土壤壓實(shí)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種±壤壓實(shí)方法和系統(tǒng)，W及設(shè)及一種壓實(shí)機(jī)漉。
【背景技術(shù)】
[0002] 術(shù)語"沖擊壓實(shí)機(jī)"或者"沖擊式娠壓機(jī)"通常表示±壤壓實(shí)裝置，該裝置包括非 圓形形狀的一個/兩個壓實(shí)機(jī)滾筒，當(dāng)在±壤表面上被拖行/驅(qū)動時，壓實(shí)機(jī)滾筒在±壤表 面上產(chǎn)生一系列周期式?jīng)_擊（參見圖1)。運(yùn)些周期式?jīng)_擊使±壤變得緊密，運(yùn)導(dǎo)致±壤被 壓緊且定向成更密集和有效的顆粒布置，降低了±壤的孔隙率并防止進(jìn)一步壓實(shí)和剪切破 環(huán)。沖擊壓實(shí)機(jī)的壓實(shí)機(jī)滾筒中的每一個都在其外圍具有一系列間隔開的凸起點(diǎn)，運(yùn)種凸 起點(diǎn)每一個跟隨有壓實(shí)表面。當(dāng)沖擊壓實(shí)機(jī)在±壤表面上例如通過拖拉機(jī)被拖行時，壓實(shí) 機(jī)滾筒在每個凸起點(diǎn)上上升，然后在該壓實(shí)機(jī)滾筒通過該點(diǎn)時向前且向下下降，因此，隨動 的壓實(shí)表面將沖擊施加到±壤表面（參見圖2)。壓實(shí)機(jī)滾筒的功能因此是在該壓實(shí)機(jī)滾筒 在每一個凸起點(diǎn)上上升時存儲勢能，然后將運(yùn)種能量作為沖擊傳遞。
[0003] 為了達(dá)到需要的壓實(shí)度，預(yù)定數(shù)量的通過通常由沖擊式壓實(shí)機(jī)施加到工作場所。 在已經(jīng)執(zhí)行預(yù)定數(shù)量的通過之后，±壤測試在隔離的分離位置處執(zhí)行，W便建立是否已經(jīng) 獲得需要的壓實(shí)度。雖然運(yùn)些±壤測試僅在經(jīng)歷壓實(shí)的總區(qū)域的非常小比率的區(qū)域上被 執(zhí)行（通常不多于被壓實(shí)的區(qū)域的十萬分之一），但是測試結(jié)果被推斷W指示±壤：達(dá)到需 要的壓實(shí)度；或仍然需要沖擊式壓實(shí)機(jī)的進(jìn)一步通過；或者已經(jīng)超過需要的壓實(shí)度。因此， 在場所的實(shí)際部分仍然不充分地壓實(shí)時，該實(shí)驗(yàn)通常會錯誤地假定該場所已經(jīng)被充分地壓 實(shí)。較差的壓實(shí)±壤會導(dǎo)致道路、鐵路線、飛機(jī)場跑道、或者±壤在今后需要被搬運(yùn)的其它 結(jié)構(gòu)代價很高地過早破壞。
[0004] 沖擊式壓實(shí)機(jī)已經(jīng)表明即使在±壤表面下方的相當(dāng)深的位置處，實(shí)現(xiàn)高水平的± 壤壓實(shí)工作也是良好的。運(yùn)允許場所上的±壤強(qiáng)度的一致性獲得較大的改進(jìn)，提供了整個 場所被無平W無陷落或者接近無陷落。然而，由于一些區(qū)域會比其它區(qū)域更早達(dá)到無陷落， 所W難W確定何時無陷落已經(jīng)在整個工地上被實(shí)現(xiàn)，從而產(chǎn)生大面積工地上的不足壓實(shí)或 者多余壓實(shí)。一旦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無陷落，則不同的±壤類型會具有不同的彈性，并且因此重要的 是測量運(yùn)些彈性W保證獲得的上壤強(qiáng)度一致。
[0005] 可W示出在沖擊過程中沖擊式壓實(shí)機(jī)的滾筒穿入±壤的量與±壤強(qiáng)度直接有關(guān)。 大穿透測量將與低±壤強(qiáng)度相互關(guān)聯(lián)，而小穿透測量將與高±壤強(qiáng)度相互關(guān)聯(lián)。一旦±壤 不再進(jìn)一步陷落，獲得的穿透測量將保持恒定，表示出獲得的上壤的任何變形都是彈性的。 當(dāng)±壤的形狀出現(xiàn)臨時改變時出現(xiàn)彈性變形，在臨時改變時當(dāng)施加的應(yīng)力（壓實(shí)機(jī)滾筒） 被移除時±壤的形狀被完全恢復(fù)。±壤對卸載的響應(yīng)是即時的。當(dāng)±壤的形狀具有永久改 變時（當(dāng)移除施加的應(yīng)力時±壤的形狀不會恢復(fù)）出現(xiàn)塑性變形。當(dāng)在沖擊期間沒有再出 現(xiàn)塑性變形時，運(yùn)表示沖擊式壓實(shí)機(jī)已經(jīng)到達(dá)其壓實(shí)能力的限制并且±壤強(qiáng)度不能被更進(jìn) 一步地改善。可^說±壤反作用力已經(jīng)達(dá)到與通過下降壓實(shí)機(jī)滾筒而施加的壓力均衡的形 式。
[0006] 壓實(shí)機(jī)滾筒在其行進(jìn)的地面上（由于其形狀導(dǎo)致）具有的效果在圖3中被圖解地 示出，其中地面形成正弦曲線圖案。圖3中的上部正弦波顯示了第一次通過時形成的圖案， 其中穿透深度可W大至150mm或更多。中間波和下部波顯示正弦波的幅度如何隨著沖擊式 壓實(shí)機(jī)完成更多次通過和地面變得更堅(jiān)硬而降低。然而，沖擊式壓實(shí)機(jī)不會每次將沖擊傳 遞到相同點(diǎn)，并且每一次通過的正弦曲線圖案將要因此重疊。
[0007] 即使±壤密度通常不是用于確定地面是否被良好地壓實(shí)的最相關(guān)的工程特性，± 壤密度也被建筑業(yè)廣泛使用，W規(guī)定、估算、測量和控制±壤壓實(shí)。運(yùn)種實(shí)踐在很久W前就 被采用，因?yàn)榭蒞從利用諸如當(dāng)今通常使用的核子密度計(jì)的裝置進(jìn)行的測量中容易地確定 上壌醬度。
[0008] 用于測量±壤強(qiáng)度的當(dāng)前方法相對緩慢、人工密集和/或缺乏精確度。施工現(xiàn)場 通常在樣品標(biāo)準(zhǔn)之下，運(yùn)導(dǎo)致不充分的壓實(shí)未被檢測出，或者對于任何問題的成本有效校 正來說被反饋得太晚。
[0009] 本發(fā)明的目的是提供至少緩和上述的一些問題的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 根據(jù)發(fā)明，提供了一種獲得±壤的±壤強(qiáng)度的指示的方法，壓實(shí)機(jī)漉在所述±壤 上移動，所述方法包括W下步驟：
[0011] 當(dāng)壓實(shí)機(jī)漉在±壤表面上移動時，確定壓實(shí)機(jī)漉的滾筒穿透到±壤中并壓入±壤 的深度。
[0012] 重要的是記住本說明書的目的，當(dāng)諸如"測量"、"計(jì)算和"確定"的術(shù)語參照具體值 /量使用時，該術(shù)語不是必須表示實(shí)際的具體值/量，而是還可W表示其估算值。
[0013] 術(shù)語"壓實(shí)機(jī)漉"應(yīng)該被解釋為包括通常所說的沖擊式壓實(shí)機(jī)或者沖擊式壓路機(jī)。
[0014] 壓實(shí)機(jī)漉可W是沖擊式壓實(shí)機(jī)。
[0015] 壓實(shí)機(jī)漉通常包括通過傳送周期性沖擊壓實(shí)地面的至少一個滾筒/漉，其中壓實(shí) 機(jī)漉在地面上移動。為了清楚起見，術(shù)語"滾筒"將在本文中代替"漉"使用。
[0016] 壓實(shí)機(jī)漉的滾筒穿透到±壤中并壓入±壤的深度可W稱為沖程深度。
[0017] ±壤強(qiáng)度的測量用于確定±壤的強(qiáng)度是多少，±壤能夠承載的負(fù)載如何，±壤是 否在一些預(yù)先限定的規(guī)范內(nèi)被壓實(shí)。本發(fā)明提供了可用于確定、估算±壤強(qiáng)度或者提供± 壤強(qiáng)度的指示的不同但相互關(guān)聯(lián)的方法或者測量技術(shù)?！廊缽?qiáng)度的指示可W通過W下方式 來獲得：
[0018] 僅使用沖程深度（如上所述）；
[0019] 使用沖程深度連同/協(xié)同與所述壓實(shí)機(jī)漉的滾筒在±壤上移動時該滾筒的位移 有關(guān)的動態(tài)數(shù)據(jù)，并使動態(tài)數(shù)據(jù)與指示基于具體動態(tài)數(shù)據(jù)的±壤強(qiáng)度的尺度相關(guān)；或者
[0020] 使用沖程深度測量/確定W下測量/估算中的一個（或更多）：
[0021] 沖擊式壓實(shí)機(jī)在操作期間在±壤上移動的該±壤的承載能力；
[0022] 沖擊式壓實(shí)機(jī)在操作期間在±壤上移動的該±壤的通常所說的K值；
[0023] 沖擊式壓實(shí)機(jī)在操作期間在±壤上移動的該±壤的±壤模數(shù)；或者
[0024] 在沖擊期間通過±壤吸收的能量。
[00巧]上述的承載能力、K值、±壤模數(shù)和能量是用于沖擊壓實(shí)領(lǐng)域中的公知術(shù)語，并可 W用于提供±壤強(qiáng)度的指示。承載能力、K值、±壤模數(shù)和能量（上述的）的測量/估算可W被稱為±壤強(qiáng)度的直接測量。
[0026] 所述方法因此可W包括W下步驟：
[0027] 測量/確定操作期間沖擊式壓實(shí)機(jī)在±壤上移動的該±壤的承載能力；
[0028] 測量/確定操作期間沖擊式壓實(shí)機(jī)在±壤上移動的該±壤的所謂K值；
[0029]測量/確定操作期間沖擊式壓實(shí)機(jī)在±壤上移動的該±壤的±壤模數(shù)；或者
[0030] 測量/確定沖擊期間由±壤吸收的能量。
[0031] 確定滾筒穿透到±壤中并壓入±壤的深度（沖程深度）的步驟可W包括測量沖擊 式壓實(shí)機(jī)的滾筒或者沖擊式壓實(shí)機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)與基準(zhǔn)/參考點(diǎn)之間的相對位移量，其中沖 擊式壓實(shí)機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)將滾筒可移動地安裝至沖擊式壓實(shí)機(jī)的底盤結(jié)構(gòu)。
[0032] 所述基準(zhǔn)/參考點(diǎn)可W是底盤結(jié)構(gòu)或者沖擊式壓實(shí)機(jī)的不受滾筒相對于底盤結(jié) 構(gòu)的移動影響的部分（即相對于底盤結(jié)構(gòu)固定的部分）。
[0033] 確定滾筒穿透到±壤中并壓入±壤的深度的步驟可W包括測量沖擊式壓實(shí)機(jī)的 輪軸組件或者拉桿和底盤結(jié)構(gòu)之間的距離，其中滾筒安裝在輪軸組件上，輪軸組件通過所 述拉桿安裝至底盤結(jié)構(gòu)，其中輪軸組件和拉桿形成為所述安裝結(jié)構(gòu)的一部分。
[0034] 所述距離可W是垂直距離。距離的測量可W通過距離測量裝置進(jìn)行。
[0035] 距離測量裝置可W包括：
[0036] 激光傳感器、紅外傳感器或者超聲波傳感器中的至少一個；
[0037] 線性電位計(jì)訊/或
[0038] 線性編碼器。
[0039] 距離測量裝置可W包括兩個激光傳感器、紅外傳感器和/或超聲波傳感器。
[0040] 沖擊式壓實(shí)機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)可W包括一個或多個較接/樞轉(zhuǎn)連接部，其中所述沖擊 式壓實(shí)機(jī)的滾筒安裝在所述安裝結(jié)構(gòu)上，并且所述安裝結(jié)構(gòu)能夠使所述滾筒可移動地安裝 至沖擊式壓實(shí)機(jī)的底盤結(jié)構(gòu)，所述滾筒通過所述一個或多個較接/樞轉(zhuǎn)連接部連接到所述 沖擊式壓實(shí)機(jī)的底盤結(jié)構(gòu)，而所述方法可W包括監(jiān)控較接/樞轉(zhuǎn)連接部中的一個或者每一 個的兩個較接部件之間的相對角位移。
[0041] 沖擊式壓實(shí)機(jī)可W包括底盤結(jié)構(gòu)、拉桿、可旋轉(zhuǎn)地安裝至拉桿的非圓形形狀的至 少一個沖擊滾筒、和連桿（W下簡稱"下降連桿"），所述拉桿通過下降連桿連接到底盤結(jié) 構(gòu)，其中所述下降連桿樞轉(zhuǎn)地/較接地連接至位于間隔開位置處的底盤結(jié)構(gòu)和拉桿，其中 所述下降連桿和拉桿形成為滾筒安裝結(jié)構(gòu)的一部分，其中所述方法可W包括W下步驟：
[0042] 測量所述拉桿和所述下降連桿之間的相對角位移；和/或所述下降連桿和所述底 盤結(jié)構(gòu)之間的相對角位移，并且角位移的變化指示所述沖擊滾筒和所述底盤結(jié)構(gòu)之間的相 對位移量，進(jìn)而指示所述壓實(shí)機(jī)漉的滾筒穿透到±壤中并壓入±壤的深度。
[0043] 所述方法可W包括使用下降連桿和拉桿的已知長度連同根據(jù)測量相對角位移 (一個或多個）獲得的數(shù)據(jù)，W便獲得所述沖擊滾筒和所述底盤結(jié)構(gòu)之間的相對位移量的 指示。
[0044]相對角位移的測量可W通過回轉(zhuǎn)儀、慣性測量單元（W下簡稱"IMU")、光學(xué)流量 傳感器和/或旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行。
[0045] 在可選實(shí)施例中，確定滾筒穿透到±壤中并壓入±壤的深度的步驟可W包括：
[0046] 測量氣動活塞氣缸裝置的氣缸中的壓力，所述氣動活塞氣缸裝置可操作地連接在 沖擊式壓實(shí)機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)和所述底盤結(jié)構(gòu)之間，其中所述壓實(shí)機(jī)漉的滾筒安裝在所述安裝 結(jié)構(gòu)上，并且該安裝結(jié)構(gòu)使?jié)L筒可移動地安裝至沖擊式壓實(shí)機(jī)的底盤結(jié)構(gòu)；和
[0047] 由測量的壓力推導(dǎo)滾筒和底盤結(jié)構(gòu)之間的相對位移量的指示。
[0048] 在可選實(shí)施例中，確定所述滾筒穿透到±壤中并壓下±壤的深度的步驟可W包 括：
[0049] 測量沖擊期間壓實(shí)機(jī)漉的滾筒所受到的加速度的量（即速度變化）；和
[0050] 由測量的加速度推導(dǎo)滾筒和沖擊式壓實(shí)機(jī)的底盤結(jié)構(gòu)之間的相對位移量的指示， 其中滾筒可移動地安裝到所述底盤結(jié)構(gòu)。
[0051] 由測量的加速度推導(dǎo)相對位移量的指示的步驟可W包括使從測量所述加速度獲 得的數(shù)據(jù)關(guān)于時間二次積分，W便確定位移的量。
[0052] 加速度可W是垂直加速度。
[0053] 所述方法可W包括提取從滾筒加速度的測量獲得的數(shù)據(jù)的垂直分量，W便推導(dǎo)滾 筒和底盤結(jié)構(gòu)之間的相對垂直位移量的指示。
[0054] 加速度的測量可W通過加速計(jì)進(jìn)行。加速計(jì)可W安裝在滾筒上或者沖擊式壓實(shí)機(jī) 的安裝結(jié)構(gòu)上，滾筒安裝在所述安裝結(jié)構(gòu)上，并且安裝結(jié)構(gòu)使?jié)L筒可移動地安裝至沖擊式 壓實(shí)機(jī)的底盤結(jié)構(gòu)。
[00巧]確定滾筒穿透到±壤中并壓入±壤的深度的步驟可W連續(xù)/持續(xù)（即實(shí)時）執(zhí) 行。更具體地，所述方法可W包括當(dāng)沖擊式壓實(shí)機(jī)在±壤的上表面上并沿著該上表面移動 時，連續(xù)/持續(xù)發(fā)送指示上壤強(qiáng)度的信號至處理器。
[0056] 當(dāng)所述沖擊式壓實(shí)機(jī)在±壤表面上移動時確定所述沖擊式壓實(shí)機(jī)的滾筒穿透到 ±壤中并壓入±壤的深度的步驟可W包括：
[0057] 從安裝在所述沖擊式壓實(shí)機(jī)的滾筒上或者安裝結(jié)構(gòu)上的IMU獲得數(shù)據(jù)，其中滾筒 安裝在所述安裝結(jié)構(gòu)上且安裝結(jié)構(gòu)使所述滾筒可移動地安裝至所述沖擊式壓實(shí)機(jī)的底盤 結(jié)構(gòu)訊
[0058] 使用所述數(shù)據(jù)確定穿透深度。
[0059] 當(dāng)沖擊式壓實(shí)機(jī)在±壤上移動時確定沖擊式壓實(shí)機(jī)的滾筒穿透到±壤中并壓入 ±壤的深度的步驟可W包括：
[0060] 確定從IMU獲得的加速度數(shù)據(jù)的垂直分量。
[0061] 所述方法可W包括使加速度數(shù)據(jù)的垂直分量關(guān)于時間二次積分。
[0062] 當(dāng)沖擊式壓實(shí)機(jī)在±壤上移動時確定沖擊式壓實(shí)機(jī)的滾筒穿透到±壤中并壓入 ±壤的深度的步驟可W包括通過使用兩個RTKGNSS(實(shí)時動態(tài)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）裝置測 量底盤結(jié)構(gòu)上的點(diǎn)的垂直位置和滾筒或者滾筒安裝結(jié)構(gòu)上的點(diǎn)的垂直位置，該RTKGNSS裝 置安裝在運(yùn)些點(diǎn)處；和計(jì)算通過兩個裝置測量的兩個垂直位置之間的差值。可選地，雖然可 能降低準(zhǔn)確性，但是簡單的GI^或者等效裝置可W用于代替RTKGNSS裝置。
[0063] 所述方法可W包括W下步驟：
[0064] 計(jì)算在沖擊期間通過沖擊式壓實(shí)機(jī)的滾筒施加至±壤的力的量；和
[0065] 計(jì)算所述滾筒和所述±壤之間的接觸面積。