隨車(chē)壓實(shí)度實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)研究

摘要：在借鑒傳統(tǒng)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)壓路機(jī)振動(dòng)信號(hào)與壓實(shí)程度的相關(guān)關(guān)系，提出了一種隨車(chē)壓實(shí)度實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用振動(dòng)傳感器采集壓路機(jī)振動(dòng)信號(hào)，并將該信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，放大、濾波，在時(shí)域和頻域進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，進(jìn)而提取出壓實(shí)度實(shí)時(shí)數(shù)值。通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)計(jì)算出的壓實(shí)度值與傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果。具有高度的一致性和準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞：壓實(shí)度；隨車(chē)檢測(cè)；實(shí)時(shí)；振動(dòng)

壓實(shí)作業(yè)是道路施工作業(yè)的一個(gè)重要組成部分，有效的壓實(shí)能夠顯著的提高路基、路面的承載能力和穩(wěn)定性，防止?jié)B透，消除沉陷。實(shí)踐證明，以高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行路基、路面的壓實(shí)，是保證路基、路面應(yīng)有強(qiáng)度和穩(wěn)定性的一項(xiàng)最經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)措施。
壓實(shí)過(guò)程檢測(cè)技術(shù)是確保壓實(shí)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)材料被壓實(shí)的情況，分析現(xiàn)有壓實(shí)度檢測(cè)方法，利用壓路機(jī)振動(dòng)信號(hào)與壓實(shí)程度的相關(guān)關(guān)系，采用數(shù)字信號(hào)處理算法，設(shè)計(jì)出隨車(chē)壓實(shí)度在線檢測(cè)系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)方法
傳統(tǒng)的壓實(shí)度檢測(cè)方法分為破壞性試驗(yàn)檢測(cè)方法和非破壞性試驗(yàn)檢測(cè)方法。
1．1 破壞性試驗(yàn)檢測(cè)方法
破壞性試驗(yàn)是指在測(cè)量土層或材料層的密實(shí)度和含水量之前，需要對(duì)被測(cè)量層進(jìn)行一定程度的破壞，以采取樣品。常用的破壞性試驗(yàn)主要有兩種——灌砂法和環(huán)刀法。
1)灌砂法
灌砂法是利用均勻顆粒的砂去置換試洞的體積。該方法可用于測(cè)試各種土或路面材料的密度，它的缺點(diǎn)是：需要攜帶較多量的砂，而且稱(chēng)量次數(shù)較多，因此它的測(cè)試速度較慢。
2)環(huán)刀法
用環(huán)刀法測(cè)得的密度是環(huán)刀內(nèi)土樣所在深度范圍內(nèi)的平均密度。它不能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。只有使環(huán)刀所取的土恰好是碾壓層中間的土，環(huán)刀法所得的結(jié)果才可能與灌砂法的結(jié)果大致相同。另外，環(huán)刀法適用面較窄，對(duì)于含有粒料的穩(wěn)定土及松散性材料無(wú)法使用。
1．2 非破壞性試驗(yàn)檢測(cè)方法
在壓實(shí)度作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所使用的非破壞性試驗(yàn)主要有核子法和落錘法。
1)核子法
核子法是利用放射性元素測(cè)量土或路面材料的密度和含水量。這類(lèi)儀器的特點(diǎn)是測(cè)量速度快，需要人員，但其放射性對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生不好的影響，而且設(shè)備造假很高，所以在施工中被使用的較少。
2)落錘法
落錘法是利用落錘的沖擊使土體產(chǎn)生反彈力，并利用低頻測(cè)出土體響應(yīng)值的一種不測(cè)含水量就能得到路基壓實(shí)度測(cè)試儀器。落錘法檢測(cè)檢測(cè)速度較慢，檢測(cè)精度受被檢測(cè)點(diǎn)的直接影響。
傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)都屬于抽樣檢測(cè)，即只用幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度值代替整個(gè)壓實(shí)路段的壓實(shí)度，很難反映道路上每一點(diǎn)的壓實(shí)情況，容易造成漏檢的現(xiàn)象。

2 隨車(chē)壓實(shí)度實(shí)時(shí)檢測(cè)原理
經(jīng)過(guò)大量壓實(shí)作業(yè)驗(yàn)證，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)以一定的頻率和振幅對(duì)被壓實(shí)材料進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)時(shí)，隨著被壓實(shí)材料的不同和被壓實(shí)遍數(shù)的不同，其振動(dòng)信號(hào)會(huì)發(fā)生如下圖1所示的變化。

理論上，在壓實(shí)作業(yè)過(guò)程中，隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加，被壓實(shí)材料的密實(shí)度會(huì)逐漸增加，其硬度會(huì)逐漸上升，而實(shí)際上，當(dāng)壓實(shí)遍數(shù)過(guò)多時(shí)不但不能使材料密實(shí)度進(jìn)一步增加，反而會(huì)使表面的材料被振松，影響被壓實(shí)材料的密實(shí)度。因此，振動(dòng)信號(hào)所反映出的被壓實(shí)材料硬度的信息間接的反映出該材料密實(shí)度的變化，因此采集振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行分析、處理和擬合，將能得到被壓實(shí)材料的密實(shí)度情況。