一种路基振动压实的反馈调节方法与流程

1.本发明设计到道路智能化施工控制技术领域，尤其涉及到一种路基振动压实的反馈调节方法。


背景技术：

2.道路建设施工中压实工序最终重要的环节之一，国内外的工程实践和试验研究都早已证明，在路基路面结构层施工时，必须采用施工机械进行认真压实，这样才能提高路基、路面结构层和路面整体的强度，增加其稳定性，以便减少甚至避免路面可能产生的多种早期损坏现象，从而大大提高路面的使用性能和使用寿命。为了确保道路压实质量满足规定要求，采用合适有效的压实度检测方法是监控压实质量的重要手段。
3.传统的压实质量检测方法(如环刀法、灌砂法等)存在抽样点有限、检测具有滞后性等不足，难以实时向技术及管理人员反馈出当前压实区域的压实质量状态信息，不能实现实时地压实质量检测与评价，无法满足更高质量的道路建设需求。连续压实控制技术的出现为道路压实技术的发展带来了新的方向。该技术依托与对振动压路机振动轮的加速度响应数据，通过分析加速度响应的频谱分量变化来识别被压实土体的压实状态。基于以上技术，能够实现对土体压实质量和状态的实时计算与反映，为压实施工的反馈调节以及自动化施工提供了初步的研究基础。
4.因此，在日益增加的交通荷载作用下，为了更好的适应未来的交通环境，本发明基于连续压实控制技术，实现一种路基振动压实反馈调节控制机制与方法，建立路基振动压实反馈控制的方法步骤以实现对路基压实质量的及时控制，以此实现对公路的精细化建设与施工，确保施工的最终质量满足要求。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种路基振动压实的反馈调节方法，在路基振动压实作业，对于压实状态尚未完成的区域，首先依据工程经验压路机操作手操控压路机进行施工，同时进行数据的采集与分析，在完成第一遍压实后，根据采集的数据的分析结果，及时的下一遍压实的压路机工作参数进行反馈调节。具体的反馈条件方法的步骤如下：
6.步骤1：使用振动压路机进行路基的压实工作，压路机振动轮上安装有振动轮竖向加速度传感器装置，以及卫星定位装置，压路机在工作过程中实时采集压路机的加速度响应数据与位置数据；初始压实时压路机选择“大振”或“高幅”档位进行压实。
7.步骤2：在压实过程中根据加速度响应数据，并基于振动压路机的工作频率f，以振动轮完整的振动两个周期的时长为一个计算周期，即2/f秒，采集加速度响应数据计算压实质量测量值(记作mv)，并按压路机沿道路纵向行驶单位距离(1米)的时间间隔对该时间段内的mv值计算得到均值。计算公式如下：
8.9.式中，n表示压路机行驶单位距离的时间间隔内mv值的数量；mvi为单个计算周期内的mv值，按下式计算：
[0010][0011]
式中，a
ω
代表一个计算周期内加速度信号的基频幅值或谐波幅值，通过对该计算周期内的加速度作离散傅里叶变换求得。
[0012]
步骤3：当完成一个压实条带的一遍压实后，根据计算得到的mv与压路机位置数据，以1米距离为间隔，形成道路压实区域的数据单位网格，每个单位网格尺寸为1米乘1米，每个单位网格包含mv、位置坐标、时间坐标三项数据。根据此数据网格，在压路机完成一个条带一遍压实后，计算该遍数下该条带内的mv均值mv
μ
，如下式：
[0013][0014]
同时计算该条带内mv数据的标准差s。
[0015]
步骤4：当单个条带压实遍数大于两边时，开始判别当前遍数下的压实区域是否达到压实质量稳定状态，如果相邻两边压实作业下均值mv
μ
之间相对差值小于5％，即：
[0016][0017]
则认为该条带的压实质量达到了稳定状态，反之则表示未达到压实稳定状态。
[0018]
步骤5：进行反馈调节。当步骤4中的结果判别为稳定状态时，则对压路机的行进速度进行调节，并根据调节后的速度参数进行下一遍压实，并重复步骤2至步骤5检反馈流程步骤。当步骤4中的结果判别为稳定状态时，说明在当前压实工艺下路基结构已区域稳定，为防止出现过压状况，此时该条带的下一遍压实过程应调节压路机的振动挡位为“小振”或“低幅”作为终压，完成反馈调节进入步骤6。
[0019]
步骤6：压实结果判别为达到压实稳定状态后，表明当前压实机械和压实工艺下该路基压实条带的压实质量达到稳定状态不再继续增加。为保证路段压实质量也符合相应规范要求，取该压实条带最后一遍的数据单位网格，找到其中mv值最小的区域，进行压实度的检测。若满足压实度要求，则说明整个条带的压实度也基本满足要求，反之则需要考虑当前压实机械和工艺是否合适，并适当考虑对mv较小的区域进行补压。
[0020]
作为本发明的进一步改进，所述对压路机行进速度的反馈条件方法，可按以下步骤进行调节：
[0021]
步骤1)：如步骤1至步骤3中内容，计算得到当前压实条带在当前遍数下的mv均值mv
μ
及标准差s
[0022]
步骤2)：通过均值mv
μ
与标准差s，筛选该条带下各单位网格中mv值在[mv
μ-3s,mv
μ
+3s]区间外的数据网格，并计算各个网格数据的修正值，如下：
[0023][0024]
步骤3)：当压实质量未达到稳定状态时，则根据修正值和当前压路机工作速度，按下式进行速度参数修正：
[0025]
v'＝v(1+κ)
3/2
[0026]
所述加速度传感器装置，其特征在于：传感器的采集频率不应小于所用压路机的工作频率的16倍。
[0027]
所述的卫星定位装置，其特征在于：在平面内沿道路纵向定位精度应达到厘米级精度。
[0028]
与现有技术相比，本发明能达到的有益效果有：
[0029]
(1)本发明基于连续压实控制技术，可以实现对现场压实质量的实时、全面、连续检测，极大提高对施工质量检测及控制水平。
[0030]
(2)本发明提供了一种路基振动压路的反馈调节方法与机制，可以实现对路基压实稳定状态的实时判别，帮助判断与决策是否完成压实作业，以减少人为决策成本与误差，以保证压实质量。
[0031]
(3)本发明针对路基压实质量未达到稳定状态的区域提供了压实质量分析控制与反馈机制，可以实时有效地调节机械工作参数，保证同一区域的压实质量趋于均匀，并快速达到当前压实机械和工艺下最佳的压实状态。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例所提供的压路机结构示意图。
[0033]
图2为本发明实施例所提供的压实过程反馈调节流程图。
[0034]
图3为本发明实施例所提供的单个条带的数据单位网格示意图。
[0035]
附图标记列表：
[0036]
1-加速度传感器装置，2-卫星定位装置，3-信号发送与接受装置，4-现场终端。
具体实施方式
[0037]
为了更为清晰明白的说明本发明实施例的技术方案、目的及其优点，下面将结合附图对本发明所提道路压实同步监控及反馈系统进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例而非全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的基于本发明的其他实施例，均属于本发明的保护范围。
[0038]
如图1所述，本发明提供一种用于进行路基振动压实作业的振动压路机结构示意图，其中图中1处为加速度传感器装置，用以在压路机工作过程中实时采集振动轮的竖向振动加速度相应信号数据；2处为卫星定位装置，用以实时采集压路机工作过程中的位置数据；3处为信号发送与接受装置，用以实现与外部网络的通信连接；4处为现场终端，用以实现对数据的采集、分析和反馈调节处理，最终在终端的显示器上提供反馈调节方案的结果。
[0039]
压实过程中的反馈条件流程如图2所示。依托图1所示的压路机，当压路机开始工作时，驾驶员选择大振或高幅档位进行工作，工作过程中传感器装置不断采集位置数据和加速度数据，并实时计算出压路机当前压实区域的压实质量指标mv值，计算公式如下：
[0040][0041]
式中，n表示压路机行驶单位距离的时间间隔内mv值的数量；mvi为单个计算周期内的mv值，按下式计算：
[0042][0043]
式中，a
ω
代表一个计算周期内加速度信号的基频幅值或谐波幅值，通过对该计算周期内的加速度作离散傅里叶变换求得。
[0044]
根据计算结果，可以得到一个单位网格中的数据信息，包括：mv值，位置坐标，压实时间，压实速度，压实档位等基本状态参数和压路机工作参数。
[0045]
当完成单个条带的单遍压实后，则得到该条带的压实数据单位网格分布，如图3示意，为20*2米的单个压实条带数据网格，网格中数字为该位置处计算得到的mv值。计算该遍数下该条带的mv均值mv
μ
及标准差s，分别为76.8和5.16。
[0046]
通过均值mv
μ
与标准差s，筛选该条带下各单位网格中mv值在[mv
μ-3s,mv
μ
+3s]区间外的数据网格，如图3所示填充灰色的区域。计算各个网格数据的修正值，以图中60.9位置处的区域为例，该区域该遍数下的压路机行进速度为2.63km/h，修正参数计算如下：
[0047][0048]
压实结果判别为达到压实稳定状态后，表明当前压实机械和压实工艺下该路基压实条带的压实质量达到稳定状态不再继续增加。为保证路段压实质量也符合相应规范要求，取该压实条带最后一遍的数据单位网格，找到其中mv值最小的区域，进行压实度的检测。若满足压实度要求，则说明整个条带的压实度也基本满足要求，反之则需要考虑当前压实机械和工艺是否合适，并适当考虑对mv较小的区域进行补压。
[0049]
当压实质量未达到稳定状态时，则根据修正值和当前压路机工作速度，按下式进行速度参数修正：
[0050]
v'＝v(1+κ)
3/2
＝2.63
×
(1+0.207)
3/2
＝3.49
[0051]
按照调节后工作参数进行下一遍压实作业，重复上述反馈调节流程，直至压实区域的压实质量达到稳定状态。
[0052]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。