信息實時查看。同時，通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至項目部的監(jiān)控中心，使得管理人員可以對整個施工過程進行遠程監(jiān)控和管理[3]。

（三）施工過程中的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集

在路基壓實施工中，智能壓實度檢測設(shè)備開始實施監(jiān)測。加速度傳感器持續(xù)采集振動壓路機振動輪的振動信號，將所采集的模擬信號通過電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，傳輸至數(shù)據(jù)處理單元。

數(shù)據(jù)處理單元運用預(yù)設(shè)的算法和數(shù)學(xué)模型，對所采集到的振動信號進行分析和處理，計算出每個測點的壓實度值。同時，系統(tǒng)將壓實度數(shù)據(jù)與地理坐標信息相結(jié)合，生成壓實度隨碾壓遍數(shù)、位置變化的圖表和曲線。例如，以碾壓遍數(shù)為橫坐標，壓實度為縱坐標，繪制壓實度隨碾壓遍數(shù)增加的變化曲線；以路基里程為橫坐標，壓實度為縱坐標，繪制不同位置處的壓實度分布曲線。這些圖表和曲線可以直觀地呈現(xiàn)壓實度在施工中的變化情況，從而為施工人員和管理人員提供清晰、準確的壓實質(zhì)量信息[4]。

（四）數(shù)據(jù)反饋與動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)

施工人員和管理人員可以通過顯示與反饋裝置對壓實度數(shù)據(jù)和相關(guān)圖表進行實時查看。若是發(fā)現(xiàn)某個區(qū)域的壓實度沒有達到所預(yù)設(shè)的壓實質(zhì)量標準時，數(shù)據(jù)處理單元能夠自動發(fā)出預(yù)警提示。按照實時監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合路基土質(zhì)以及壓實機械等因素，從而及時向施工人員進行壓實狀況的反饋。比如，當檢測到某段砂性土路基壓實度不足時，分析原因可能是碾壓速度過快或振動頻率不合適。此時，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋結(jié)果，動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，將碾壓速度從原來的4 km/h降低至3 km/h，同時將振動頻率從30 Hz提高至35 Hz。通過這種方式，根據(jù)實際壓實情況及時調(diào)整施工參數(shù)，確保路基壓實質(zhì)量達到要求[5]。

（五）施工質(zhì)量控制效果評估

對比采用智能壓實度檢測設(shè)備前后路基壓實質(zhì)量的變化情況，通過對大量壓實度檢測結(jié)果的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，采用智能壓實度檢測設(shè)備后，路基壓實度的合格率從原來使用傳統(tǒng)檢測方法時的85%提高到了98%。在平整度指標方面，采用智能檢測設(shè)備后，路基平整度的標準差從原來的15 mm降低至8 mm，顯著提高了路基的平整度。在施工效率提升方面，智能壓實度檢測設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)壓實過程的實時監(jiān)測，避免因為傳統(tǒng)檢測方式不準確而導(dǎo)致停工，將施工進度提高了約30%。在成本降低中，可以將存在的壓實質(zhì)量問題及時發(fā)現(xiàn)和糾正，避免由于壓實不足而產(chǎn)生返工費用。在確保施工安全中，智能檢測設(shè)備可以將施工人員在危險區(qū)域進行檢測作業(yè)的次數(shù)減少，從而將安全風險降低[6]。基于此，智能壓實度檢測設(shè)備在公路工程路基施工中對于施工質(zhì)量以及施工效率能夠提升，并且可以降低施工成本，確保施工安全方面有著很重要的作用。

結(jié)語

在公路路基施工中，智能壓實度檢測設(shè)備呈現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。其不但能夠打破傳統(tǒng)檢測方式的局限性，還可以實現(xiàn)對壓實過程的實時精準監(jiān)測，并能根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對施工參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，有效提升了路基壓實質(zhì)量，提高了施工效率，降低了成本，保障了施工安全。隨著公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴大和質(zhì)量要求的日益提高，智能壓實度檢測設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景。這就需要進一步加大對該設(shè)備的研究與改進力度，推動其技術(shù)升級，使其在公路建設(shè)及其他相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，助力我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻：

[1] 莫雯杰.路面壓實技術(shù)在公路工程施工中的應(yīng)用[J].汽車周刊，2025（06）：159161.

[2] 姜峰.PFWD彎沉儀在公路路基壓實質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].交通世界，2025（09）：6466.

[3] 姚鑫.基于彈塑性應(yīng)變評價路基壓實效果方法研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2022.

[4] 陳康軍，徐有為.路基壓實度灌砂法自動檢測設(shè)備的設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)[J].湖南交通科技，2022，48（01）：3133+59.

[5] 戴愛新.道路檢測相關(guān)技術(shù)研究[J].運輸經(jīng)理世界，2021（26）：3739.

[6] 許新水，賈玲燕，鄭軒.土方路基壓實度檢測中挖坑設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用[J].廣東公路交通，2021，47（04）：117119+129.