压实质量控制技术分析探讨

迟明祥 张 彬 刘雯钦

（长安大学渭水校区，西安 710064）

在填料一定的情况下，良好的压实质量控制便成为保证填筑体工程施工质量的决定性因素。然而，传统的压实质量控制方法存在很多缺点，无法做到对压实状态的实时反馈，也不能实时调控压实机具施工参数。由此催生了连续压实和智能压实概念。本文针对传统压实质量控制方法的不足，对连续压实和智能压实技术理论的概念与关键技术进行分析和探讨。

1 传统压实质量控制技术

传统的压实度检测方法主要包括灌砂法、环刀法、钻芯法、核子密度仪法、无核密度仪法等方法，前两者用于路基和基层的压实度检测，后三者主要用于沥青路面压实度检测，其中，灌砂法是检测压实度最常用的试验方法之一，适用于在现场测定基层、路基等各种填料压实层的压实度。以该方法为例，简要分析传统压实质量控制技术的缺陷。灌砂法检测过程主要包括标定灌砂筒内砂的质量和量砂的单位质量、选取检测点、钻孔取芯、回填量砂、称重计算等步骤。

从以上过程可以看出传统压实质量控制技术一般是采用“点式”抽样方式进行，这类方法存在诸多不足。

第一，点式抽样控制得到的是抽样点的值，很难控制填筑体的均匀性和整体质量；该方法不但比较费时费力，明显影响工程机械化施工，并且是在施工结束后检验，不能在碾压过程中发现问题并处理。当填料存在不均匀性时，抽样点的代表性就会极大降低。目前，国内公路路基主要靠点式检验，导致质量控制不到位，使缺陷责任期内就开始修补。

第二，压实工艺控制不便，包括压实遍数控制、碾压轮迹控制、高程控制、温度控制等。碾压遍数依据试验段得到，后续施工段的条件必须与试验段的完全一致，并且填料要非常均匀才能采用，属于经验法。实践证明，碾压遍数不变会导致碾压面某些区域没被压实、而另一些区域过度压实等问题，因此，单纯控制碾压遍数还不能控制好填筑体的整体质量，将压实遍数优化才能得到更好的压实质量。

总的来看，传统压实控制技术虽然操作较简单，但实际操作时常常无法做到在较小误差范围内真实反映压实度，故经常导致施工与质量检测之间发生矛盾。

2 连续压实控制技术

为解决传统压实质量控制技术存在的问题，在20世纪90年代出现了连续压实控制（Continuous Compaction Control，简称CCC）的概念。其核心思想是在振动碾压过程中依据压路机振动轮和路基结构的相互动态作用（振动论的激振力和路基的反力），连续测量压路机振动轮的动态响应，基于这种振动响应建立评定与控制体系，以实现碾压过程中的实时监测和反馈控制。

目前，国际上较先进的连续压实控制设备厂家有BOMAG、Caterpiller、Dynapac等。以Dynapac的压实信息检测分析系统为例，其CCC系统装置由1个压实仪表、加速度计和处理器组合装置，1个定位系统和1个用于文档处理的机载PC 机等3部分组成[1]。在振动压路机的工作过程中，振动轮内的旋转偏心块产生一正弦简谐振动。然而，在碾压过程中，这一简谐振动始终会受到来自受压填料的干扰。CCC系统通过装在振动轮上的加速度计采集由干扰引起的加速度变化，经变换处理而计算出压实度仪表数值（既CMV值）。

连续压实控制实现了在碾压过程中实时反馈压实状况，并使得压实控制可以覆盖整个作业面。该系统的缺点是在施工段采用该控制技术前要首先进行对比试验，即在试验段建立较高的连续压实质量控制指标与传统质量控制指标间的相关关系，这就要求施工段必须与试验段施工情况基本一致，否则控制参数的意义不大。并且，该系统还无法做到对压路机的输出参数进行实时的智能调节。

作为智能压实的技术基础，连续压实控制是目前应用较成熟的压实质量控制技术。随着研究和工程应用的深入，连续压实控制指标是否能真实反映填筑体的压实质量已成为关注的焦点，这也是影响智能反馈控制的关键技术之一[2]。

3 智能压实技术

3.1 智能压实的含义

智能压实是根据连续压实控制技术而提出的概念，主要是指装配在振动压路机上的智能控制系统。该控制系统可以实时采集振动轮的振幅、频率、激振力和压路机的行走速度等参数，通过技术处理获得连续分布的受压体刚度、模量及抗力等物理量，持续自动地调节压路机性能参数，以优化压实质量。

可以看出，所谓智能压实，其实质是根据压路机振动响应来连续识别填筑体力学参数，再根据参数大小和分布自动调节压路机工艺参数进行优化压实作业，以得到更好的压实效果[3]。

3.2 智能压实控制系统应具备的功能

智能压实的主体是智能压实控制系统。一个基本的智能压实控制系统应包括信息采集装置、数据处理软件和压实机具等部分。根据智能控制的含义，智能压实控制系统应该具有以下功能。

一是具备智能系统的基本功能，也是智能压实最重要的技术特征，即学习、决策和优化功能。应用于压实控制系统则是指在碾压过程中控制系统能够不断学习所采集的信息并进行分析和处理，不断优化所得到的压实状态反馈信息，根据反馈信息对压实参数的调整和其他状况做出综合决策。

二是根据反馈信息快速智能调控压实机具的能力。智能压实的目的是使压路机能够根据压实状态自动调节频率和振幅，即能够针对不同的压实状态做出不同程度的合适调节。这涉及对不同级配的填料以及该填料的最佳压实效果的研究学习，需要长期的研究积累。

由以上描述可以看出，智能压实的主要功能是自主的学习与实时的反馈控制，能够智能识别填料的压实状态，并对压实机具的参数做出自动调节，这也是实现智能压实的关键。

3.3 智能压实的关键技术

既然智能压实是通过智能控制系统实现的，则实现智能压实的关键应在构建良好可靠的控制系统。目前，制约智能压实发展的关键因素或者实现智能压实所需要的关键技术有以下几方面。

3.3.1 在碾压过程中精准识别填筑体的压实状态

动态精准地识别填筑体的压实状态是智能压实的第一步，也是核心问题。对于振动压实来讲，该问题可以抽象为“一个刚性圆柱体在弹塑性体（对于沥青混合料则是高温粘弹塑性体）上移动和振动状态下的接触动力学问题”[4]，目前还没有得到有效解答。因此，建立有效的信息采集方式以及构建合理的力学模型是关键所在。

3.3.2 智能压实检测指标与传统检测指标的一致性问题

无论是CCC系统还是智能压实控制系统，其控制指标都应真实反映填料的压实状态。在传统的压实指标被广泛接受的情况下，任何一种智能压实控制指标都应做到与传统压实指标具有较高相关性，才能在施工过程中不引起标准上的冲突，从而被广泛接受。

3.3.3 压实机械工作参数的连续调节

智能压实控制技术的直接目的是实现压实机具工艺参数的自动调节，而调节方法和程度还有待研究。需要大量压实工艺实验来探索在不同填料、不同级配下达到最佳压实状态所需的压实机械工艺参数，如激振力、振频、振幅乃至振动轮质量等的组合，不是理论分析能完全解决的。

3.3.4 智能识别填料

填料选择和压实技术决定了填筑体的压实质量。因而智能压实系统除在碾压过程中实时调节压路机参数外，还应具备智能识别填筑体所用填料的功能，以便针对不同填料的压实性做出相应决策。而这个功能的实现也需要系统长时间不断学习。但是，学习的方法和判定的标准尚需进一步研究。

总的来看，作为连续压实技术的进一步发展，目前智能压实技术仍处在概念阶段，其关键技术还没有实现。真正的智能压实应体现在智能输出压实状态、智能控制压实工艺参数、智能识别填料以及智能驾驶等方面，也是研究智能压实的重点和开发相应控制系统的关键所在[4]。

4 结语

本文对压实质量控制技术发展进行了分析探讨。从长远来看，从传统压实质量控制技术到连续压实技术，再到智能压实，压实机具和碾压施工走向智能化是大势所趋，而目前连续压实技术方兴未艾，智能压实技术还处于概念阶段，在此对压实质量控制技术进行分析探讨，明确其发展方向，为后续研究奠定基础。