壓實土層結構的可驅動設備、確定該結構最上層層彈性模量的方法

專利名稱：壓實土層結構的可驅動設備、確定該結構最上層層彈性模量的方法
技術領域：
本發明涉及一種壓實土層結構的可驅動設備，其具有至少一個振動裝置，例如振動滾筒或振動板，經由所述振動裝置，可以將壓實土層結構的載荷脈沖引入至少一個載荷引入區域中。另外，本發明還涉及一種用于在壓實過程中確定土層結構的最上層、尤其是路面浙青層的層彈性模量的方法。
背景技術：
用于壓實土層結構的設備在現有技術中是已知的。例如，存在機械驅動的滾筒，尤其是壓路機，通過所述滾筒可以壓實土層結構，尤其是壓實包括基層的浙青路。為此，這些設備以及上述壓路機具有一振動裝置，借助所述振動裝置，可以將壓實土層結構的載荷脈沖引入土層結構的表面中。可驅動設備在待壓實的土層結構上分多個工作步驟移動，在每次通過時進行進一步壓實，直至實現最大壓實。在實現最大壓實之后，不再需要進一步壓實土層結構，或者，進一步的壓實甚至會產生反作用，因為這導致壓實的土層結構重新疏松，并導致壓實設備的過度疲勞。為此，連續地或者以特定間隔檢測土層結構的壓實度是很重要的。但是，在這種情況下成問題的是由于土壤結構由不同層組成，對相應層的彈性模量、即層彈性模量進行精確檢測是不可能的，這是因為各個層的彈性模量(尤其是游離層的彈性模量)彼此相互影響。利用所謂“落錘式彎沉儀”(FWD)的方法是現有技術中已知的，其中，通過借助于確定數量的檢測裝置確定由載荷脈沖引起的凹陷溝槽，可以實現層彈性模量的比較精確的檢測。尤其是在評價已有浙青路的承載能力的情況下，利用“落錘式彎沉儀”的承載能力研究越來越變得有意義。利用“落錘式彎沉儀”，利用下落質量對路面施加載荷脈沖，所述下落質量用于模擬車輪滾壓。土層結構表面的瞬時出現的豎向變形記錄在載荷中心，遠至離開載荷中心的八個預定距離處。通過凹陷溝槽的所測量的凹陷，確定整個道路結構的硬度。更深層對所測量的凹陷的影響隨著離開載荷引入點的距離的增加而增加。這意味著，載荷引入點處的凹陷與整個層結構的承載能力有關，而最遠獲得(pickup)的凹陷實質上由基層或更深層的承載能力確定。然后基于彈性半度空間理論以及Boussinesq/Odemark的多層模型(例如2層或 3層模型)進行硬度或層彈性模量的計算。載荷引入點處的硬度模量形成所謂的等效模量，即在全部層的影響下的整個土層結構的彈性模量。在更遠的測量點處，確定所謂的承底(bedding)模量，即基層的彈性模量。然后借助于反算，根據所測量的凹陷溝槽或路面的彈性模量，確定各個層的彈性模量。 在計算中結合束縛承載層和游離承載層的層厚度。但是，這種方法存在下述缺點利用“落錘式彎沉儀”確定層彈性模量非常費時，而且測量過程中不能在土層結構上執行任何其他工作。而且，通過“錘式彎沉儀”得的值僅僅是對土壤壓實設備(尤其是對壓路機)來說是可用的，并且由于是在一時間延遲之后使用， 因此，壓實控制方法或受壓實控制的土壤壓實很費力。

發明內容
所以，本發明的目的是給出一種上述類型的用于壓實土層結構的設備，其允許快速、并且成本低廉地檢測或監測土層結構(尤其是最上層)的層彈性模量。該目標是依照本發明的一種壓實土層結構的可驅動設備來實現的，所述可驅動設備具有至少一個振動裝置，例如振動滾筒或振動板，經由所述振動裝置，可以將壓實土層結構的載荷脈沖引入至少一個載荷引入區域中，所述可驅動設備設置有用于檢測土層結構的彈性模量的至少一個第一和第二檢測裝置，所述第一和第二檢測裝置位于所述可驅動設備上，彼此間隔開，使得第一檢測裝置允許在載荷引入區域中進行檢測，至少第二檢測裝置允許在載荷引入區域外部進行檢測。對于本申請的方法，該目的是通過一種用于確定土層結構層(尤其是道路浙青層)的彈性模量的方法實現的，該方法具有下列步驟經由土層結構的最上區域的表面將至少一個載荷脈沖引入到載荷引入區域中；借助于第一檢測裝置，在載荷引入區域中檢測土層結構的凹陷溝槽的第一值，根據該凹陷溝槽的所檢測的第一值，確定土層結構的等效模量；借助于至少一個第二檢測裝置，在載荷引入區域外部檢測凹陷溝槽的至少一個第二值；根據該凹陷溝槽的所檢測的值，確定土層結構的承底模量和最上層的層彈性模量，載荷脈沖通過土壤壓實機器的振動裝置(例如振動滾筒或振動板)引入土層結構中。相對于上述利用“錘式彎沉儀”方法來說，在依照本發明的方法或依照本發明的可驅動設備中設置成用于壓實該土層結構的振動裝置，即振動滾筒、振動板、振動壓模等等， 被用作用于啟動所限定的載荷脈沖的載荷引入裝置。在本發明范圍內，可驅動設備可以被理解成具有用于土壤壓實作用的操作裝置的任何設備，所述操作裝置起到振動裝置的作用、尤其是起到在施工作業中用于機械化整平土壤壓實的裝置的作用。相關的是，該設備實施成使得用于檢測彈性模量或用于檢測凹陷溝槽的兩個檢測裝置相互間隔開定位，這樣第一檢測裝置在該振動裝置或一個振動裝置的載荷引入區域中進行檢測，而至少第二檢測裝置在該載荷引入區域外部進行檢測。“該載荷引入區域外部”被理解為任何在距離載荷引入區域一段距離處可檢測載荷脈沖的影響的位置。正如上面已經提到的，變形溝槽或凹陷溝槽通過振動裝置(尤其是振動滾筒)引入的載荷脈沖形成。通過依照本發明的第一和至少一個第二檢測裝置的布置，借助于該凹陷溝槽的這些值的目標確定，可以得出單層彈性模量的結論，尤其是可以得出關于土層結構的最上層的結論。第一檢測裝置優選實施成其允許在載荷引入區域中檢測土層結構的凹陷溝槽的第一值，而且第二檢測裝置優選實施成其允許在載荷引入區域外部檢測凹陷溝槽的至少
一個第二值。正如上面已經提到的，通過由此檢測的這些值，可以進行相應層模量的目標確定。
第一檢測裝置優選實施和設置成其允許在載荷引入區域中檢測凹陷溝槽的第一值。該第一值允許計算土層結構的等效模量，即整個土層結構的彈性模量，這是因為土層結構從最上層到位于最上層下面很遠的層的所有變形都影響它。尤其是，可以在土壤壓實作業過程中進行該檢測。借助于至少所述第二檢測裝置，則可以確定另一彈性模量，即承底模量，所述第二檢測裝置位于載荷引入區域外部或者位于每個載荷引入區域外部，這樣，它僅僅檢測壓實裝置的載荷脈沖的影響。而且可通過檢測凹陷溝槽的至少一個值(即第二檢測裝置的區域中的至少第二值)再次進行該確定。根據凹陷溝槽的至少該第二值，則可以確定承底模量。 在土壤壓實作業期間也可以進行該檢測。該承底模量幾乎與基層無關，因為這個位置的變形基本上只由基層確定而不是由最上層確定，如上所述。根據多層模型理論，利用土層結構的各個層的層厚度，確定最上層的層模量，尤其是浙青層的層模量。由于浙青模量對于基層影響而進行了修正，其基本上代表了浙青層的硬度，而且比載荷引入區域中確定的等效模量更精確。根據本發明，通過為用于土壤壓實的設備裝配檢測裝置，在壓實作業期間，尤其是在壓路機或類似壓實裝置作業期間，也可以進行壓實狀態的監測，尤其是浙青路承載能力的監測。由此確定的這些值則可以直接影響道路施工機械的調整程序，以便根據要求實現特別有效的機械控制。所述第一和至少第二檢測裝置優選具有至少一個地音探測器或類似變形測量計， 通過所述地音探測器或類似變形測量計，可以檢測特別在土層結構中由引入的載荷脈沖引起的反射波。這樣，可以很精確地檢測凹陷溝槽的相應值。第一和/或第二檢測裝置優選具有力傳感器或類似測力計，通過力傳感器或類似測力計，可以檢測引入的力脈沖和/或將引入的力脈沖傳送至相應的處理單元。所檢測的力脈沖優選存儲在該處理單元中。對由檢測裝置檢測的所述第一值和至少第二值來說，同樣也是這樣，這些值也優選在相應的處理單元中記錄、處理和存儲。所檢測的這些值的分析以及相應彈性模量的確定優選也在該分析單元中進行。而且優選采取對所確定的等效模量和承底模量進行比較，并確定所得到的相應層模量。為此，相應控制和調整程序以及處理程序優選包含或可存儲在處理單元中。得到的結果則可以顯示在顯示單元中和/或供給至其他的例行程序，例如振動裝置的定向結果的調整。第一檢測裝置和至少第二檢測裝置優選實施成它們允許在相應區域中精確檢測由載荷引入脈沖引起的變形。可利用現有技術中已知的所有方法和設備進行檢測。因而也可以通過振動裝置本身以及通過其在振動過程中的沉降運動進行檢測。例如借助于具體為地音探測器的機電變換器，可以非常簡單地檢測所述第一值和至少第二值，所述機電變換器將土壤振動轉化成模擬電壓信號。檢測裝置優選設置成使得在土層結構的最上層與檢測裝置之間存在靜態耦合。在一特定實施例中，第一檢測裝置在所述設備上設置成使得其允許在載荷引入區域的載荷中心檢測。這樣，可根據所述凹陷溝槽的第一值確定最大值。第一檢測裝置還優選設置成與振動滾筒的載荷引入軸線同軸。可以將第一檢測裝置設置在振動滾筒或其支承單元上，尤其是設置在振動滾筒的振動鼓上。這樣可以非常簡單地進行載荷引入區域中、尤其是載荷引入區域的載荷中心中第一值的精確檢測。至少第二檢測裝置優選設置在靜壓滾筒上，尤其是其靜壓鼓上。在本發明的范圍之內，靜壓滾筒被理解為不具有獨立的振動裝置的滾筒。這樣的靜壓滾筒僅僅靠其重量形成對土壤的壓實，例如，它也可以用作用于本發明的設備的驅動裝置。在本發明的范圍之內，術語靜壓滾筒因而還包括橡膠輪或類似驅動裝置。第二檢測裝置在另一不振動、即靜壓的支承體(suspension)上(尤其是靜壓滾筒上)的布置還允許成本低廉、更精確地檢測凹陷溝槽的第二值。這里還可以使用所有現有技術中已知的用于檢測凹陷溝槽的值的方法。在一有利的改進中，至少第二檢測裝置設置成其位置相對于振動裝置的載荷引入區域可移位，尤其是可借助于一支撐框架進行移位。這樣，可對凹陷溝槽的第二值的檢測部位產生直接影響。另外，在這樣的支撐框架上也可以設置用于檢測載荷引入區域外部的凹陷溝槽的其他值的其他檢測裝置。此外，當然，這樣的其他檢測裝置也可以設置在設備的其他部件上，只要它們與載荷引入區域間隔開即可。該設備優選實施為具有振動滾筒和至少一個靜壓滾筒的壓實機。借助于依照本發明裝配的壓實機，可以非常簡單地進行土壤壓實，同時進行能力研究尤其是對土層結構的最上層的承載能力狀態的檢測。因而，借助于本發明的設備和本發明的方法，在土層結構壓實過程中進行承載能力分析，尤其是土層結構的最上層的承載能力分析基本上是可行的。因而，現有技術中已知的土壤壓實機械優選裝配有本發明的檢測裝置以及其他為此所需的轉換和調整單元，以便執行類似于利用“落錘式彎沉儀”的承載能力分析方法的方法。在這里，也可以提供一種設備，其允許土壤壓實機械裝配上述檢測裝置或用于檢測層結構的最上層的層彈性模量的裝置。本發明其他實施例由本申請的相應技術方案產生。


下文將基于示例性實施例描述本發明，通過附帶的視圖更加詳細地解釋該示例性實施例。在這些示意圖中圖1顯示了用于壓實土層結構的設備的第一實施例的示圖；和圖2顯示了圖1中實施例的檢測裝置布置的示圖。在下文中，同樣的參考標記用于類似的和等同作用的部件，撇號有時還用于區分。
具體實施例方式圖1顯示了依照本發明用于壓實土層結構的設備1的實施例的示圖。這里，設備 1具體為自推進式壓路機，尤其是壓實機30。它包括具體為振動滾筒6的振動裝置，所述振動滾筒6經由支承單元16連接于壓實機30的主體34。一靜壓滾筒M經由另一支承單元 26相聯，這樣，壓實機30可經由兩個滾筒6、M驅動。相比而言，對靜壓滾筒M來說，土層結構2僅靠其靜態重量進行壓實，而對振動滾筒6來說，可以借助于所驅動的振動質量主動地壓實土層結構2。振動滾筒6將載荷脈沖P經由載荷引入區域8傳送至基層，所述載荷引入區域8 基本上相應于振動滾筒6的振動鼓18與土層結構2的最上層32的表面33之間的接觸區域。由載荷脈沖P引起的并誘導沉降的這些振動在圖1中用同心圓15顯示。從載荷中心Z開始，由引入的載荷脈沖P以及由此所導致的振動15引起土層結構 2的沉降，該沉降由凹陷溝槽14示意性示出。在這種情況下很清楚，由載荷脈沖P引起的沉降或壓實隨著與載荷中心Z或與載荷引入軸線Ap(其與所述表面33相垂直)的距離A的增加而減小。正如現有技術中已知的，借助于在振動鼓18或振動滾筒6處引入的載荷脈沖P，可以確定硬度模量，所述載荷脈沖P充當土層結構2中的壓實力或變形力。該硬度模量相應于等效模量，即土層結構2的整個測量深度上的平均硬度值。最上層32和位于下方的承底層42的層彈性模量都會影響該等效模量。借助于第一檢測裝置10，進行用于確定等效模量所需的凹陷溝槽14的第一值W1 的檢測，在該實施例中，所以第一檢測裝置10設置并靜態聯接在振動滾筒6或其支承單元 16上。第二檢測裝置12位于靜壓滾筒M或其靜壓鼓28或其支承單元沈上，通過所述第二檢測裝置12，可以在載荷引入區域8外部確定凹陷溝槽14的第二檢測值w2。如圖1可得到的，第二檢測裝置12與第一檢測裝置10以及載荷引入區域8間隔開，以便可以檢測位于最上層32下面的層(尤其是承底層42)的彈性模量。由于第一檢測裝置10或載荷引入區域8與第二檢測裝置12之間存在距離AD，所以，第二值W2的檢測位置處的變形基本上由基層確定，而不是由浙青層本身確定。已經證明，Im至2. 6m(尤其是1.8m)的值是有利的距離值Ad。根據現有技術中已知的多層模型理論，利用各個土層的層厚度，借助于兩個確定的第一值W1和第二值W2以及由此獲得的等效模量或承底模量，可以確定要測量的浙青層 32的層彈性模量，結果得到基本上由基層影響所修正的浙青模量，其表示比等效模量更精確的浙青層32的硬度，并且考慮整個土層結構2。根據本發明，與所使用的部件和檢測裝置有關，可以以每秒30-50載荷引入的頻率進行載荷脈沖P的引入。通過相應的控制裝置也可以對振動裝置4或振動滾筒6產生相應的影響。也可以借助相應的調整裝置調整所引入的載荷脈沖的絕對值，使之與所需要的測量狀態相對應。例如，可以通過調整裝置將載荷脈沖P調整至50kN的值，該值基本上對應于卡車的車輪載荷，因而允許對土層結構2 (尤其是對上層32)的承載能力進行信息分析。 因而，在這里可以激活本發明的設備1或者壓實機30，使之允許可靠地、可再現地研究土層結構2，尤其是最上面的土層32。圖2顯示了依照圖1的設備1的示意圖，特別注意第一和第二檢測裝置10、12。應當認識到，第一檢測裝置10的地音探測器11位于設備1的振動滾筒6上，使之允許檢測由載荷脈沖P引起的反射波。正如現有技術中已知的，通過地音探測器11或第一檢測裝置10，可以檢測位于載荷引入區域8中的土層結構2的動態土壤硬度。通過該動態土壤硬度，以已知的方式就可以得出有關土層結構2的壓實度的結論。地音探測器13，這次為第二檢測裝置12的地音探測器13，其也位于設備1的靜壓滾筒M上。因為靜壓滾筒M不能單獨將載荷脈沖引入到土層結構2中，該地音探測器允許檢測作為載荷引入區域8中載荷引入的函數的硬度值，由于兩檢測裝置10、12或地音探測器11、13之間存在距離Ad，所述硬度值基本上僅僅是承底層42的函數，而不是上層32的函數。借助由地音探測器13或第二檢測裝置12檢測的下降曲線14的值w2，可以確定土壤硬度，尤其是承底模量，而且不受上層32的影響。由兩地音探測器11、13確定的第一和第二值Wl、W2作為測量結果傳送給分析單元 36，分析單元36比較所檢測的這兩個第一值W1和第二值W2，或者確定等效模量和承底模量， 由此可以確定最上層32的層彈性模量。由此獲得的這些值或者可通過顯示單元38被輸出給操作人員，或者可直接影響設備1的機械控制器。另外，在圖2中還提供了一校準元件40，例如，通過所述校準元件40，可以將引入到土層結構中的載荷脈沖P固定在一定值上，尤其是例如50kN的值。振動速度以及由此產生的每秒載荷脈沖數優選也可通過這樣的校準元件40設定在每秒20到50次之間的值。在圖2中還顯示了支撐框架27，通過所述支撐框架27，第二檢測裝置12設置成其位置可相對于振動裝置4或振動滾筒6的載荷引入區域8移位(優選基本上平行于土壤表面32)。因此，值巧和《2的兩測量點之間的距離Ad借助支撐框架27而可變。
權利要求
1.一種用于壓實土層結構O)的可驅動設備，所述可驅動設備具有至少一個振動裝置 G)，例如振動滾筒(6)或振動板，經由所述振動裝置(4)能夠將用于壓實土層結構O)的載荷脈沖(P)引入至少一個載荷引入區域(8)中，其特征在于，用于檢測土層結構O)的彈性模量的至少一個第一和第二檢測裝置(10， 12)位于所述設備(1)上，彼此間隔開，使得第一檢測裝置(10)在載荷引入區域(8)中進行檢測，至少第二檢測裝置(1 在載荷引入區域外部進行檢測。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，第一檢測裝置(10)實施成其允許在載荷引入區域⑶中檢測土層結構⑵的凹陷溝槽(14)的第一值W1，和第二檢測裝置(1 實施成其允許在載荷引入區域(8)外部檢測凹陷溝槽(14)的第二值w2。
3.如權利要求1所述的設備，其特征在于，第一和/或第二檢測裝置(10,1 各具有至少一個地音探測器(11，13)，通過所述地音探測器，尤其能夠檢測土層結構O)中由載荷脈沖(P)引起的反射波。
4.如權利要求1所述的設備，其特征在于，第一檢測裝置(10)位于設備(1)上，使得其允許在載荷引入區域(8)的載荷中心(Z)進行檢測。
5.如權利要求1所述的設備，其特征在于，第一檢測裝置(10)位于振動滾筒(6)或該振動滾筒的支承單元(16)上，尤其是位于振動鼓(18)上。
6.如權利要求1所述的設備，其特征在于，至少第二檢測裝置(12)位于一靜壓滾筒 (24)上，或者位于靜壓滾筒的支承單元06)上，尤其是靜壓滾筒的靜壓鼓08)上。
7.如權利要求1所述的設備，其特征在于，至少第二檢測裝置(12)設置成其位置能夠相對于振動裝置(4)的載荷引入區域(8)移位，尤其是借助于一支撐框架(XT)來實現移位。
8.如權利要求1所述的設備，其特征在于，該設備具體為具有振動滾筒(6)和至少一個靜壓滾筒(24)的壓實機(30)。
9.一種用于在土壤壓實過程中確定土層結構(2)的層(32)、尤其是路面浙青層的層彈性模量的方法，該方法具有下列步驟經由土層結構(2)的最上層(32)的表面(33)，將至少一個載荷脈沖(P)引入到載荷引入區域(8)中；借助于一第一檢測裝置(10)，在載荷引入區域(8)中檢測土層結構O)的凹陷溝槽 (14)的第一值(W1)，根據該凹陷溝槽(14)的所檢測的第一值(W1),確定土層結構O)的等效模量；借助于一第二檢測裝置(12)，在載荷引入區域(8)外部檢測凹陷溝槽(14)的第二值(W2)，根據該凹陷溝槽(14)的所檢測的第二值(w2)，確定土層結構O)的承底模量；根據該凹陷溝槽(14)的所檢測的兩個值(wi，w2)以及所確定的等效或承底模量，確定土層結構O)的最上層(32)的層彈性模量，其特征在于，載荷脈沖(P)通過土壤壓實機器的振動裝置(4)引入土層結構(2)中，所述振動裝置例如為振動滾筒(6)或振動板。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，在土層結構(2)的土壤壓實過程中，特別是最上層(3 的平整過程中，進行所述第一和第二值(W1，W2)的檢測。
全文摘要
本發明涉及一種用于壓實土層結構(2)的可驅動設備，具有至少一個振動裝置，經由所述振動裝置，可以將壓實土層結構(2)的載荷脈沖(P)引入至少一個載荷引入區域(8)中，在設備(1)上彼此間隔開地設置用于檢測土層結構(2)的彈性模量的至少一個第一和第二檢測裝置(10，12)，使得第一檢測裝置(10)允許在載荷引入區域(8)中進行檢測，至少第二檢測裝置(12)允許在載荷引入區域外部進行檢測。還涉及一種用于確定層彈性模量的方法，第一檢測裝置(10)實施成，使之允許在載荷引入區域中檢測土層結構(2)的凹陷溝槽(14)的第一值w1，第二檢測裝置(12)實施成，使之允許在載荷引入區域(8)外部檢測凹陷溝槽(14)的第二值w2。
文檔編號E01C19/28GK102535313SQ20111037885
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月25日 優先權日2010年11月26日
發明者H-J·克盧貝特, W·瓦爾拉特 申請人:寶馬格有限公司