[发明专利]一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法

说明书

一种接触式碾压机集成压实声波检测系统，包括声发射传感器、工控机、数据采集仪以及GPS/BDS接收机等，碾压填筑层时，碾压层附近形成的声波场时域信号被竖直安装在与振动轮直接连接的支架上的声发射传感器接收，采样形成声波场数字信号；同时GPS/BDS接收机提供与碾压位置相关的空间信号，对采样的声波信号进行滤波、频谱分析，得到有效声信号谐波幅值，依据幅值比值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，结合GPS空间位置信息在机载显示器上呈现碾压区域时空压实度分布图，本发明具有精确、连续、实时、离散性小、成本低等特点，适合填筑料连续压实质量控制，通过压实度反馈控制碾压机作业参数易于实现智能连续压实功能。

技术领域

本发明属于填筑压实质量检测技术领域，可用于填筑质量快速无损检测，特别涉及一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法。

背景技术

随着全球高速公路、铁路、机场、建筑物、桥、水库和大坝等的修建，越来越多的路基、坝基或坝体等填筑形式为土、沥青混合料、土石混合料或其他材料，而填筑材料的压实度是控制填筑料填筑质量的一个重要指标，它直接影响填筑体的强度和稳定性，影响填筑体的使用性能和使用寿命，因此国内外的研究者提出并研发了许多针对路基、坝基或坝体填筑料填筑质量的检测装备与技术。

检测装备与技术按照检测方式的不同，大致可以分为直接法、间接法。直接法包含灌砂法、环刀法、核子密度湿度仪法、电阻率测试法等，间接法包含机载压实度检测仪法、探地雷达法、瑞利波法、电磁法和冲击响应频谱法等。直接法为抽样检测法，只能反映某些点的压实状况，不能反映整个工作面的压实质量，且属于有损检测，对原路基、坝基、坝体或其他类型填筑体的扰动较大，此外，该方法的检测装备繁杂且笨重，检测流程多而繁复，导致直接法检测效率低、人力及经济费用高，无法满足工程机械化快速施工的要求，因此会严重制约施工进度，降低公路、铁路、机场和大坝等施工效率和工程经济性；间接法属于间接反映填筑料填筑质量的检测方法，检测精度低且检测装备昂贵，无法满足填筑质量(如公路路基路面填筑质量)的高标准要求，昂贵的检测设备且会大幅降低工程经济性，目前检测精度高、高效且适用于粒径分布范围较大填筑材料的间接检测方法还较为匮乏。综上所述，实际工程中需要一种检测精度高、实时高效、接触式的无损检测装备与技术。

目前，国内外对于填筑质量检测方面的研究，主要集中在路基填筑质量方面，相应的检测装备与技术已经在公路建造领域得到几十年的应用实践。在国外，相关研究主要集中于如何将RICM/IC技术应用于公路建造和选取RICM/IC 参数作为机械路面设计标准值。目前，可用来表征填筑体压实度的指标主要有 CMV、MDP、K_s、E_vib和THD等。基于压实度指标CMV、MDP、k_s、E_vib和 THD等的机载压实度检测技术通常被称为碾压机集成压实监控技术(RICM)，通过采集加速度、力/位移、机器净驱动功率、温度等信号，对采集到的信号进行分析处理，提出相应压实度指标，利用这些指标值来间接反映路面、路基或其他填筑体的压实程度的一种技术。随着技术的发展，如果基于RICM技术的填筑质量监控系统提供振动幅度、振动频率、碾压机速度的自动反馈控制，则它通常被称为智能压实(IntelligentCompaction,IC)。除了RICM/IC技术之外，其他技术也得到了一定的发展和应用。如Anbazhagan等尝试采用探地雷达技术对土的压实均匀性进行调查研究。Shangguan等提出了一个原创的利用GPR技术对沥青路面压实进行监测的方法。Beaucamp等利用一种步进频率雷达(SFR) 技术对HMA的压实度进行了无损检测和评估。Karray等利用MASW法对Péribonka坝基的深层压实进行了评估研究。Donohue等利用地震面波法对土压实情况进行了检测。Fauchard等利用基于波传播的高频电磁法(EM)对HMA的压实度进行了确定。Chiang等利用调查应力波传播速度检测回填土的压实度并评估其压实质量。Islam等利用电阻率测试法对土的压实度情况进行了检测。Moallemi-Oreh等利用声学方法，对作物种植时土的压实度进行了估算研究。Cui 对受夯锤重量影响的动态孔隙压力和动态土压力进行了分析，提出了一个实时诊断路基压实状态的方法。