【摘要】在道路項(xiàng)目建設(shè)過程中，路基處理是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量。在實(shí)際工作中，為保證道路的安全，需要對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。智能壓實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)為公路工程建設(shè)提供了一種全新的技術(shù)手段，不僅能夠保證路基工程質(zhì)量，還可以為后期養(yǎng)護(hù)工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也降低施工成本?；诖耍闹袑?duì)公路工程建設(shè)中的路基智能壓實(shí)施工技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。

【關(guān)鍵詞】公路工程；路基智能壓實(shí)；交通運(yùn)輸

【中圖分類號(hào)】TU74 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）05-0115-03

0 引言

在公路工程建設(shè)領(lǐng)域，路基壓實(shí)是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。路基智能壓實(shí)施工技術(shù)的出現(xiàn)得益于智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，利用路基智能壓實(shí)施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)整壓實(shí)參數(shù)、提高施工效率等。此外，還能降低施工成本、減少人力物力的浪費(fèi)，為公路工程建設(shè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，路基智能壓實(shí)施工技術(shù)的出現(xiàn)是公路工程建設(shè)領(lǐng)域的一次重大創(chuàng)新。

1 路基智能壓實(shí)施工技術(shù)原理

智能壓實(shí)工作的基本原理是利用壓路機(jī)的車輪重量與滾筒上的激勵(lì)機(jī)構(gòu)形成的合力，對(duì)路基填料進(jìn)行有效的壓縮，讓兩者之間的距離變得更近，進(jìn)而減少集料之間的間隙，增加集料之間的摩擦，達(dá)到高品質(zhì)的路基壓實(shí)，如圖1所示。同時(shí)，基于彈性動(dòng)力學(xué)理論，通過無線傳輸技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，確保壓實(shí)過程的全程監(jiān)控[1]。

智能化壓實(shí)技術(shù)將壓縮性與彈性動(dòng)力原理聯(lián)系起來，路基的彈性模量與路基的緊實(shí)度成正比，即越是松散的路基填料，其壓實(shí)系數(shù)就越低，從而使路基的彈性模量降低。由于路基的彈性模量發(fā)生明顯的改變，路基剛度越低，其回彈能力越弱，路基的彈性模量隨壓實(shí)次數(shù)的增多而提高。通過實(shí)驗(yàn)，歸納出輪反力與緊實(shí)率的量化規(guī)律，在實(shí)時(shí)測(cè)量中實(shí)現(xiàn)壓實(shí)度的精準(zhǔn)控制。這使得工程人員能夠根據(jù)反彈力實(shí)時(shí)調(diào)整壓實(shí)參數(shù)，確保路基壓實(shí)度的最佳狀態(tài)。

將信息監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)應(yīng)用于控制點(diǎn)與振動(dòng)壓路機(jī)上，壓實(shí)儀與壓實(shí)輪相連，并構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)。通過采集壓實(shí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡、振動(dòng)輪反作用力、壓實(shí)層數(shù)等參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)信息監(jiān)測(cè)。GPS基站能夠精確地定位壓路機(jī)的位置，通過無線局域網(wǎng)，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享，使各個(gè)部門可以更好地協(xié)同工作。同時(shí)，系統(tǒng)提供了一個(gè)有效的監(jiān)控工具，使作業(yè)人員能夠更好地掌握施工情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。路基壓實(shí)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 路基智能壓實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

（1） 智能化。路基智能壓實(shí)技術(shù)通過利用先進(jìn)的傳感器和算法，實(shí)時(shí)感知和檢測(cè)路基的施工狀態(tài)和壓實(shí)程度。傳感器能夠精確地測(cè)量土壤的密度、濕度、溫度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中。運(yùn)用算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定路基的壓實(shí)程度，并根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整壓實(shí)設(shè)備的參數(shù)和操作。這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得施工過程更加智能化和自動(dòng)化，提高了施工質(zhì)量和效率。

（2） 施工成本較低。從單項(xiàng)工程的角度來看，傳感器設(shè)備和智能壓實(shí)系統(tǒng)的初始投入成本相對(duì)較高。然而，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)顯示功能使現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的需求大大減少，從而降低人力成本，同時(shí)也解決了現(xiàn)場(chǎng)可能面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，能夠?qū)Ρ∪鯀^(qū)域進(jìn)行壓實(shí)檢測(cè)，不僅提高工程的質(zhì)量，也減少了施工成本。從整體上來看，使用智能壓實(shí)系統(tǒng)不僅可以提高工程的質(zhì)量和效率，同時(shí)也能夠有效地降低施工成本。

（3） 施工效率高。壓路機(jī)車載顯示系統(tǒng)是一種先進(jìn)的工作輔助工具，能夠?qū)崟r(shí)、直觀地顯示路基壓實(shí)情況。通過高清晰度的圖像和數(shù)據(jù)展示，讓駕駛員和施工管理人員準(zhǔn)確地了解路面壓實(shí)狀況，并防止由于作業(yè)不當(dāng)而造成的超壓、欠壓、漏壓等不良現(xiàn)象。壓路機(jī)車載顯示系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正這些問題，從而提高施工過程控制力度和施工效率。

（4） 施工過程可追溯。在壓路機(jī)上安裝先進(jìn)的傳感器設(shè)備，可以實(shí)時(shí)記錄各種與施工質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)。這些參數(shù)不僅具有精確度高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且能夠用于指導(dǎo)施工操作，確保施工質(zhì)量的可靠性。同時(shí)，這些參數(shù)還可以永久保存，為建立道路施工檔案提供詳實(shí)的資料，作為道路施工過程的完整記錄，為后續(xù)的道路建設(shè)提供有價(jià)值的參考。

3 公路工程建設(shè)中的路基智能壓實(shí)施工技術(shù)應(yīng)用

智能壓實(shí)施工機(jī)械設(shè)備與常規(guī)壓路機(jī)的構(gòu)造基本相同，區(qū)別在于增加了感應(yīng)裝置和分析顯示系統(tǒng)。通過對(duì)路面碾壓過程中的振態(tài)進(jìn)行觀察和分析，可以對(duì)整個(gè)路面的壓實(shí)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這種先進(jìn)的設(shè)備不僅提高了壓實(shí)的質(zhì)量和效率，還能實(shí)時(shí)反饋壓實(shí)情況，使施工人員能夠及時(shí)調(diào)整壓實(shí)方案，確保施工質(zhì)量和安全性。

智能壓實(shí)系統(tǒng)由三大主要功能模塊組成：定位、數(shù)據(jù)采集與顯示。應(yīng)用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過GPS實(shí)現(xiàn)對(duì)壓路機(jī)各部件的精確定位與信息獲取。系統(tǒng)利用新型的測(cè)力裝置對(duì)壓路機(jī)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并將其送至解調(diào)器，經(jīng)過分析計(jì)算后獲得精確的壓實(shí)參數(shù)。顯示系統(tǒng)能直觀地將所收集到的數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來，并將所收集到的壓實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存起來，便于使用者在任何時(shí)候都能看到并監(jiān)測(cè)實(shí)際壓實(shí)狀況。

3.1 設(shè)備檢查

在實(shí)施路基智能壓實(shí)施工技術(shù)之前，設(shè)備檢查是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。為了確保所收集資料的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，需要對(duì)裝載裝置及測(cè)量裝置進(jìn)行認(rèn)真檢驗(yàn)。加載設(shè)備應(yīng)確保能夠提供穩(wěn)定和連續(xù)的負(fù)荷，而量測(cè)設(shè)備則需保證其能夠準(zhǔn)確記錄施工過程中的各種數(shù)據(jù)。每一次施工之前，都要確認(rèn)設(shè)備激振的頻率和裝置的固定情況。穩(wěn)定的激振頻率是保證壓實(shí)效果的關(guān)鍵，而牢固的設(shè)備安裝則可避免施工過程中的安全隱患。此外，還需要對(duì)設(shè)備的靈敏度和精度進(jìn)行檢查，以確保采集的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

在進(jìn)行設(shè)備檢查時(shí)，應(yīng)采用專業(yè)工具和儀器進(jìn)行測(cè)試和校準(zhǔn)。例如，可以使用頻率分析儀來檢查激振頻率的穩(wěn)定性，同時(shí)使用激光測(cè)距儀等精密儀器來測(cè)量壓實(shí)層的厚度和密度等參數(shù)[2]。只有經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)備檢查并確認(rèn)所有設(shè)備都符合要求后，才能開始實(shí)施路基智能壓實(shí)施工。

3.2 相關(guān)性校驗(yàn)

在進(jìn)行路基智能壓實(shí)施工時(shí)，需要進(jìn)行相關(guān)性校驗(yàn)，主要是為了檢驗(yàn)壓實(shí)控制指標(biāo)與驗(yàn)收控制指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度。這項(xiàng)任務(wù)需要將施工路段進(jìn)行分割并設(shè)置試驗(yàn)點(diǎn)，在碾壓時(shí)分別對(duì)不同的密實(shí)層進(jìn)行不同的碾壓試驗(yàn)，并對(duì)不同的密實(shí)層進(jìn)行試驗(yàn)研究。

對(duì)于每種壓實(shí)狀態(tài)，需要采集足夠的樣本進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)量不少于六組。采集的樣本需要具有代表性，能夠反映整個(gè)施工路段的路基壓實(shí)情況。通過將這些樣本的壓實(shí)控制指標(biāo)與驗(yàn)收控制指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，可以得出相關(guān)系數(shù)r。如相關(guān)系數(shù)r≥0.7，那么可以認(rèn)為這兩個(gè)指標(biāo)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性。在此前提下，可進(jìn)一步確定相關(guān)系數(shù)和連續(xù)壓實(shí)控制的目標(biāo)值。這些目標(biāo)值是根據(jù)實(shí)際施工情況和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)來制定的，如表1所示，為后續(xù)的路基施工提供了指導(dǎo)和依據(jù)。通過路基智能壓實(shí)施工技術(shù)的應(yīng)用和對(duì)施工過程中的相關(guān)性校驗(yàn)，可以確保公路工程建設(shè)中路基的壓實(shí)度達(dá)到最佳狀態(tài)，從而提高道路的安全性和使用壽命。

3.3 過程控制

在路基壓實(shí)中，壓實(shí)程度、壓實(shí)均勻性及壓實(shí)穩(wěn)定性是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。壓實(shí)程度是指路基材料被壓實(shí)的程度，這是確保路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。壓實(shí)均勻性是指路基材料在整個(gè)路基范圍內(nèi)被均勻壓實(shí)，以避免出現(xiàn)局部沉降和變形。壓實(shí)穩(wěn)定性是指經(jīng)過壓實(shí)后的路基能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)因外部荷載和環(huán)境因素的變化而發(fā)生變形和破壞。

（1） 碾壓過程控制。采用通信技術(shù)對(duì)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)次數(shù)及軌道的準(zhǔn)確控制，以保證壓路機(jī)的壓實(shí)質(zhì)量。參考站通過對(duì)衛(wèi)星的信息接收，向流動(dòng)站（壓路機(jī)）實(shí)時(shí)地發(fā)射差分信號(hào)。得到參考站的差分值后，通過進(jìn)行實(shí)時(shí)組合計(jì)算，得到參考站與基準(zhǔn)站間的基線偏差，即基線矢量。該基準(zhǔn)矢量可用于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定壓路機(jī)的位置[3]，從而達(dá)到對(duì)壓路機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)、高精度的定位，保證路面的壓實(shí)精度和穩(wěn)定性。

（2） 壓實(shí)過程控制。針對(duì)路基填筑材料的顆粒級(jí)配，提出相應(yīng)的壓實(shí)評(píng)定方法。結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓實(shí)測(cè)試方法（ICMV），并構(gòu)建其與壓實(shí)度之間的映射關(guān)系。智能壓實(shí)檢測(cè)值（ICMV）能夠客觀地反映填料的壓實(shí)程度，避免傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的主觀性和不確定性。

（3） 壓實(shí)均勻性控制。路基壓實(shí)均勻性是一項(xiàng)非常重要的工程指標(biāo)，它直接關(guān)系到道路的安全性和使用壽命。為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)路基壓實(shí)均勻性，常采用智能壓實(shí)曲線作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。這種曲線可以實(shí)時(shí)記錄壓實(shí)過程中的數(shù)據(jù)，并且能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出一條反映路基壓實(shí)狀態(tài)的曲線。

在國外，已將壓實(shí)度的智能化檢出范圍限定在0.8～1.5以內(nèi)，并對(duì)壓實(shí)度的變化提出了嚴(yán)格的要求，要求變異系數(shù)小于20%。通過這樣的控制范圍來保證路基的壓實(shí)度達(dá)到最佳狀態(tài)，同時(shí)避免出現(xiàn)過壓實(shí)或欠壓實(shí)的情況。同樣，美國已將90%的壓實(shí)度測(cè)定值設(shè)定在0.9～1.2，而不低于0.8（ICMV）的觀測(cè)值。這種控制范圍能夠保證路基的壓實(shí)度達(dá)到較高的水平，同時(shí)避免出現(xiàn)不均勻的情況。

根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)狀，提出以壓實(shí)率在90%以上，壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果誤差不超過0.1的細(xì)顆粒土為評(píng)定準(zhǔn)則。對(duì)于粗粒土，由于其顆粒級(jí)配和形狀差異較大，ICMV波動(dòng)范圍也相應(yīng)較大，建議采用ICMVi≥0.8（ICMV）作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

（4） 壓實(shí)穩(wěn)定性控制。目前，在公路路基填筑過程中，壓實(shí)系數(shù)是公路路基填筑質(zhì)量的一個(gè)主要參數(shù)，回彈系數(shù)可作為路基填筑材料的參考依據(jù)。針對(duì)細(xì)顆粒土，利用實(shí)驗(yàn)手段構(gòu)建壓實(shí)系數(shù)與回彈模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，將壓實(shí)系數(shù)ICMVi≥（ICMV）作為路基評(píng)定的依據(jù)[4]。針對(duì)粗粒土，必須構(gòu)建智能壓實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與其沉降之間的關(guān)聯(lián)，待最末兩次壓實(shí)沉降及回彈模量都符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，判定末次壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的變異速率能否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。這樣的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)不僅考慮了路基的壓實(shí)度和回彈模量，還引入了智能壓實(shí)檢測(cè)技術(shù)，能夠更加全面地保證路基的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，公路工程建設(shè)中的路基智能壓實(shí)施工技術(shù)是一項(xiàng)重要的先進(jìn)技術(shù)，通過智能化的監(jiān)控和控制系統(tǒng)，能夠有效地提高公路工程的質(zhì)量和安全性。該技術(shù)的運(yùn)用可以減少人力成本，提高工作效率，并能夠更好地保證施工過程中的安全性和穩(wěn)定性。在未來的公路工程建設(shè)中，路基智能壓實(shí)施工技術(shù)將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用，為我國的公路交通事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。

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[作者簡(jiǎn)介]龔綿濤（1988—），男，江西興國人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：公路橋梁。