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智能壓實需要的只是更多機會

發布時間:2017/10/30

  智能壓實(Intelligent Compaction,簡稱IC)指的是運用配備了現場丈量體系與反響操控體系的振蕩壓路機,對土壤、骨料底層或許瀝青路面資料等進行的壓實。依據GPS的繪圖體系以及主動記載效果的軟件是智能壓實設備的組成部分;經過集成丈量、文檔記載、操控體系等,IC壓路機能夠實現壓實進程的實時監測與糾正。此外,IC壓路機還運用帶有五顏六色符號的圖表持續記載碾壓遍數、資料剛度丈量值、壓路機的精確方位等信息。
  IC壓路機運用了振蕩壓路機的結構。具有主動反響體系(Automatic Feedback Control,簡稱AFC)的IC壓路機,經過安裝的部件將信息輸入文檔記載體系和反響操控體系,由后者實時處理這些數據,再經過顯現屏展現給壓路機操作手。
  壓路機的精確方位、經過某個特定方位的速度與遍數等均憑借GPS繪出。壓實度計或加速度計裝在振蕩輪里邊或許上方,用于監測所施加的壓實效果力、頻率及被碾壓資料的呼應,經過該儀器的讀數能夠斷定碾壓的效果。核算被碾壓資料的呼應的辦法一般為廠家獨有,故而發生了各種類型的智能壓實丈量值(Intelligent Compaction Measurement Values,簡稱ICMV)。
  在IC壓路機中,附加的溫度儀器被用來監測瀝青路面資料的表面溫度。這十分重要,由于在某些溫度規模內進行碾壓可能會發生不利的效果。
  用于壓實瀝青路面資料的IC壓路機選用雙鋼輪配置。對兩個振蕩輪的監測與主動反響操控增加了智能壓實的難度。此外,進行瀝青路面資料壓實的機遇與面層溫度也至關重要。因此,將IC技能用于瀝青路面資料碾壓時,需求額定的儀器與考慮。
  接連壓實操控(Continuous Compaction Control,簡稱CCC)是指在壓實進程中運用接連壓實儀檢測振蕩輪的動態呼應信號,依據被壓資料與振蕩壓路機的相互效果,經過處理后得到能反映土體壓實情況的操控目標。由于振蕩輪呼應信號的處理方式不同,故而形成了幾種接連壓實操控技能。國內外學者對此進行了很多的研討,而且研制出依據不同作業原理的壓實檢測儀器,包含落錘頻譜式路基壓實度快速測定儀、瑞雷波法壓實儀、核子密實度計、電渦流壓實度計等,其間以安裝在振蕩壓路機上的接連壓實度儀運用最廣。
  1974年,瑞典公路管理局的Heinz Thurner博士將振蕩輪諧波與土壤壓實特性聯絡在一起,榜首次對“ICMV”這個概念進行了研討。他運用一臺安裝了加速度計的戴納派克光輪振蕩壓路機,在粒狀土上進行了現場實驗。效果標明,一次諧波振幅激振頻率下的振幅比、壓實效果與土石料剛度密切相關。1975年,Heinz Thurner博士與ke Sandstrm協作成立了Geodynamik公司,持續對ICMV進行研討。
  1976年,Geodynamik與戴納派克共同開發了壓實度儀Compactometer,其作業原理是運用安裝在振蕩壓路機上的加速度傳感器檢取體系在振蕩鼓勵下的呼應信號,經過濾波器和信號的傅立葉改換得出振蕩信號的基波和二次諧波重量,然后用二次諧波與基波的比值來反映壓實程度。這就是CMV(Compaction Meter Value,壓實度值)丈量辦法。1980年,Thurner、Sandstrm、Forssblad、Hansbo、Pramborg、Machet等人在巴黎的榜首次國際壓實會議上析出了5篇關于CMV丈量技能的文章。
  1983年,Geodynamik公司將示波器的值(OMV)用于振蕩壓路機。OMV為取自振蕩輪橫向加速度幅值的無量綱值。悍馬公司從前將OMV丈量技能用在他們的光輪振蕩壓路機上,可是,描述OMV與土壤特性兩者聯系的英文文獻簡直無跡可尋。
  同年,寶馬格開發了一個土壤壓實檢測體系——Terrameter BTM 01。憑借加速度計的數據,檢測體系中的Omega值既反映了效果于資料的能量巨細,也直接反映了資料的壓實情況。1985年,Hoover在實地研討了三種不同類型粒狀土的Omega值之后,發布了一份鼓舞人心的研討陳述。2000年,寶馬格公司在第三代壓路機中引入了兩個新技能,即Terrameter BTM-E和VarioControl。BTM-E榜首次為壓實情況供給了一個物理值,即土壤動態剛度模量EVIB(MN/㎡)。與Omega值不同,EVIB基本上與振蕩壓路機的參數無關,因此振蕩參數的改動對丈量效果無任何影響。VarioControl體系能夠發生可改換方向的振蕩,使振蕩方向依據物料的密實度在筆直和水平方向無級調理,由于振蕩方向決議了傳遞給土壤的壓實能量的巨細,因此該體系能夠使壓實能量與土壤情況相匹配。
  1990年代晚期,安邁公司提出運用壓路機集成的剛度丈量值ks作為評估目標。ks運用測定的振蕩輪位移、預算的效果力和一個反映壓路機與土壤的交互效果的繃簧-緩沖器模型,供給準靜態剛度的丈量。
  戴納派克、天寶(Trimble)、卡特彼勒等廠商將CMV丈量技能作為ICMV體系的一部分,憑借GPS體系,經過車載設備把CMV數據實時地顯現出來。天寶還為光輪振蕩壓路機供給了一個經過改造的接連壓實操控體系。2004年,酒井公司提出了一個類似于CMV的無量綱參數——CCV(Compaction Control Value,壓實操控值)。與CMV的不同之處是,CCV一起考慮了基頻和次諧波頻率。
  MDP(Machine Drive Power,機器驅動力)是卡特彼勒的一項立異式土壤壓實丈量技能,該技能有助于操作者承認所碾壓土壤的承載強度是否契合標準,進而得知是否可移至下一個作業區域。傳統體系在地上被壓實時丈量其振蕩反響,而MDP丈量的是抵消碾壓阻力所需的能量。跟著地上被進一步壓實,其碾壓阻力會降低,據此核算土壤剛度或承載強度。
  2003年,為了評估MDP體系在粒狀土、粘性土上的運用,愛荷華運輸部、美國聯邦公路管理局和卡特彼勒聯合發起了一個共同研討項目。依據Tehrani、Meehan、White、Thompson等人的論文及陳述,是年,美國開端對MDP丈量技能進行了現場測驗研討;2008年,明尼蘇達州的一個土方壓實工程全面運用了這項技能。
  寶馬格、安邁和戴納派克供給的AFC/IC體系,在振蕩輪跳動被斷定或許到達預設的丈量閾值時能夠主動調理振幅和頻率。Adam、Kopf等人在著作中稱,將AFC用于土壤壓實具有以下優勢:使得更快地完結碾壓作業(經過削減碾壓遍數等)的可能性更大,以及提高土壤特性的均勻性。依據美國聯邦公路管理局的聯合資金交通項目——“加速實施智能壓實技能在路基土壤、骨料底層、瀝青面層中的運用(Accelerated Implementation Of Intelligent Compaction Technology For Embankment Subgrade Soils Aggregate Base, And Asphalt Pavement Materials)”終究陳述的文獻總述部分,現有技能文獻沒有很好地對上述優勢進行量化。
  現在,至少有6個制造廠商(安邁、寶馬格、凱斯、卡特彼勒、戴納派克和酒井,其間凱斯運用了安邁的技能)在壓路機上運用了ICMV技能。
  研討:開展與發現
  壓實是路途施工進程中最重要的環節之一。路面資料需求到達最佳的密實度,才能保證充沛的支撐、安穩度與強度;高質量、均勻的壓實是杰出、耐久的路用功能的保證。均勻性,是壓實之要害。一般來說,壓本質量操控(QC)、質量保證(QA)均需求做現場檢查(核子密度儀或無核密度儀)。
  可是,這些傳統的密實度操控辦法存在以下問題:
 ?。?)現場檢查是在某些隨機方位進行有限的測驗,其效果無法代表整個路面區域。
 ?。?)一些單薄、不合格的壓實區域在現場檢查中沒有被發現。
 ?。?)路面上部的密實度檢測效果在標明整個路面結構才能時的效果究竟有限。
  效果是,路面可能沒有被均勻壓實,從而導致前期損壞和糟糕的長期運用特性。智能壓實技能正是為了處理這些問題而研制的。
  1974年,Heinz Thurner博士研討了經過在壓實機械上安頓加速度傳感器來檢測土石料的壓實情況,拉開了IC技能研討的前奏;1976年,瑞典的Geodynamik與戴納派克公司聯合開發了壓實計,提出用CMV值(即壓實計值)操控土石料的壓實情況;20世紀80年代初,寶馬格推出具有開創性的立異效果——能夠在作業期間檢測土壤壓實程度的丈量體系Terramete BTM 01,讓公司成為全球壓實操控體系的立異領導者;安邁公司依據上述效果,將土石料的剛度參數作為評估目標,其在碾壓進程中對土石料剛度的接連測定被視為土石壓本質量操控的重大突破。
  直到1990年代,智能壓實技能在美國才有了榜首例運用,遠遠落后于歐洲和日本。2007年,為了證明IC技能是卓有成效的,也為了給各州智能壓實施工標準的開展供給支援,美國聯邦公路管理局發起了一個聯合資金交通項目(TPF)——“加速實施智能壓實技能在路基土壤、骨料底層、瀝青面層中的運用(Accelerated Implementation Of Intelligent Compaction Technology For Embankment Subgrade Soils, Aggregate Base, And Asphalt Pavement Materials)”。2008~2010年,美國聯邦公路管理局在佐治亞、印第安納、堪薩斯、馬里蘭、明尼蘇達、密西西比、紐約、北達科他、賓夕法尼亞、德克薩斯、弗吉尼亞、威斯康辛等12個州展開了16個演示工程和敞開日活動,而且對各州作業人員、當地的土方/攤鋪施工承包商進行練習。安邁、凱斯、寶馬格、卡特彼勒、戴納派克、酒井、沃爾沃、拓普康(TopCon)、天寶等設備制造商和組件供貨商為這個長達3年的項目供給了智能壓實設備與技能支持。
  該項意圖目標包含:向美國各州交通運輸部分人員及路途施工承包商展現怎么將智能壓實技能運用于路基、底底層及熱拌瀝青混合料(HMA)壓實;為各州交通運輸部分樹立智能壓實技能的專業知識基礎;促進智能壓本質量操控(QC)標準的開展;清晰智能壓實技能需求改進之處及其優先次第,斷定智能壓實設備及數據剖析的進一步研討方向。
  以下為該項意圖主要發現:
 ?。?)IC技能對現有支承層的繪圖能夠有效地斷定單薄方位,便于在壓實上層之前采納糾正辦法。
 ?。?)憑借IC技能追蹤碾壓遍數與HMA表面溫度,為在最佳溫度規模內堅持全面碾壓的共同性供給了必要的手段。
 ?。?)IC技能在保證夜間攤鋪施工等能見度低的條件下的均勻壓實方面特別有利。
 ?。?)IC技能對路面施工各階段的職責均有深遠的影響,終究協助建造更好、質量更共同的公路。
 ?。?)運用IC壓路機制作現有支撐資料的圖畫,能夠在隨后的HMA攤鋪之前斷定單薄方位。IC現場演示工程也標明,單薄方位難以到達理想的壓實度,乃至可能會在施工車輛的效果下呈現前期破壞。
 ?。?)IC壓路機(被設置為低振幅、低頻率)的繪圖現已成功地在碎石底底層、安穩土底底層以及銑刨之后的瀝青路面上演示。
 ?。?)由于有限的檢查和所丈量特性的差異(比方物理特性和資料配比),ICMV與HMA芯樣密度的相相關系并不共同。
 ?。?)與ICMV和HMA芯樣密度的相相關系比較,ICMV和依據FWD(落錘式彎沉儀)/LWD(輕型落錘儀)的彎沉值或模量之間呈現出更顯著的線性聯系。
 ?。?)ICMV與核子密度儀(NG)或無核密度儀(NNG)丈量值之間具有相對較低的相相關系,可能是由于:ICMV反映的是整個路面結構及下部支撐的剛度,而NG/NNG僅僅丈量HMA層最上面的6 inch;在丈量進程中,ICMV沒有考慮溫度效應,NG/NNG丈量則與HMA溫度無關。
 ?。?0)運用多線性回歸改進了ICMV與現場檢查的相相關系剖析。這些剖析標明,ICMV遭到機器設置(如振幅、振蕩頻率等)、基層結構情況、HMA溫度等多重要素的影響。
 ?。?1)智能壓實數據能夠用來為某個特定項意圖特定資料創立壓實曲線,該曲線用于斷定最佳碾壓遍數,從而避免過壓與欠壓。
 ?。?2)智能壓實數據可用于樹立半變異函數,作為壓實均勻性之衡量。一般來說,后續碾壓的均勻性有所增加。
  實際運用:瑕不掩瑜
  2014年,美國聯邦公路管理局公布了一份運用筆記,里邊記載了智能壓實技能在阿拉斯加州錫特卡機場加鋪工程中的運用。
  該工程采納的施工計劃為先銑刨0.5 inch原有路面,再加鋪2.5 inch新面層。施工承包商Knik建造有限公司運用兩臺IC壓路機(悍馬HD+ 140 VO),依據美國聯邦公路管理局的IC標準施工。施工時刻為每晚7點至次日早晨7點。兩名壓路機操作手均表明,夜間作業時,難以辨清碾壓標線,要不是能夠經過車載顯現器實時把握壓路機的方位和碾壓遍數,根本無法保證對瀝青面層的徹底掩蓋。
  每次換班的時分,會對IC數據進行收集。數據收集包含對IC體系的數據存儲進行設置,以及運用U盤等將原始IC數據從壓路機復制至其他電腦終端。依據數據剖析量的不同,這個進程大致花費15~60 min。IC數據能夠經過悍馬的HCQ軟件檢視,然后輸出為與Veta軟件兼容的格局。Veta是一款依據地圖的檢查和剖析地輿空間數據的東西,當時由明尼蘇達交通運輸部分(MnDOT)和TPF-5(334)號聯合資金交通項目供給研制資金。它能夠獨自檢查每一遍碾壓、掩蓋規模的共同性以及瀝青混合料溫度,還能夠方便地讀取壓路機的速度、頻率和振幅設置,履行統計剖析也十分迅速。
  依據標準,在正式施工之前,需求對交通部分和施工承包商的作業人員進行關于IC作業的課室練習,以及對壓路機操作手進行現場練習。在開端攤鋪之前,維特根的代表來到現場,對這個項意圖質量操控司理進行一對一的練習,內容包括IC設備的調試、電腦端項目設置、HCQ軟件的運用、數據傳輸和剖析等。該司理還參加了美國聯邦公路管理局安排的討論會,學習怎么運用Veta軟件。在項目開端之前承受練習,施工方得以在開端攤鋪作業之前學會運用IC設備。
  壓路機操作手起初并不擔任設備或許電腦的調試,車載顯現器也花費了他們一段時刻去適應。幾個小時后,兩名操作手現已能夠運用實時數據保證適宜的碾壓遍數(經過實驗段斷定)。運用IC設備數日后,他們開端學習怎么在電腦軟件上設置新的工程項目。一個星期后,兩人均能夠熟練地設置IC設備和相關的電腦軟件。
  最終,Knik站在施工方的態度,總結了運用IC設備的優勢:
 ?。?)經過GPS設備收集的碾壓遍數實時數據,簡直消除了漏壓某個區域的可能性,也有助于取得均勻的壓實度。在夜間攤鋪時,由于壓路機標線簡直很難看清,壓實遍數的繪圖顯得特別重要。關于缺乏經驗的壓路機操作手來說,這也是一個優異的練習東西。
 ?。?)瀝青混合料溫度的實時數據,保證了攤鋪機之下的瀝青面層的溫度共同。這關于取得均勻的壓實度至關重要。
 ?。?)當壓實度不能滿足要求時,能夠經過檢視壓路機的一切設定(速度、頻率、振幅等)、碾壓遍數和溫度記載,查找呈現的問題。
 ?。?)經過開端攤鋪之前制作的圖畫,能夠斷定現有路面的單薄方位。
  與此一起,他們也指出了IC設備的一些局限性。
 ?。?)IC仍是一種相對較新的技能,在運用進程中,有好幾次由于IC體系潰散而不得不重新啟動。新體系的Bug給壓路機操作手帶來了不便。
 ?。?)每個項目都會生成海量數據,如果不每天都進行收集與剖析,這些數據很快就會到達難以操控的地步。這無疑增加了施工方的負擔。
 ?。?)ICMV值(勁度模量/剛度指數)與密實度之間并無相關,也根本無法差異瀝青層剛度和基層資料剛度。這些ICMV值也取決于壓路機的設定,為了進行ICMV值的比較,在項意圖整個施工進程中,速度、頻率和振幅有必要堅持不變。
  整體而言,施工承包商Knik建造有限公司對這次的IC技能體會持正面評估,而且表明將會在其他項目上持續運用該技能。
  依據Intelligent Compaction網站的信息,為了推廣IC,2004~2015年,美國一共在177個項目中運用了該技能及相應的設備;2016年,有55個IC項目被各州、縣列入計劃中。
  IC技能:價值現已得到證明
  2014年,建造立異論壇(CIF)把年度新星獎(Nova Awards)頒給了智能壓實技能。新星獎是對那些現已被證明能夠改進建造質量或許降低建造本錢的技能的認可。智能壓實技能的當選理由是——“在改進壓本質量、共同性和均勻性方面,智能壓實的效果是其他技能無法比擬的。”
 ?。ň又袨閲H聞名的智能壓實技能專家張國能博士,Dr.GeorgeChang)在2015年的瀝青大國際展會(World of Asphalt)上,沃爾沃建筑設備推出了他們的榜首個智能壓實體系——Density Direct。該智能壓實體系能夠實時顯現密實度核算效果,預示著智能壓實技能在走向成熟的路途上又邁出了一大步。密實度算法及其在柔性路面上的運用是俄克拉荷馬大學的專利,沃爾沃建筑設備與該大學協作,而且取得了對這一技能進行商業化的專有權力。
  沃爾沃建筑設備的Density Direct與其他智能壓實體系的重要差異在于,它能夠實時顯現密實度的核算效果(運用路面空地率),而后者往往只供給依據資料剛度核算效果的智能壓實丈量值(ICMV)。Density Direct取得了《配備國際》(Equipment World)雜志的2016年立異獎,該雜志的修改Chris Hill稱,“沃爾沃建筑設備的智能壓實體系讓路面壓實度終于不必靠‘猜’了。”
  和其他新興技能一樣,智能壓實也有尚待處理的問題。不過,盡管智能壓實還遠遠算不上業已充沛開展,可是仍不失為壓實技能的一大前進,故越來越多施工單位提出了將智能壓實技能運用到工程項目中的要求,設備制造商也聞景色從,紛繁推出或許晉級其智能壓實體系與設備。
  依據以上事實,我們現在能夠斗膽地下結論——IC技能盡管還不行完美,可是其價值現已得到證明。它需求的,僅僅更多時機。

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