公路工程壓實施工土方工作量越來越大，傳統(tǒng)壓實度檢測方法已經(jīng)很難滿足施工需求并及時指導(dǎo)施工作業(yè)。近年來國內(nèi)外都在開發(fā)振動壓路機(jī)機(jī)載壓實度測定儀和沖擊壓路機(jī)壓實控制系統(tǒng)。作者就國內(nèi)外該類產(chǎn)品的技術(shù)作了論述，并提出了該技術(shù)的發(fā)展方向。
國外壓實度儀：上世紀(jì)70年代，國外針對振動壓路機(jī)記載壓實度儀開展了研究，有些成果已應(yīng)用于工程質(zhì)量控制。日本曾用加速度法來檢測壓實度，即倒料前將加速度計預(yù)埋在碾壓層下面，在碾壓過程中，有攜帶在壓路機(jī)上的檢測裝置來測量預(yù)埋傳感器的加速度值，根據(jù)測得的加速度值來估算壓實質(zhì)量，但加速度計只能使用一次。上世紀(jì)80年代，瑞典Geodynamik公司開始研制了壓實度計，并申請了專利就（國際專利申請?zhí)枺篧O94/25680，無指定申請國）。該儀器裝在振動壓路機(jī)上，整個系統(tǒng)由一臺振動壓路機(jī)、一臺壓實度儀、一臺壓實記錄系統(tǒng)構(gòu)成連續(xù)壓實度控制系統(tǒng)（CCC）。其通過測量振動輪振動垂直加速度波形的畸變程度來評價被壓材料的壓實程度，利用振動波基波和二次諧波的比值來表示振動波形的畸變程度，通過常規(guī)試驗對比，得到壓實度值。在壓實過程中，駕駛員可以從壓實度計上隨時了解壓實質(zhì)量，但其評價指標(biāo)缺乏明確的物理意義，功能單一，檢測值與實測值偏差較大。美國發(fā)明人也有不少類似的專利，例如專利US4734846、US4870601號的檢測儀器等等，不過實際裝機(jī)檢測小效果并不明顯。上世紀(jì)90年代，德國Bomag公司研制OVEGA壓實度儀和TERRA表，其原理是利用一個加速度傳感器來記錄振動壓路機(jī)壓實輪的垂直加速度值，所測信號經(jīng)微處理器計算后得出壓實儀值（CMV），顯示在儀表盤上。CMV隨著壓實土層的迷失度增加而增加，被壓實土層的壓實度越高，CMV值就越大。對于給定的路基土層和振動壓路機(jī)，總存在一個最大的壓實度值，當(dāng)CMV值停止增大，壓路機(jī)司機(jī)就知道了進(jìn)一步壓實不會再增加壓實度，除非更換更大的噸位的振動壓路機(jī)，這良種儀器不能應(yīng)用在非振動壓路機(jī)上。2001年秋天，北京工程機(jī)械展覽會上，Bomag公司又推出了新的壓實度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)稱為智多星壓實控制系統(tǒng)，其原理是根據(jù)被壓實材料的密實變化自動選擇適當(dāng)?shù)恼穹�，以�?yōu)化激振力的輸出。單鋼輪振動壓路機(jī)采用控制振幅的Variocontrol系統(tǒng)，其設(shè)有5個垂直振幅擋位，供駕駛員手動操作。雙鋼輪振動壓路機(jī)采用控制振幅和激振力方向的Variomatic系統(tǒng)，可根據(jù)前、后鋼輪對被壓實材料不同的響應(yīng)信號來自動調(diào)整相應(yīng)的振幅和激振方向，以優(yōu)化激振力的輸出。英國土地壓實技術(shù)公司已于1996年向中國專利局申請了"對土體壓實度進(jìn)行監(jiān)測的方法和設(shè)備"。2002年獲中國專利局授權(quán)，專利號ZL96193476·×。該專利主要結(jié)構(gòu)是將一個加速度傳感器裝在沖擊壓路機(jī)上，根據(jù)沖擊輪沖擊土體表面時的減速度來推算出土體表面層的壓實度。簡單化的設(shè)備已經(jīng)安裝在國外的沖擊壓路機(jī)上，使用效果并沒有見到相關(guān)報道。
國內(nèi)壓實度儀：自從瑞典開發(fā)了用于振動壓路機(jī)的機(jī)載壓實度計后，國內(nèi)壓實度連續(xù)檢測研究成為熱點(diǎn)。上個世紀(jì)80年代后國內(nèi)在壓實計方面開始研究。江蘇寶應(yīng)某儀器廠曾開發(fā)了機(jī)載壓實度檢測儀，福建省三明重機(jī)廠試裝在YZ16H型振動壓路機(jī)上，該儀器由于采用數(shù)碼管顯示，沒有應(yīng)用計算機(jī)智能控制技術(shù)，盡管成本低，但在實際應(yīng)用中效果不明顯，儀器顯示值與實測壓實度不能很好地對應(yīng)，該儀器在技術(shù)上有待于進(jìn)一步提高。河南洛陽某公司也開發(fā)出了"智能化壓路機(jī)路面壓實度檢測儀"，僅在振動壓路機(jī)上試裝過少量。2001年，陜西省西安市鐵道部20局工程機(jī)械廠率先在國內(nèi)大噸位振動壓路機(jī)上試裝國內(nèi)外產(chǎn)的壓實度儀，該廠購買了Bomag公司的壓實度儀（TERRA表），裝在新開發(fā)的YZ20型振動壓路機(jī)上。該裝置售價達(dá)數(shù)千美元，由于裝機(jī)數(shù)量僅幾臺，國內(nèi)檢測工藝不配套等原因，該產(chǎn)品尚需要進(jìn)一步被市場接受。河北工業(yè)大學(xué)經(jīng)過多年研制，開發(fā)出壓實度連續(xù)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)一裝在國內(nèi)幾家振動壓路機(jī)廠的產(chǎn)品上進(jìn)行了全面考核�，F(xiàn)場試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可靠性高，使用方便，經(jīng)濟(jì)性好。其技術(shù)核心在于系統(tǒng)具有傳感、分析壓實輪與被壓實材料相互作用動力學(xué)關(guān)系的功能。該系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計理論，編寫了具有一定置信度的預(yù)測系統(tǒng)軟件，將實測加速度值與固化在儀器中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比，形成了內(nèi)置專家系統(tǒng)，通過運(yùn)算、分析，可以得到壓實度、振動頻率、壓路機(jī)運(yùn)行速度等值。相關(guān)的壓實數(shù)據(jù)可在駕駛室屏幕上顯示出來，同時儲存到軟盤上或直接送入大容量數(shù)據(jù)存儲器，這些儲存和已記錄的的數(shù)據(jù)可提供已完成壓實工程的詳細(xì)、準(zhǔn)確的資料，并可用來解決承包商的施工監(jiān)理之間可能產(chǎn)生的誤解。儀器的基本工作原理是：在壓實初期，基礎(chǔ)的彈性剛度較小、阻尼較大，系統(tǒng)響應(yīng)較小。隨著壓實遍數(shù)的增加，基礎(chǔ)的彈性剛度變大、阻尼變小，系統(tǒng)的響應(yīng)不斷增大。振動輪的動力學(xué)參數(shù)的變化與基礎(chǔ)的壓實度變化密切相關(guān)，振動輪的垂直加速度與基礎(chǔ)的壓實度正相關(guān)。通過振動輪的動態(tài)響應(yīng)來檢測基礎(chǔ)壓實情況，能更好地反映路基下層的狀況及承載力。與傳統(tǒng)檢測的壓實度相比，其誤差可控制在±3%以內(nèi)，并可以通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場標(biāo)定進(jìn)行修正。該就"智能化道路機(jī)載壓實檢測儀"于2004年夏獲中國發(fā)明專利授權(quán)，專利號：ZL01144533·5。
技術(shù)發(fā)展方向：1、單機(jī)智能作業(yè)：將振動壓路機(jī)、壓實度儀、專家系統(tǒng)等組成一體，構(gòu)成壓實智能控制系統(tǒng)。振動壓路機(jī)的振動輪激振力的作用方向決定了傳遞給其基礎(chǔ)壓實能力的大小。在壓實度檢測系統(tǒng)中，振動輪的激振力變化由調(diào)節(jié)兩根偏心軸上偏心塊的位置來實現(xiàn)，檢測系統(tǒng)發(fā)出的信號來控制帶有行程傳感器的油缸，有油缸在縱向和橫向之間調(diào)整兩根偏心軸上偏心塊的相對位置，隨著基礎(chǔ)壓實度的提高，使激振力由縱向變到橫向，并適時調(diào)整振幅。這樣能夠消除跳振和骨料破碎，避免出現(xiàn)壓實不足或過度壓實的問題。2、定點(diǎn)控制：壓實智能控制系統(tǒng)將全球衛(wèi)星自動定位系統(tǒng)（GPS）引入檢測系統(tǒng)，根據(jù)壓實路段的土質(zhì)土層力學(xué)性質(zhì)的不同，實時定點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的壓實工藝進(jìn)行作業(yè)。即不"欠壓"又不"過壓"，避免了現(xiàn)有工藝中不論土質(zhì)燭臺一律必須壓實若干遍的情形。這樣既可保證壓實路基的施工質(zhì)量，又可大大提高施工效率。3、機(jī)群智能化：采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將壓實度儀檢測的數(shù)據(jù)實時傳送到工程質(zhì)量空子中心，為實現(xiàn)壓路機(jī)、裝載機(jī)、攤鋪機(jī)等路面施工機(jī)械的優(yōu)化作業(yè)提供相應(yīng)信息，做到機(jī)群的智能控制。
