師登宇 茍宏偉

摘 要：為了研究智能壓實技術(shù)在珊瑚砂道基壓實中的應(yīng)用，該文以IBRAHIM NASIR國際機場道基施工為背景，通過總結(jié)智能壓實技術(shù)概況，并研究智能壓實檢測值CMV與道基現(xiàn)場干密度的相關(guān)關(guān)系，確定出現(xiàn)場施工目標CMV值。研究結(jié)果表明：當干密度合格值為1.65 g/cm3時，可得目標智能壓實檢測值CMV為18.89，即智能壓實檢測值CMV大于18.89時，可認為壓實質(zhì)量達到設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：智能壓實；珊瑚砂；CMV；施工研究

中圖分類號：TU473 文獻標志碼：A

0 引言

近年來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展取得長足進步，土木工程裝備機械及施工技術(shù)也取得快速發(fā)展，智能壓實施工理念在此基礎(chǔ)上逐步深入人心。地基壓實是各填筑體施工質(zhì)量得以保證的重要工序之一，填筑體壓實情況直接關(guān)系到施工最終成果。目前，規(guī)范要求中壓實質(zhì)量檢測主要采用施工現(xiàn)場抽驗有損檢測，按照施工完成順序?qū)儆凇包c”控制和“事后”控制，實踐研究表明，該方式難以實現(xiàn)對施工完成全過程的控制，壓路機施工時常常產(chǎn)生漏壓、欠壓及超壓現(xiàn)象。采用現(xiàn)場損壞式檢測方法不僅難以控制整體壓實施工質(zhì)量，而且對于壓實面造成破壞。因此隨著材料科學(xué)及機械設(shè)備的發(fā)展，可使全面控制碾壓壓實質(zhì)量的智能壓實控制技術(shù)得到應(yīng)用推廣。智能壓實技術(shù)是通過應(yīng)用先進定位技術(shù)及傳感器集成科技、數(shù)據(jù)處理及模型建造等組成的先進信息化施工技術(shù)。

1 智能壓實技術(shù)

傳統(tǒng)的壓實質(zhì)量檢測主要采用灌砂法、取芯法等破壞性方法及核子儀、無核密度儀等無損檢測方法。傳統(tǒng)壓實質(zhì)量控制主要根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗及前期總結(jié)經(jīng)驗確定出壓實施工工藝，在碾壓施工完成后通過現(xiàn)場檢測干密度等來判別壓實度是否達到項目要求，而控制干密度則主要調(diào)整填筑體碾壓遍數(shù)來保證壓實度。傳統(tǒng)壓實質(zhì)量檢測方式不僅不能準確獲取碾壓面的壓實信息，同時壓實結(jié)果嚴重滯后于碾壓施工過程，不能及時對漏壓、欠壓及超壓等現(xiàn)象進行調(diào)整施工進程，發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量問題后返工，施工質(zhì)量不佳而且使工程成本上升。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，集成電子科技及機械設(shè)備的發(fā)展更新，智能壓實技術(shù)逐步得到應(yīng)用推廣。智能壓實最初根據(jù)智能壓路機概念發(fā)展產(chǎn)生的，智能壓實技術(shù)是智能壓實控制（ICC）的簡稱，智能壓實是通過加裝控制系統(tǒng)的振動壓路機實現(xiàn)壓實施工控制，通過該控制系統(tǒng)可在壓實作業(yè)時實時持續(xù)控制壓實機械參數(shù)，如振動輪的振幅、頻率、激振力和壓路機行進速度等，從而優(yōu)化壓實設(shè)備作業(yè)條件并達到控制壓實質(zhì)量的目的。該系統(tǒng)可通過傳感器等設(shè)備采集碾壓信息與填筑體壓實質(zhì)量直接相關(guān)的參數(shù)，如模量、剛度及抗力等，并且是根據(jù)監(jiān)測的壓路機振動輪振動響應(yīng)等來識別得到的連續(xù)分布的物理力學(xué)量。在壓實作業(yè)過程中，根據(jù)壓實材料性質(zhì)的不同，壓實設(shè)備可通過振動輪垂直加速度諧波分量表現(xiàn)出不同的特征，最后可根據(jù)數(shù)據(jù)運算反映出被壓實材料的壓實程度。

智能壓實在實體工程中的應(yīng)用效果，通過智能壓實設(shè)備，可分別從碾壓遍數(shù)、高程變化、CMV變化值和填/挖量等方面進行監(jiān)測與分析。智能壓實設(shè)備可通過壓實作業(yè)過程中得到的壓實參數(shù)表征壓實材料的壓實質(zhì)量，并且隨著壓實作業(yè)的進行根據(jù)壓實材料的特征及壓實機械的運行狀態(tài)自行判斷、自動調(diào)節(jié)壓實性能參數(shù)，從而保證填筑體壓實質(zhì)量的智能壓實系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的不同壓實材料性質(zhì)及所需壓實程度來調(diào)整壓實設(shè)備的壓實功，從施工端頭預(yù)防壓實過程中超壓、欠壓及漏壓的發(fā)生，并且可根據(jù)電子探測器得到瀝青路面面層壓實剛度、表明溫度，從而最大限度地保證施工質(zhì)量，提高施工效率。

智能壓實振動壓路機通常包括以下幾個部分：

（1）記錄壓實機械壓實行進過程的加速度傳感器、紅外溫度感應(yīng)器、位移傳感器等；

（2）記錄并實時處理壓實過程、傳感器輸出的剛度的機載電機信號分析處理元；

（3）根據(jù)實測壓實剛度智能調(diào)整頻率、振幅或是激振力的反饋控制裝置；

（4）記錄壓實機械所在位置及碾壓時間的相關(guān)軟件，并在軟件中安裝設(shè)計運算模型、壓實運算模型及指標；

（5）本地存儲及遠程無線傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備。

2 智能壓實指標研究

2.1 工程概況

馬爾代夫是群島國家，旅游業(yè)的快速發(fā)展也帶動了民航業(yè)的快速發(fā)展。目前馬爾代夫全國共有4家航空公司，10個機場。IBRAHIM NASIR國際機場是馬爾代夫唯一的一個國際機場，位于首都馬累島東北部2 km處的機場島，是進入馬爾代夫的門戶，全球已有超過50家航空公司開通了多國至首都馬累的客運或貨運服務(wù)。

IBRAHIM NASIR國際機場現(xiàn)有一條長3 200 m，寬45 m的跑道，編號18-36，飛行區(qū)等級為4E。IBRAHIM NASIR國際機場2013年客運總量為422.4萬人次（其中包括水上飛機客運量）。按照機場目前的發(fā)展計劃，預(yù)計2040年機場旅客量將突破1 200萬人次。機場現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施已趨于飽和，無法滿足航空業(yè)務(wù)量快速增長的需要，嚴重影響馬爾代夫經(jīng)濟社會的發(fā)展，機場規(guī)模急需擴建。

2.2 智能壓實指標研究

填筑體智能壓實控制指標可通過壓實過程中得到的壓實程度、壓實均勻性和壓實穩(wěn)定性3個指標。壓實程度值整個碾壓作業(yè)層壓實指標達到規(guī)定值的程度，該指標控制道基物理力學(xué)性能達到規(guī)定值的程度，解決道基是否有足夠剛度和強度支承上部結(jié)構(gòu)；壓實均勻性反應(yīng)的是碾壓面層上各部分物理力學(xué)性狀（壓實狀態(tài)）分布的一致性，該指標控制路基物理力學(xué)性能的均勻分布程度，解決能否均勻支承上部結(jié)構(gòu)；壓實穩(wěn)定性是指振動壓路機振動壓實工藝參數(shù)一定的情況下，道基壓實狀態(tài)隨碾壓遍數(shù)變化的情況，該指標控制道基物理力學(xué)性能穩(wěn)定性，解決在重復(fù)荷載作用下道基能否長期、有效支承上部結(jié)構(gòu)。因此，該文結(jié)合實際施工條件及設(shè)計要求選用智能壓實指標值CMV進行壓實質(zhì)量研究。

碾壓前對場地先進行了灑水處理，地基處理方法采用振動碾壓方法和沖擊碾壓方法。振動碾壓選用碾壓設(shè)備型號：設(shè)備自重26 000 kg，振動頻率27 Hz/32 Hz，沖擊力405 kN/290 kN；沖擊碾壓設(shè)備性能：設(shè)備自重12 000 kg，沖擊能為26 kJ。試驗段分別在處理前，振動碾壓后和沖擊振動碾壓后進行了干密度試驗。干密度試驗采用大體積方法和無核密度儀方法，試驗在地面進行，干密度試驗結(jié)果見表1。

由表1試驗數(shù)據(jù)可得：處理后的干密度比處理前有提高；振動碾壓較沖擊碾壓的提高較為顯著，處理20遍以后地基土的干密度基本達到1.6 g/cm3。

為道基施工現(xiàn)場智能壓實度檢測值CMV與現(xiàn)場試驗區(qū)干密度進行分析，研究選取設(shè)定區(qū)域檢測點位置，智能壓實度檢測值CMV與現(xiàn)場試驗干密度見表2。

由表2可得，干密度與壓實檢測值CMV存在顯著線性關(guān)系，因此隨著干密度的增加，智能壓實指標值CMV也隨之增打大；此外，兩者相關(guān)性系數(shù)R2=0.8807，為強相關(guān)（R=0.93>0.9）。因此采用智能壓實值在一定程度上可表征道基壓實情況，在實際工程中使用該軟件來控制道基壓實狀況是可行的。

根據(jù)試驗路段設(shè)計要求，試驗段道基干密度須大于等于1.65 g/cm3，考慮到干密度與CMV相關(guān)系數(shù)不小于0.70，即當干密度合格值X=1.65 g/cm3干密度合格值X=1.65 g/cm3，采用線性回歸模型式確定CMV目標值。如式（1）所示：

當干密度合格值X=1.65 g/cm3時，由式（1）可得Y=18.89，即目標智能壓實檢測值CMV為18.89。因此可表明，在本研究中當智能壓實檢測值為18.89時，現(xiàn)場干密度檢測值為1.65 g/cm3，即現(xiàn)場壓實質(zhì)量達到設(shè)計要求。

3 結(jié)語

智能壓實技術(shù)將數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)與優(yōu)良的壓實施工技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)了對填處材料壓實過程的控制。采用智能壓實技術(shù)進行填筑材料壓實作業(yè)時，可直接控制壓實機械，從而實現(xiàn)對壓實材料壓實質(zhì)量的控制，有效提高結(jié)構(gòu)層材料的均勻性，進而減小施工質(zhì)量的變異性。該文以機場改擴建工程中珊瑚砂道基壓實為背景，研究智能壓實檢測值CMV與現(xiàn)場壓實干密度檢測值的相關(guān)關(guān)系，進而得出推薦目標智能壓實檢測值，這對珊瑚砂道基智能壓實施工推廣應(yīng)用具有重要意義。

參考文獻

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