CN105203420A - 落锤式水稳基层压实度快速测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种落锤式水稳基层压实度快速测定装置及测定方法，所述的装置在固定底板的上表面中心对称设置有4根纵杆，纵杆的顶端设置有固定顶板，固定底板和固定顶板之间设置有导向板，相邻两纵杆的下部设置安装有移动车轮的车轮架、中部设置有安装有数据处理器的支架托板、上部设置有限位机构固定架，限位机构固定架上设置放置有落锤的限位机构，固定顶板下表面两导向板之间设置有位移传感器；所述的方法是通过位移传感器记录位移传感器与定位片之间的激光信号往返时间计算相距距离，通过操作控制拉杆使落锤落到地面，计算落锤反弹高度，通过数据处理器获得的反弹高度计算待测路面的压实度，本装置结构简单、测定结果真实可靠。

Description

落锤式水稳基层压实度快速测定装置及测定方法

技术领域

本发明属于道路、铁路或桥梁建筑装置或设备技术领域，具体涉及到一种公路路面落锤式水稳基层压实度快速测定装置及测定方法。

背景技术

路面基层的压实度是确保路面使用性能的关键，亦是道路施工质量的重要指标。目前用于水稳基层的压实度检测方法可分为有损检测与无损检测。

有损检测包括灌砂法与灌水法等，这类检测方法需要在待测路基路面上挖坑至碾压层底、称挖取试样的质量、测量试样含水率和体积，计算湿密度，由计算出的湿密度换算得到干密度，最后计算得到路基路面填筑材料的实际压实度。虽然原理简单，但操作过程较为繁琐，检测速度慢，风雨以及施工机械都会对试验造成干扰，影响试验结果。

无损检测包括核子密度仪法、瑞雷波法、机载式压实度检测等，上述方法可快速测定填筑材料的压实度，但核子密度仪具有放射性、价格昂贵，在我国使用不多。瑞雷波法是根据介质密实度与在介质中瑞雷波波速的关系求取压实度，该方法精准、快速但其击振设备和整机较为笨重，不利于提高效率。机载式压实度检测是根据振动压路机某项参数的变化判定土体压实度的变化，该方法属于定性测量，且由于压路机影响深度大，所测结果不能完全代表所铺筑层压实度状况。

由于无损检测的方法存在局限性，目前施工方主要使用的是灌砂法来检测压实度，而水稳基层加水拌合后不断硬化，对压实度检测有着时间上的要求，以求及时掌握水稳基层压实度信息而进行针对性处理，并且挖坑处亦容易引起早期道路损坏，因此，缺少一种合适的方法对水稳基层进行快速、无损的压实度检测方法。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于提供一种设计合理、结构简单、可快速进行、无损的落锤式水稳基层压实度快速测定装置。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种能够利用上述装置测定路面压实度的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在固定底板的上表面中心对称设置有4根纵杆，纵杆的顶端设置有固定顶板，固定底板和固定顶板之间设置有导向板，相邻两纵杆的下部设置安装有移动车轮的车轮架、中部设置安装有数据处理器的支架托板、上部设置有限位机构固定架，限位机构固定架上设置放置有落锤的限位机构，固定顶板下表面两导向板之间设置有位移传感器。

本发明的限位机构为：限位机构固定架的左右两侧横梁上各设置有滑槽、前侧横梁中部设置安装有控制拉杆的拉杆固定架，滑槽内前端放置有楔形滑块，滑槽内后端设置有一端与楔形滑块固定连接、另一端与滑槽内后端面固定连接的复位弹簧，左右两侧固定杆上端设置在固定顶板上、下端设置有固定轮，绕过固定杆的拉绳一端固定在控制拉杆的一端、另一端固定在楔形滑块的一端。

本发明的落锤为：锤体由上部直径小于下部直径的两个圆柱体连为一体构成，锤体的上端设置有定位块、下端设置有弹性锤头、中部穿过锤体设置有挂杆。

本发明的的弹性锤头的几何形状为半球形，定位块的几何形状为圆柱形。

本发明的固定底板由底板上层板和底板下层板连为一体构成，固定底板的中心位置加工有通孔，底板上层板上前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为105°～135°，内径为30～50mm，外径为40～60mm。

本发明的固定顶板由顶板上层板和顶板下层板连为一体构成，顶板下层板的中心位置加工有通孔，顶板下层板上前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为105°～135°，内径为30～50mm，外径为40～60mm。

用上述装置测定压实度的方法，包括以下步骤：

1)将落锤式水稳基层压实度快速测定装置移动到待测路面；

2)开启激光位移传感器，位移传感器发射的激光信号经定位块上表面反射回位移传感器，位移传感器记录下激光信号往返的时间t，计算出定位块到位移传感器的距离L，距离L的计算公式为：

$L=\frac{1}{2}ct$

其中，c——大气中的光速，mm/ms

t——激光信号往返时间，ms；

3)向下拉动控制拉杆，滑槽内的楔形滑块向两侧运动，落锤沿着导向板下落至地面并向上反弹，计算落锤反弹高度x的基本公式为：

x＝L_max-L_min

其中，L_max——落锤4接触地面时位移传感器到定位块的距离，mm

L_min——距离L达到L_max后的最小值，mm；

4)重复步骤3)3次得到3个反弹高度x,求平均值

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^{3}x}{3}$

5)通过数据处理器获取的反弹高度计算待测路面的压实度K_i，压实度K_i的计算公式为：

$K=\underset{i-0}{\overset{n}{\Σ}}{K}_i{b}_i,i=0,1,2......n$

其中，n为插值函数次数

n+1为标定的试件个数

$b_i=\frac{w_{n+1}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)}{(\stackrel{\‾}{x}-{\stackrel{\‾}{x}}_i){\[w_{n+1}\left({\stackrel{\‾}{x}}_i\right)\]}^{\′}}$

$w_{n+1}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Π}}(\stackrel{\‾}{x}-{\stackrel{\‾}{x}}_i)$

6)提起落锤的挂杆，同时向下拉动控制拉杆，将落锤提升至限位装置上方，松开控制拉杆，楔形滑块复位，固定落锤；

7)将落锤式水稳基层压实度快速测定装置移动到下一待测路面，重复步骤2～6，检测下一待测路面的压实度K_i。

由于本发明采用在纵杆上部设置有安装在限位机构固定架上的限位机构，限位机构上放置有落锤，固定顶板下表面设置有位移传感器，纵杆中部设置有安装有数据处理器的支架托板，固定底板和固定顶板之间设置有导向板，位移传感器记录位移传感器发射的激光信号到定位片往返时间，计算出位移传感器到定位片的距离，向下拉动控制拉杆使得落锤落到地面，根据测定出的位移传感器到定位片的距离，计算出落锤反弹高度，利用数据处理器获得的落锤反弹高度计算待测路面的压实度，本发明的装置设计合理、结构简单，整个测定过程通过计算机记录处理数据，认为误差小，检测结果真实准确，测定方法简单、实用、测试精度高。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1左视图。

图3是图1中限位机构10的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是图3的左视图。

图6是图1中落锤4的结构示意图。

图7是图6的左视图。

图8是图1中固定顶板2的结构示意图。

图9是图1中固定底板8的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进做一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2中，本发明落锤式水稳基层压实度快速测定装置由纵杆1、固定顶板2、限位机构固定架3、落锤4、数据处理器5、支架托板6、导向板7、固定底板8、位移传感器9、限位机构10、移动车轮11、车轮架12连接构成。

在图1、2、8、9中，在固定底板8的上表面中心对称安装有4根纵杆1，纵杆1的顶端安装有固定顶板2。本实施例的固定底板8由底板上层板8-1和底板下层板8-2连为一体构成，固定底板8的中心位置加工有通孔，底板上层板8-1上前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为120°，内径为40mm，外径为50mm。本实施例的固定顶板2由顶板上层板2-1和顶板下层板2-2连接构成，顶板下层板2-2中心位置加工有通孔，底板下层板2-2前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为120°，内径为40mm，外径为50mm。导向板7的一端安装在固定底板8的弧形槽内、另一端安装在固定顶板2的弧形槽内，导向板7横截面的几何形状与弧形槽的几何形状完全相同。相邻两纵杆1的下部焊接有车轮架12，车轮架12上安装有移动车轮11，使整个装置便于移动，在测定过程中由双人或者单人快速、连续测量。相邻两纵杆1的中部安装有支架托板6，支架托板6上安装有数据处理器5，对接收到的数据进行处理。纵杆1上部安装有限位机构固定架3，限位机构固定架3下表面安装有限位机构10，限位机构10上放置有落锤4，通过控制限位机构10的运动使落锤4下落。固定顶板2下表面两导向板7之间安装有位移传感器9，位移传感器9与数据处理器5之间通过导线连通，位移传感器9将采集到的数据信号传送给数据处理器5进行处理。

在图3、4、5中，限位机构10由固定杆10-1、固定轮10-2、控制拉杆10-3、楔形滑块10-4、复位弹簧10-5、滑槽10-6、拉绳10-7、拉杆固定架10-8连接构成。限位机构固定架3的左右两侧横梁上各固定联接安装有滑槽10-6，滑槽10-6内前端放置有楔形滑块10-4，复位弹簧10-5的一端固定在楔形滑块10-4的端部，另一端固定在滑槽10-6的内后端面，限位机构固定架3的前侧横梁中部固定联接安装有拉杆固定架10-8，控制拉杆10-3安装在拉杆固定架10-8上，可沿拉杆固定架10-8上下滑动，左右两侧的固定杆10-1的上端固定安装在固定顶板2上、下端联接安装有固定轮10-2，防止拉绳10-7掉落，绕过固定杆10-1的拉绳10-7的一端固定在控制拉杆10-3的一端、另一端固定在楔形滑块10-4的一端，当操作者向下拉动控制拉杆10-3时，拉绳10-7拉动楔形滑块10-4沿着滑槽10-6向左右两侧运动并挤压复位弹簧10-5，放置在楔形滑块10-4上表面的落锤4落下，松开控制拉杆10-3时，在复位弹簧10-5的作用下，楔形滑块10-4运动到初始位置。

在图6、7中，落锤4由挂杆4-1、定位块4-2、锤体4-3、弹性锤头4-4连接构成。锤体4-3由上部直径小于下部直径的两个圆柱体连为一体构成，锤体4-3的下端固定连接安装有弹性锤头4-4，弹性锤头4-4的几何形状为半球形，锤体4-3的上端固定连接安装有定位块4-2，定位块4-2的几何形状为圆柱形，定位块上表面反射位移传感器9发出的激光信号，反射的激光信号传送至激光位移传感器9后经数据处理器5进行处理。将定位块4-2放置在楔形滑块10-6的上表面固定落锤4，锤体4-3的中部穿过锤体4-3安装有挂杆4-1，当落锤4落下后通过操作者手提挂杆4-1使落锤恢复初始位置。

使用上述的落锤式水稳基层压实度快速测定装置测定路面压实度的方法步骤如下：

1)将落锤式水稳基层压实度快速测定装置移动到待测路面；

2)开启激光位移传感器9，位移传感器9发射的激光信号经定位块4-2上表面反射回位移传感器9，位移传感器9记录下激光信号往返的时间t，计算出定位块4-2到位移传感器9的距离L，距离L的计算公式为：

$L=\frac{1}{2}ct$

其中，c——大气中的光速，mm/ms

t——激光信号往返时间，ms；

3)向下拉动控制拉杆10-3，滑槽10-6内的楔形滑块10-4向两侧运动，落锤4沿着导向板7下落至地面并向上反弹，计算落锤4反弹高度x的基本公式为：

x＝L_max-L_min

其中，L_max——落锤4接触地面时位移传感器9到定位块4-2的距离，mm

L_min——距离L达到L_max后的最小值，mm；

4)重复步骤3)3次得到3个反弹高度x,求平均值

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^{3}x}{3}$

5)通过数据处理器5获取的反弹高度计算待测路面的压实度K_i，压实度K_i的计算公式为：

$K=\underset{i-0}{\overset{n}{\Σ}}{K}_i{b}_i,i=0,1,2......n$

其中，n为插值函数次数

n+1为标定的试件个数

$\begin{array}{c}{b}_i=\frac{w_{n+1}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)}{(\stackrel{\‾}{x}-{\stackrel{\‾}{x}}_i){\[w_{n+1}\left({\stackrel{\‾}{x}}_i\right)\]}^{\′}}\\ w_{n+1}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Π}}(\stackrel{\‾}{x}-{\stackrel{\‾}{x}}_i)\end{array}$

6)提起落锤4的挂杆4-1，同时向下拉动控制拉杆10-3，将落锤4提升至限位装置10上方，松开控制拉杆10-3，楔形滑块10-4复位，固定落锤4；

7)将落锤式水稳基层压实度快速测定装置移动到下一待测路面，重复步骤2～6，检测下一待测路面的压实度K_i。

实施例2

本实施例中，固定底板8由底板上层板8-1和底板下层板8-2连为一体构成，固定底板8的中心位置加工有通孔，底板上层板8-1上前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为105°，内径为30mm，外径为40mm，固定顶板2由顶板上层板2-1和顶板下层板2-2连接构成，顶板下层板2-2中心位置加工有通孔，底板下层板2-2前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为105°，内径为30mm，外径为40mm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

其测定方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例中，固定底板8由底板上层板8-1和底板下层板8-2连为一体构成，固定底板8的中心位置加工有通孔，底板上层板8-1上前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为135°，内径为50mm，外径为60mm，固定顶板2由顶板上层板2-1和顶板下层板2-2连接构成，顶板下层板2-2中心位置加工有通孔，底板下层板2-2前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为135°，内径为50mm，外径为60mm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

其测定方法与实施例1相同。

Claims (7)

1.一种落锤式水稳基层压实度快速测定装置，其特征在于：在固定底板(8)的上表面中心对称设置有4根纵杆(1)，纵杆(1)的顶端设置有固定顶板(2)，固定底板(8)和固定顶板(2)之间设置有导向板(7)，相邻两纵杆(1)的下部设置安装有移动车轮(11)的车轮架(12)、中部设置安装有数据处理器(5)的支架托板(6)、上部设置有限位机构固定架(3)，限位机构固定架(3)上设置放置有落锤(4)的限位机构(10)，固定顶板(2)下表面两导向板(7)之间设置有位移传感器(9)。

2.根据权利要求1所述的落锤式水稳基层压实度快速测定装置，其特征在于所述的限位机构(10)为：限位机构固定架(3)的左右两侧横梁上各设置有滑槽(10-6)、前侧横梁中部设置安装有控制拉杆(10-3)的拉杆固定架(10-8)，滑槽(10-6)内前端放置有楔形滑块(10-4)，滑槽(10-6)内后端设置有一端与楔形滑块(10-4)固定连接、另一端与滑槽(10-6)内后端面固定连接的复位弹簧(10-5)，左右两侧固定杆(10-1)上端设置在固定顶板(2)上、下端设置有固定轮(10-2)，绕过固定杆(10-1)的拉绳(10-7)一端固定在控制拉杆(10-3)的一端、另一端固定在楔形滑块(10-4)的一端。

3.根据权利要求1所述的落锤式水稳基层压实度快速测定装置，其特征在于所述的落锤(4)为：锤体(4-3)由上部直径小于下部直径的两个圆柱体连为一体构成，锤体(4-3)的上端设置有定位块(4-2)、下端设置有弹性锤头(4-4)、中部穿过锤体(4-3)设置有挂杆(4-1)。

4.根据权利要求3所述的落锤式水稳基层压实度快速测定装置，其特征在于所述的弹性锤头(4-4)的几何形状为半球形，定位块(4-2)的几何形状为圆柱形。

5.根据权利要求1所述的落锤式水稳基层压实度快速测定装置，其特征在于所述的固定底板(8)由底板上层板(8-1)和底板下层板(8-2)连为一体构成，固定底板(8)的中心位置加工有通孔，底板上层板(8-1)上前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为105°～135°，内径为30～50mm，外径为40～60mm。

6.根据权利要求1所述的落锤式水稳基层压实度快速测定装置，其特征在于所述的固定顶板(2)由顶板上层板(2-1)和顶板下层板(2-2)连为一体构成，顶板下层板(2-2)的中心位置加工有通孔，顶板下层板(2-2)上前后对称加工有与通孔圆心相同的两段弧形槽，弧形槽的内径与通孔的孔径相同，弧形槽的圆心角为105°～135°，内径为30～50mm，外径为40～60mm。

7.一种使用权利要求1所述的落锤式水稳基层压实度快速测定装置的测定方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将落锤式水稳基层压实度快速测定装置移动到待测路面；

2)开启激光位移传感器(9)，位移传感器(9)发射的激光信号经定位块(4-2)上表面反射回位移传感器(9)，位移传感器(9)记录下激光信号往返的时间t，计算出定位块(4-2)到位移传感器(9)的距离L，距离L的计算公式为：

$L=\frac{1}{2}ct$

其中，c——大气中的光速，mm/ms

t——激光信号往返时间，ms；

3)向下拉动控制拉杆(10-3)，滑槽(10-6)内的楔形滑块(10-4)向两侧运动，落锤(4)沿着导向板(7)下落至地面并向上反弹，计算落锤(4)反弹高度x的基本公式为：

x＝L_max-L_min

其中，L_max——落锤(4)接触地面时位移传感器(9)到定位块(4-2)的距离，mm

L_min——距离L达到L_max后的最小值，mm；

4)重复步骤3)3次得到3个反弹高度x,求平均值

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^{3}x}{3}$

5)通过数据处理器(5)获取的反弹高度计算待测路面的压实度K_i，压实度K_i的计算公式为：

$K=\underset{i-0}{\overset{n}{\Σ}}{K}_i{b}_i,i=0,1,2......n$

其中，n为插值函数次数

n+1为标定的试件个数

$b_i=\frac{w_{n+1}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)}{(\stackrel{\‾}{x}-{\stackrel{\‾}{x}}_i){\[w_{n+1}\left({\stackrel{\‾}{x}}_i\right)\]}^{\′}}$

$w_{n+1}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Π}}(\stackrel{\‾}{x}-{\stackrel{\‾}{x}}_i)$

6)提起落锤(4)的挂杆(4-1)，同时向下拉动控制拉杆(10-3)，将落锤(4)提升至限位装置(10)上方，松开控制拉杆(10-3)，楔形滑块(10-4)复位，固定落锤(4)；

7)将落锤式水稳基层压实度快速测定装置移动到下一待测路面，重复步骤2～6，检测下一待测路面的压实度K_i。