馮耘耀

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 401120)

0 引言

隨著我國工程建設(shè)的發(fā)展，傳統(tǒng)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(guān)聯(lián)化、協(xié)調(diào)化等時代新要求。

針對以上內(nèi)容，本文介紹了振動壓路機實時連續(xù)檢測技術(shù)，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(shù)的數(shù)據(jù)庫，并提供了工程實踐經(jīng)驗，方便以后學(xué)者的參考與研究。

1 技術(shù)簡介

壓實度連續(xù)檢測技術(shù)是一種公路質(zhì)量無損檢測的新技術(shù)，把動態(tài)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(shù)據(jù)分析，建立加速度與壓實度的回歸曲線，實現(xiàn)施工人員對壓實度的實時監(jiān)控，保證施工質(zhì)量。

1.1 原理與內(nèi)容

1.1.1 技術(shù)原理

數(shù)學(xué)分析:

假設(shè)壓路機勻速前進[1]、車身車輪和受壓土體可以看做質(zhì)量塊[2]、并簡化為平面模型[3][4]，結(jié)合模型經(jīng)過數(shù)學(xué)分析[5][6]，壓路機工作時土的剛度和孔隙比的關(guān)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(jié)壓力；dε—應(yīng)變

土的阻尼計算式如下[9][10]：

式中：m2--振動輪質(zhì)量；R--振動輪半徑；ρ--振動作業(yè)時土的密度

綜合（1.1）（1.2）兩式可知：隨著壓路機壓實作業(yè)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(guān)，用加速度值來研究壓實好壞是科學(xué)合理的。

1.1.2 技術(shù)內(nèi)容

（1）分析研究振動加速度信號與壓實度的理論基礎(chǔ)。（2）數(shù)學(xué)分析加速度信號與壓實度的關(guān)系。

（3）分析信號處理方法，并得到壓實度連續(xù)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(shù)

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(chǎn)品型號為1A113E。

（3）采集儀型號及參數(shù)

采用江蘇東華公司研制的 DH5902堅固型動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，能和壓電式傳感器配合測量動態(tài)加速度。

1.3 試驗方案

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

（1）實驗室試驗

通過實驗室內(nèi)的標定試驗檢驗動態(tài)信號采集儀和加速度傳感器是否完好以及數(shù)據(jù)采集是否準確。

（2）現(xiàn)場試驗

在現(xiàn)場試驗過程中，將加速度傳感器粘接在壓路機輪上，動態(tài)信號采集儀安放在駕駛內(nèi)，再與計算機相連，并現(xiàn)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(shù)據(jù)分析處理

對壓實過程中采集的加速度數(shù)據(jù)和壓實度值進行分析，得出結(jié)論。

3 數(shù)據(jù)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(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)采集

（1）現(xiàn)場壓實度測試

現(xiàn)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(xiàn)場采用的是酒精燃燒法測得壓實度值其結(jié)果如表3.1。

（2）加速度信號采集

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

由以上數(shù)據(jù)不難看出，壓實度的值是隨著壓實遍數(shù)增加而呈現(xiàn)總體上漲的趨勢，由于本文采用的動態(tài)采集儀已經(jīng)略去了現(xiàn)場聲波的影響，于是每一遍壓實度有效值取數(shù)據(jù)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(guān)系，本文采用線性回歸方式建立回歸曲線。

設(shè)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(guān)性系數(shù)0.98。

4 結(jié)論與不足

4

.1主要結(jié)論

（1）加速度信號與壓實度之間存在正相關(guān)關(guān)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(shù)的數(shù)據(jù)庫，為以后的學(xué)者研究提供了實際應(yīng)用依據(jù)。

4.2 不足與改進

（1）加速度傳感器的布置點可能對實驗結(jié)果有影響，本文沒有具體討論。

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

[1]秦四成.振動壓路機振動壓實及其系統(tǒng)動力學(xué)研究[D].吉林：吉林工業(yè)大學(xué)，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(xué)[M].浙江：浙江大學(xué)出版社，1988.