公路工程壓實(shí)施工土方工作量越來越大，傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)方法已經(jīng)很難滿足施工需求并及時(shí)指導(dǎo)施工作業(yè)。近年來國(guó)內(nèi)外都在開發(fā)振動(dòng)壓路機(jī)機(jī)載壓實(shí)度測(cè)定儀和沖擊壓路機(jī)壓實(shí)控制系統(tǒng)。作者就國(guó)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(guó)外壓實(shí)度儀：上世紀(jì)70年代，國(guó)外針對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)記載壓實(shí)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(cè)壓實(shí)度，即倒料前將加速度計(jì)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(cè)裝置來測(cè)量預(yù)埋傳感器的加速度值，根據(jù)測(cè)得的加速度值來估算壓實(shí)質(zhì)量，但加速度計(jì)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(shí)度計(jì)，并申請(qǐng)了專利就（國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)枺篧O94/25680，無指定申請(qǐng)國(guó)）。該儀器裝在振動(dòng)壓路機(jī)上，整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)、一臺(tái)壓實(shí)度儀、一臺(tái)壓實(shí)記錄系統(tǒng)構(gòu)成連續(xù)壓實(shí)度控制系統(tǒng)（CCC）。其通過測(cè)量振動(dòng)輪振動(dòng)垂直加速度波形的畸變程度來評(píng)價(jià)被壓材料的壓實(shí)程度，利用振動(dòng)波基波和二次諧波的比值來表示振動(dòng)波形的畸變程度，通過常規(guī)試驗(yàn)對(duì)比，得到壓實(shí)度值。在壓實(shí)過程中，駕駛員可以從壓實(shí)度計(jì)上隨時(shí)了解壓實(shí)質(zhì)量，但其評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏明確的物理意義，功能單一，檢測(cè)值與實(shí)測(cè)值偏差較大。美國(guó)發(fā)明人也有不少類似的專利，例如專利US4734846、US4870601號(hào)的檢測(cè)儀器等等，不過實(shí)際裝機(jī)檢測(cè)小效果并不明顯。上世紀(jì)90年代，德國(guó)Bomag公司研制OVEGA壓實(shí)度儀和TERRA表，其原理是利用一個(gè)加速度傳感器來記錄振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)輪的垂直加速度值，所測(cè)信號(hào)經(jīng)微處理器計(jì)算后得出壓實(shí)儀值（CMV），顯示在儀表盤上。CMV隨著壓實(shí)土層的迷失度增加而增加，被壓實(shí)土層的壓實(shí)度越高，CMV值就越大。對(duì)于給定的路基土層和振動(dòng)壓路機(jī)，總存在一個(gè)最大的壓實(shí)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(shí)不會(huì)再增加壓實(shí)度，除非更換更大的噸位的振動(dòng)壓路機(jī)，這良種儀器不能應(yīng)用在非振動(dòng)壓路機(jī)上。2001年秋天，北京工程機(jī)械展覽會(huì)上，Bomag公司又推出了新的壓實(shí)度檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)稱為智多星壓實(shí)控制系統(tǒng)，其原理是根據(jù)被壓實(shí)材料的密實(shí)變化自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)恼穹?，以?yōu)化激振力的輸出。單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)采用控制振幅的Variocontrol系統(tǒng)，其設(shè)有5個(gè)垂直振幅擋位，供駕駛員手動(dòng)操作。雙鋼輪振動(dòng)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(duì)被壓實(shí)材料不同的響應(yīng)信號(hào)來自動(dòng)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(guó)土地壓實(shí)技術(shù)公司已于1996年向中國(guó)專利局申請(qǐng)了"對(duì)土體壓實(shí)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法和設(shè)備"。2002年獲中國(guó)專利局授權(quán)，專利號(hào)ZL96193476·×。該專利主要結(jié)構(gòu)是將一個(gè)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(shí)的減速度來推算出土體表面層的壓實(shí)度。簡(jiǎn)單化的設(shè)備已經(jīng)安裝在國(guó)外的沖擊壓路機(jī)上，使用效果并沒有見到相關(guān)報(bào)道。
國(guó)內(nèi)壓實(shí)度儀：自從瑞典開發(fā)了用于振動(dòng)壓路機(jī)的機(jī)載壓實(shí)度計(jì)后，國(guó)內(nèi)壓實(shí)度連續(xù)檢測(cè)研究成為熱點(diǎn)。上個(gè)世紀(jì)80年代后國(guó)內(nèi)在壓實(shí)計(jì)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(shí)度檢測(cè)儀，福建省三明重機(jī)廠試裝在YZ16H型振動(dòng)壓路機(jī)上，該儀器由于采用數(shù)碼管顯示，沒有應(yīng)用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，盡管成本低，但在實(shí)際應(yīng)用中效果不明顯，儀器顯示值與實(shí)測(cè)壓實(shí)度不能很好地對(duì)應(yīng)，該儀器在技術(shù)上有待于進(jìn)一步提高。河南洛陽(yáng)某公司也開發(fā)出了"智能化壓路機(jī)路面壓實(shí)度檢測(cè)儀"，僅在振動(dòng)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(guó)內(nèi)大噸位振動(dòng)壓路機(jī)上試裝國(guó)內(nèi)外產(chǎn)的壓實(shí)度儀，該廠購(gòu)買了Bomag公司的壓實(shí)度儀（TERRA表），裝在新開發(fā)的YZ20型振動(dòng)壓路機(jī)上。該裝置售價(jià)達(dá)數(shù)千美元，由于裝機(jī)數(shù)量?jī)H幾臺(tái)，國(guó)內(nèi)檢測(cè)工藝不配套等原因，該產(chǎn)品尚需要進(jìn)一步被市場(chǎng)接受。河北工業(yè)大學(xué)經(jīng)過多年研制，開發(fā)出壓實(shí)度連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)一裝在國(guó)內(nèi)幾家振動(dòng)壓路機(jī)廠的產(chǎn)品上進(jìn)行了全面考核?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(shí)輪與被壓實(shí)材料相互作用動(dòng)力學(xué)關(guān)系的功能。該系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，編寫了具有一定置信度的預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件，將實(shí)測(cè)加速度值與固化在儀器中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)度、振動(dòng)頻率、壓路機(jī)運(yùn)行速度等值。相關(guān)的壓實(shí)數(shù)據(jù)可在駕駛室屏幕上顯示出來，同時(shí)儲(chǔ)存到軟盤上或直接送入大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這些儲(chǔ)存和已記錄的的數(shù)據(jù)可提供已完成壓實(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化與基礎(chǔ)的壓實(shí)度變化密切相關(guān)，振動(dòng)輪的垂直加速度與基礎(chǔ)的壓實(shí)度正相關(guān)。通過振動(dòng)輪的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來檢測(cè)基礎(chǔ)壓實(shí)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(cè)的壓實(shí)度相比，其誤差可控制在±3%以內(nèi)，并可以通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定進(jìn)行修正。該就"智能化道路機(jī)載壓實(shí)檢測(cè)儀"于2004年夏獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)，專利號(hào)：ZL01144533·5。
技術(shù)發(fā)展方向：1、單機(jī)智能作業(yè)：將振動(dòng)壓路機(jī)、壓實(shí)度儀、專家系統(tǒng)等組成一體，構(gòu)成壓實(shí)智能控制系統(tǒng)。振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪激振力的作用方向決定了傳遞給其基礎(chǔ)壓實(shí)能力的大小。在壓實(shí)度檢測(cè)系統(tǒng)中，振動(dòng)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(shí)現(xiàn)，檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)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(duì)位置，隨著基礎(chǔ)壓實(shí)度的提高，使激振力由縱向變到橫向，并適時(shí)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(shí)不足或過度壓實(shí)的問題。2、定點(diǎn)控制：壓實(shí)智能控制系統(tǒng)將全球衛(wèi)星自動(dòng)定位系統(tǒng)（GPS）引入檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)壓實(shí)路段的土質(zhì)土層力學(xué)性質(zhì)的不同，實(shí)時(shí)定點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的壓實(shí)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(tái)一律必須壓實(shí)若干遍的情形。這樣既可保證壓實(shí)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(shí)度儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到工程質(zhì)量空子中心，為實(shí)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。
國(guó)外壓實(shí)度儀：上世紀(jì)70年代，國(guó)外針對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)記載壓實(shí)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(cè)壓實(shí)度，即倒料前將加速度計(jì)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(cè)裝置來測(cè)量預(yù)埋傳感器的加速度值，根據(jù)測(cè)得的加速度值來估算壓實(shí)質(zhì)量，但加速度計(jì)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(shí)度計(jì)，并申請(qǐng)了專利就（國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)枺篧O94/25680，無指定申請(qǐng)國(guó)）。該儀器裝在振動(dòng)壓路機(jī)上，整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)、一臺(tái)壓實(shí)度儀、一臺(tái)壓實(shí)記錄系統(tǒng)構(gòu)成連續(xù)壓實(shí)度控制系統(tǒng)（CCC）。其通過測(cè)量振動(dòng)輪振動(dòng)垂直加速度波形的畸變程度來評(píng)價(jià)被壓材料的壓實(shí)程度，利用振動(dòng)波基波和二次諧波的比值來表示振動(dòng)波形的畸變程度，通過常規(guī)試驗(yàn)對(duì)比，得到壓實(shí)度值。在壓實(shí)過程中，駕駛員可以從壓實(shí)度計(jì)上隨時(shí)了解壓實(shí)質(zhì)量，但其評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏明確的物理意義，功能單一，檢測(cè)值與實(shí)測(cè)值偏差較大。美國(guó)發(fā)明人也有不少類似的專利，例如專利US4734846、US4870601號(hào)的檢測(cè)儀器等等，不過實(shí)際裝機(jī)檢測(cè)小效果并不明顯。上世紀(jì)90年代，德國(guó)Bomag公司研制OVEGA壓實(shí)度儀和TERRA表，其原理是利用一個(gè)加速度傳感器來記錄振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)輪的垂直加速度值，所測(cè)信號(hào)經(jīng)微處理器計(jì)算后得出壓實(shí)儀值（CMV），顯示在儀表盤上。CMV隨著壓實(shí)土層的迷失度增加而增加，被壓實(shí)土層的壓實(shí)度越高，CMV值就越大。對(duì)于給定的路基土層和振動(dòng)壓路機(jī)，總存在一個(gè)最大的壓實(shí)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(shí)不會(huì)再增加壓實(shí)度，除非更換更大的噸位的振動(dòng)壓路機(jī)，這良種儀器不能應(yīng)用在非振動(dòng)壓路機(jī)上。2001年秋天，北京工程機(jī)械展覽會(huì)上，Bomag公司又推出了新的壓實(shí)度檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)稱為智多星壓實(shí)控制系統(tǒng)，其原理是根據(jù)被壓實(shí)材料的密實(shí)變化自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)恼穹?，以?yōu)化激振力的輸出。單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)采用控制振幅的Variocontrol系統(tǒng)，其設(shè)有5個(gè)垂直振幅擋位，供駕駛員手動(dòng)操作。雙鋼輪振動(dòng)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(duì)被壓實(shí)材料不同的響應(yīng)信號(hào)來自動(dòng)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(guó)土地壓實(shí)技術(shù)公司已于1996年向中國(guó)專利局申請(qǐng)了"對(duì)土體壓實(shí)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法和設(shè)備"。2002年獲中國(guó)專利局授權(quán)，專利號(hào)ZL96193476·×。該專利主要結(jié)構(gòu)是將一個(gè)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(shí)的減速度來推算出土體表面層的壓實(shí)度。簡(jiǎn)單化的設(shè)備已經(jīng)安裝在國(guó)外的沖擊壓路機(jī)上，使用效果并沒有見到相關(guān)報(bào)道。
國(guó)內(nèi)壓實(shí)度儀：自從瑞典開發(fā)了用于振動(dòng)壓路機(jī)的機(jī)載壓實(shí)度計(jì)后，國(guó)內(nèi)壓實(shí)度連續(xù)檢測(cè)研究成為熱點(diǎn)。上個(gè)世紀(jì)80年代后國(guó)內(nèi)在壓實(shí)計(jì)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(shí)度檢測(cè)儀，福建省三明重機(jī)廠試裝在YZ16H型振動(dòng)壓路機(jī)上，該儀器由于采用數(shù)碼管顯示，沒有應(yīng)用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，盡管成本低，但在實(shí)際應(yīng)用中效果不明顯，儀器顯示值與實(shí)測(cè)壓實(shí)度不能很好地對(duì)應(yīng)，該儀器在技術(shù)上有待于進(jìn)一步提高。河南洛陽(yáng)某公司也開發(fā)出了"智能化壓路機(jī)路面壓實(shí)度檢測(cè)儀"，僅在振動(dòng)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(guó)內(nèi)大噸位振動(dòng)壓路機(jī)上試裝國(guó)內(nèi)外產(chǎn)的壓實(shí)度儀，該廠購(gòu)買了Bomag公司的壓實(shí)度儀（TERRA表），裝在新開發(fā)的YZ20型振動(dòng)壓路機(jī)上。該裝置售價(jià)達(dá)數(shù)千美元，由于裝機(jī)數(shù)量?jī)H幾臺(tái)，國(guó)內(nèi)檢測(cè)工藝不配套等原因，該產(chǎn)品尚需要進(jìn)一步被市場(chǎng)接受。河北工業(yè)大學(xué)經(jīng)過多年研制，開發(fā)出壓實(shí)度連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)一裝在國(guó)內(nèi)幾家振動(dòng)壓路機(jī)廠的產(chǎn)品上進(jìn)行了全面考核?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(shí)輪與被壓實(shí)材料相互作用動(dòng)力學(xué)關(guān)系的功能。該系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，編寫了具有一定置信度的預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件，將實(shí)測(cè)加速度值與固化在儀器中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)度、振動(dòng)頻率、壓路機(jī)運(yùn)行速度等值。相關(guān)的壓實(shí)數(shù)據(jù)可在駕駛室屏幕上顯示出來，同時(shí)儲(chǔ)存到軟盤上或直接送入大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這些儲(chǔ)存和已記錄的的數(shù)據(jù)可提供已完成壓實(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化與基礎(chǔ)的壓實(shí)度變化密切相關(guān)，振動(dòng)輪的垂直加速度與基礎(chǔ)的壓實(shí)度正相關(guān)。通過振動(dòng)輪的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來檢測(cè)基礎(chǔ)壓實(shí)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(cè)的壓實(shí)度相比，其誤差可控制在±3%以內(nèi)，并可以通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定進(jìn)行修正。該就"智能化道路機(jī)載壓實(shí)檢測(cè)儀"于2004年夏獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)，專利號(hào)：ZL01144533·5。
技術(shù)發(fā)展方向：1、單機(jī)智能作業(yè)：將振動(dòng)壓路機(jī)、壓實(shí)度儀、專家系統(tǒng)等組成一體，構(gòu)成壓實(shí)智能控制系統(tǒng)。振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪激振力的作用方向決定了傳遞給其基礎(chǔ)壓實(shí)能力的大小。在壓實(shí)度檢測(cè)系統(tǒng)中，振動(dòng)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(shí)現(xiàn)，檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)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(duì)位置，隨著基礎(chǔ)壓實(shí)度的提高，使激振力由縱向變到橫向，并適時(shí)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(shí)不足或過度壓實(shí)的問題。2、定點(diǎn)控制：壓實(shí)智能控制系統(tǒng)將全球衛(wèi)星自動(dòng)定位系統(tǒng)（GPS）引入檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)壓實(shí)路段的土質(zhì)土層力學(xué)性質(zhì)的不同，實(shí)時(shí)定點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的壓實(shí)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(tái)一律必須壓實(shí)若干遍的情形。這樣既可保證壓實(shí)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(shí)度儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到工程質(zhì)量空子中心，為實(shí)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。
