一种基于光纤光栅传感的沥青路面压实监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及沥青路面施工过程压实度质量控制领域，具体涉及一种基于光纤光栅 传感技术的公路沥青路面施工过程压实监测方法。
【背景技术】
[0002] 沥青路面是我国高等级路面主要采用的结构形式。众所周知，压实对沥青路面的 使用性能具有重要影响，若沥青路面压实不当，压实不足或过压，即使所采用的沥青路面材 料具有很高的质量也难以获得较好的路面使用性能，也直接导致一些沥青路面病害的发 生，如压实不足的沥青路面极容易发生车辙、水损害和裂缝等病害，而过压沥青路面容易出 现泛油和一些失稳现象。因此，压实是沥青路面建设过程中的十分重要的环节，合理控制压 实度是沥青路面获得更长使用寿命的关键。
[0003] 为此，沥青路面压实度被当作沥青路面施工质量评定的关键指标。一些传统的技 术手段如路面取芯、密度仪及探地雷达等压实度检测方法得到了广泛应用，但是这些传统 检测方法往往在路面压实结束后得到结果，不具备实时性，不能作为沥青路面碾压合理次 数的控制依据，因此，沥青路面的压实次数一般根据经验确定，随意性较大，但是不同级配 及沥青材料配制的沥青混合料所需要的压实次数并不相同，导致沥青路面过压和压实不足 的问题难以得到有效解决。针对传统手段的不足，一些新的技术手段如GIS/GPS(地理信息 系统/全球定位系统）及数值仿真分析等方法也被应用到沥青路面压实监测中来，但是，由 于GIS/GPS数据量较大及仿真分析具有较多的假设条件，因此，这些方法在实际工程中没 有得到广泛应用。
[0004] 光纤光栅传感技术是以光波为载体，光纤为媒介，感知和传输外界被测信号的新 型传感技术，与传统的传感技术相比，具有灵敏度高、结构简单、抗电磁干扰、体积小、稳定 性好等优越性能，在土木工程领域的重大工程健康监测中得到广泛应用，近几年也被尝试 应用到沥青路面结构信息监测中，大量研究表明，光纤传感器在沥青路面动态变形响应监 测中具有较高的精度和稳定性。而相关研究表明，沥青路面的压实过程是沥青混合料从松 散、塑态到具有较高抗拉强度性能逐步稳定的过程，整个过程中的每一个状态下材料都具 有一定的变形特性，因此，光纤光栅传感技术可作为监测沥青路面材料在压路机碾压作用 下动态变形的有效手段，应变信息可作为合理压实次数的判据。
[0005] 综上所述，目前还没有一种简便有效地实时控制沥青路面压实次数的方法。
【发明内容】
[0006] 本发明为了满足对一种简便有效地实时控制沥青路面压实次数的方法的需求，提 出了一种基于光纤光栅传感的沥青路面压实监测方法。
[0007] -种基于光纤光栅传感的沥青路面压实监测方法，该方法是基于沥青路面压实监 测装置实现的，沥青路面压实监测装置包括n个光纤光栅竖向应变传感器2、m个光纤光栅 温度传感器8、光纤光栅解调仪10、中央处理器11和电缆；光纤光栅竖向应变传感器2的 数据信号输入输出端通过电缆连接光纤光栅解调仪10的数据信号输出输入端；光纤光栅 温度传感器8的数据信号输入输出端通过电缆连接光纤光栅解调仪10的数据信号输出输 入端；光纤光栅解调仪10的数据输出端连接中央处理器11的输出输入端；11和111均为正整 数；
[0008] 该方法包括下述步骤：
[0009] 步骤一、将光纤光栅竖向应变传感器2植入被监测沥青路面1所在层的层底，且光 纤光栅竖向应变传感器2垂直于被监测沥青路面埋设，光纤光栅竖向应变传感器2的受压 端3朝上放置；
[0010] 埋设的具体步骤如下：
[0011] 步骤一一、确定光纤光栅竖向应变传感器2埋设位置：
[0012] 选择被监测沥青路面1的任一断面，将一个光纤光栅竖向应变传感器2置于断面 中间位置，另一个光纤光栅竖向应变传感器2置于距离路缘石91m±0.lm处被监测沥青路 面1所在层的底部，将光纤光栅温度传感器埋设于距离路缘石920cm±0.lcm处，被监测沥 青路面1的断面间距为l〇〇m±lm;
[0013] 步骤一二、在光纤光栅竖向应变传感器2和光纤光栅温度传感器8埋设位置进行 人工刻槽，对连接光纤光栅竖向应变传感器2和光纤光栅解调仪10的光缆埋设位置进行人 工刻槽，对连接光纤光栅温度传感器8和光纤光栅解调仪10的光缆埋设位置进行人工刻 槽：
[0014] 在光纤光栅竖向应变传感器2埋设位置处刻槽，该槽为圆柱形槽，且槽深X槽直 径为7cmX10cm;光纤光栅温度传感器8埋设位置处刻槽，该槽为长方体槽，且槽深X槽宽 为lcmX3cm;在光缆埋设位置处刻槽，该槽称为线槽，线槽的槽深X槽宽为lcmXlcm;
[0015] 步骤一三、布置光纤光栅竖向应变传感器2、光纤光栅温度传感器8和光缆：
[0016] 将光纤光栅竖向应变传感器2放置在圆柱形槽内，将光纤光栅温度传感器8放置 在长方体槽内，将光缆放置在线槽内；光纤光栅竖向应变传感器2的受压端3高出圆柱形槽 的顶面lcm±0.lcm，且光纤光栅竖向应变传感器2的底面放平，然后用粒径小于5mm的小粒 径沥青混合料填充圆柱形槽、长方体槽及线槽并压实；然后执行步骤二；
[0017] 步骤二、通过电缆连接光纤光栅竖向应变传感器2的数据信号输入输出端和光纤 光栅解调仪10的数据信号输出输入端；通过电缆连接光纤光栅温度传感器8的数据信号输 入输出端和光纤光栅解调仪10的数据信号输出输入端；启动光纤光栅解调仪10 ;
[0018] 步骤三、将沥青混合料摊铺在被监测沥青路面1上以后，采用b台压路机7碾压被 监测沥青路面l，b为正整数；当压路机7碾压光纤光栅竖向应变传感器2、光纤光栅温度传 感器8埋设位置时，压路机7的荷载作用于光纤光栅竖向应变传感器2和光纤光栅温度传 感器8,此时光纤光栅竖向应变传感器2将应变响应数据发送至光纤光栅解调仪10,光纤光 栅温度传感器8将温度响应数据发送至光纤光栅解调仪10 ;光纤光栅解调仪10将应变响 应数据和温度响应数据发送至中央处理器11，中央处理器11对接收的数据进行处理并显 示碾压结果，获得合理碾压次数。
[0019] 中央处理器11包括车辆拍照模块12、图像识别及图像数量统计模块13、数据存储 及处理模块14和显示模块15 ;
[0020] 车辆拍照模块12用于在第b台压路机7碾压第n个光纤光栅竖向应变传感器2 或第m个光纤光栅温度传感器8时拍照，并将拍照获得的图像发送至图像识别模块13 ;
[0021] 图像识别及图像数量统计模块13用于对接收的图像进行识别，并统计第b台压路 机7碾压第n个光纤光栅竖向应变传感器2或第m个光纤光栅温度传感器8的图像个数， 即碾压次数a，并将该碾压次数发送至数据存储及处理模块14 ;a为正整数；
[0022] 数据存储及处理模块14用于存储及处理所述光纤光栅竖向应变传感器2的应变 响应数据、光纤光栅温度传感器8的温度响应数据、图像、第b台压路机7碾压第n个光纤 光栅竖向应变传感器2或第m个光纤光栅温度传感器8的碾压次数a;
[0023] 显示模块15用于显示数据存储及处理模块14处理后的结果。
[0024] 步骤三中的中央处理器11对接收的数据进行处理并显示碾压结果，获得合理碾 压次数，其过程为：
[0025] 步