CN108252271A - 土坝土料全断面碾压施工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土坝土料全断面碾压施工装置及方法，包括振动碾，振动碾上设有定位装置；振动碾的辊体表面设有多个凸块。所述的凸块沿着辊体的轴向交错布置，沿着辊体的圆周均布；凸块的横截面为梯形。利用辊体表面带有凸块的振动碾对土坝土料的全断面进行碾压施工。通过以上步骤，实现碾压施工质量的智能化监控。通过采用带有凸块的振动碾，在压实土料过程中，不仅借助碾重与振动的作用，同时借助梯形的凸块插入土体时，使土受到挤压和揉搓的联合作用，进一步增加了土体的压实度，可保证土料良好的层间结合，省去了刨毛工艺，提升碾压施工质量。尤其适用于热带季风气候区土坝全断面碾压，实现土坝的高效填筑。

Description

土坝土料全断面碾压施工装置及方法

技术领域

本发明涉及大量土方填筑构建物的施工领域，特别是一种土坝土料全断面碾压施工装置及方法。

背景技术

在热带旱季土料含水率低、层间结合差，现有的土方填筑施工方法难以达到施工质量的要求。目前尚无较好的施工方案。

中国专利文献CN 105002810A记载了一种智能碾压机器人，包括传感系统、控制系统、驱动系统以及碾压机，其中碾压机为机器人本体，传感系统用于获取碾压机的作业数据，控制系统接收传感系统获取的作业数据，根据这些数据计算得出当前碾压层的实时压实度，并不断根据事先设置的初始值和约束条件，按照事先建立的压实指标评判体系评判当前碾压通道是否压实，然后给出决策结果确定施工方案，并向驱动系统输出相应的控制信号；驱动系统根据控制信号驱动碾压机做出相应的动作，碾压机执行动作同时不间断地向传感系统反馈作业数据，从而启动新的检测控制执行循环，形成循环闭环系统，本发明可对碾压过程进行在线监测和智能反馈控制，提高施工效率和工程建设精细化管理。但是该方案的计算模型较为复杂，不利于应用。尤其是采用的传感器均价格较高，使用成本限制了应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种土坝土料全断面碾压施工装置及方法，能够解决土料层间结合性较差的问题，并能够实现自动化的碾压监控。在优选的方案中，能够快速评估碾压质量，并确保施工质量和施工效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种土坝土料全断面碾压施工装置，包括振动碾，振动碾上设有定位装置；振动碾的辊体表面设有多个凸块。

优选的方案中，所述的凸块沿着辊体的轴向交错布置，沿着辊体的圆周均布；

凸块的横截面为梯形。

优选的方案中，还包括中转塔和监控终端；

在振动碾上还设有信号发送及接收装置，在所述的振动碾上还设有身份验证器、速度传感器和振动检波器，身份验证器、速度传感器、振动检波器和定位装置与信号发送及接收装置电连接。

优选的方案中，所述的身份验证器用于生成包含身份标识码和加密表数据。

优选的方案中，所述的速度传感器安装在振动碾的行走转动部件；

信号发送及接收装置还与振动碾的行驶装置和振动控制装置电连接。

优选的方案中，所述的定位装置包括GPS定位装置或北斗定位装置。

一种采用上述的土坝土料全断面碾压施工装置进行碾压施工的方法，包括以下步骤：

s1、利用辊体表面带有凸块的振动碾对土坝土料的全断面进行碾压施工。

优选的方案中，还包括以下步骤：

s2、对土坝土料的全断面进行建模，在碾压过程中，将振动碾的位置信息发送至监控终端，并生成碾压轨迹，将碾压轨迹引入到全断面模型；

s3、根据振动碾的碾辊长度和模型比例，对碾压轨迹作展宽处理，形成碾压条带区域；

s4、将碾压碾的碾压遍数数据引入到碾压条带区域，并赋予不同的图形和\或颜色；

s5、将碾压碾的速度参数和压实密度值引入到全断面模型，得到碾压条带区域质量评估；

通过以上步骤，实现碾压施工质量的智能化监控。

进一步优选的方案中，还包括以下步骤：

s2、对土坝土料的全断面进行建模，在碾压过程中，将多台的振动碾的位置信息发送至监控终端，并生成碾压轨迹，将碾压轨迹引入到全断面模型；

身份验证器将速度传感器、振动检波器和定位装置的信号加密打包后，并插入身份标识码将数据发送至监控终端；

将各个振动碾的实时位置对应的标注至全断面模型；

s3、根据振动碾的碾辊长度和模型比例，对碾压轨迹作展宽处理，形成碾压条带区域；

s4、将碾压碾的碾压遍数数据引入到碾压条带区域，并赋予不同的图形和\或颜色；

s5、将碾压碾的速度参数和压实密度值引入到全断面模型，得到碾压条带区域质量评估；

对于质量不合格的碾压条带区域，根据质量评估结构，监控终端发送控制信号至特定的振动碾，控制该振动碾的行驶装置以预定的行走方向和速度行走，控制振动控制装置以预定的振动参数对不合格的碾压条带区域再次施工，直至合格；

通过以上步骤，实现碾压施工质量的智能化监控。

优选的方案中，各个振动碾被安排在不相邻的碾压条带区域。

本发明提供的一种土坝土料全断面碾压施工装置及方法，通过采用带有凸块的振动碾，结合了振动平碾、羊足碾的压实机理，在压实土料过程中，不仅借助碾重与振动的作用，同时借助梯形的凸块插入土体时，使土受到挤压和揉搓的联合作用，并不断翻松表层土体，使土体内气泡、水泡受到破坏，从而进一步增加了土体的压实度，梯形的结构确保压实土层上部有合适厚度的被翻松的表层土，可保证土料良好的层间结合，省去了刨毛工艺，使用振动凸块碾进行全断面碾压施工可提升碾压施工质量。本发明的施工方法，尤其适用于热带季风气候区土坝全断面碾压，实现土坝的高效填筑。在优选的方案中，能够快速生成直观可视的碾压质量评估图形，便于施工人员现场快速决策，确保施工质量，尤其是本发明在确保施工质量、降低施工劳动强度的基础上，实现成本较低，施工效率更高，更具有实用性，便于施工企业推广使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中振动碾的碾辊横截面示意图。

图3为本发明中振动碾施工在全断面模型的碾压轨迹图。

图4为本发明中振动碾施工在全断面模型的碾压条带区域图。

图5为本发明中碾压遍数在全断面模型的示意图。

图6为本发明中的碾压质量评估图。

图7为每个碾压层的碾压质量立面评估图。

图中：振动碾1，信号发送及接收装置2，中转塔3，监控终端4，碾辊5，辊体51，凸块52，碾压轨迹6，碾压条带区域7。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2中所示，一种土坝土料全断面碾压施工装置，包括振动碾1，振动碾1上设有定位装置；振动碾1的辊体51表面设有多个凸块52。设置的凸块52能够提高土体的压实度，提高土体的层间结合度。并能够提高每层摊铺的厚度，由之前的摊铺厚度0.2~0.25米到0.26~0.35米，优选摊铺厚度为0.29~0.31米，大幅提高了施工效率。

优选的方案中，所述的凸块52沿着辊体51的轴向交错布置，沿着辊体51的圆周均布；

凸块52的横截面为梯形。由此结构，进一步提高土体的层间结合度

优选的方案中，还包括中转塔3和监控终端4；

在振动碾1上还设有信号发送及接收装置2，在所述的振动碾1上还设有身份验证器、速度传感器和振动检波器，身份验证器、速度传感器、振动检波器和定位装置与信号发送及接收装置2电连接。设置的中转塔3用于中转信号发送及接收装置2的数据，监控终端4用于操作人员实时监控。

由此结构，能够实时将施工参数发送至监控终端4，大幅降低碾压施工的劳动强度。

优选的方案中，所述的身份验证器用于生成包含身份标识码和加密表数据。设置的身份验证器能够减少多台振动碾1同时施工时的互相干扰。尤其是采用数据加密能够避免核心施工参数的泄露，提高施工企业的技术壁垒，也能够避免控制信息被干扰。

优选的方案中，所述的速度传感器安装在振动碾1的行走转动部件；与现有技术中不同的，本申请中没有采用加速度传感器和陀螺仪，因为在实际使用过程中加速度传感器和陀螺仪受到振动碾的振动干扰较大，本例中采用速度传感器安装在振动碾1的行走转动部件，优选的采用编码器，安装在行走轮或变速箱的输出轴。

信号发送及接收装置2还与振动碾1的行驶装置和振动控制装置电连接。由此结构，实现振动碾1的自动驾驶和自动碾压施工，由于本申请中的场地为封闭式场地，且施工过程中振动碾1的行驶速度不高，因此便于采用自动控制的施工。

优选的方案中，所述的定位装置包括GPS定位装置或北斗定位装置。由此结构，用于确定振动碾1的实时空间位置。

实施例2：

在实施例1的基础上，一种采用上述的土坝土料全断面碾压施工装置进行碾压施工的方法，包括以下步骤：

s1、利用辊体51表面带有凸块52的振动碾1对土坝土料的全断面进行碾压施工。

优选的方案中，还包括以下步骤：

s2、对土坝土料的全断面进行建模，在碾压过程中，将振动碾1的位置信息发送至监控终端4，并生成碾压轨迹，将碾压轨迹引入到全断面模型；如图3中所示，本例中优选沿着全断面的长度方向布置施工轨迹。

s3、根据振动碾1的碾辊5长度和模型比例，对碾压轨迹作展宽处理，形成碾压条带区域；由此方案，能够清楚直观的监控碾压条带区域，避免出现碾压盲区。如图4中所示。本例中的碾压条带区域是指一台振动碾1的单次行驶的碾压区域。需要确保各个相邻的碾压条带区域互相搭接，搭接宽度为15-25cm。

s4、将碾压碾1的碾压遍数数据引入到碾压条带区域，并赋予不同的图形和\或颜色；由此方案，能够快速直观的判断碾压遍数，参见图5。优选的，采用色环上相邻的从浅到深颜色对碾压条带区域进行填充，并对新的颜色与之前填充的颜色做叠加计算，即能够更加快速和直观的判断各个碾压条带区域的碾压遍数。

s5、将碾压碾1的速度参数和压实密度值引入到全断面模型，得到碾压条带区域质量评估；根据振动检波器计算得到压实密度CMV值，结合碾压条带区域、碾压遍数和施工速度，得出碾压施工质量评估图表，如图6中所示，对于每一块碾压条带区域，对每层的沿碾压施工长度的压实密度自动制作曲线图，如图7中，便于操作人员对碾压质量进一步评估。

通过以上步骤，实现碾压施工质量的智能化监控。

实施例3：

在实施例2的基础上，进一步优选的方案中，还包括以下步骤：

s2、对土坝土料的全断面进行建模，在碾压过程中，将多台的振动碾的位置信息发送至监控终端4，并生成碾压轨迹，将碾压轨迹引入到全断面模型；

优选的方案中，各个振动碾被安排在不相邻的碾压条带区域。以避免在路径规划过程中出现干涉。

身份验证器将速度传感器、振动检波器和定位装置的信号加密打包后，并插入身份标识码将数据发送至监控终端4；

将各个振动碾的实时位置对应的标注至全断面模型；由此方案，避免设备原因影响碾压质量。

s3、根据振动碾1的碾辊5长度和模型比例，对碾压轨迹作展宽处理，形成碾压条带区域；

s4、将碾压碾1的碾压遍数数据引入到碾压条带区域，并赋予不同的图形和\或颜色；

s5、将碾压碾1的速度参数和压实密度值引入到全断面模型，得到碾压条带区域质量评估；

对于质量不合格的碾压条带区域，根据质量评估结构，监控终端4发送控制信号至特定的振动碾，并对振动碾的运动轨迹进行规划，要确保不与其他振动碾的运动轨迹产生干涉，控制该振动碾的行驶装置以预定的行走方向和速度行走，控制振动控制装置以预定的振动参数对不合格的碾压条带区域再次施工，直至合格；

通过以上步骤，实现碾压施工质量的智能化监控。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明中记载的技术特征，在不冲突的前提下，能够互相组合使用，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土坝土料全断面碾压施工装置，包括振动碾（1），振动碾（1）上设有定位装置；其特征是：振动碾（1）的辊体（51）表面设有多个凸块（52）。

2.根据权利要求1所述的一种土坝土料全断面碾压施工装置，其特征是：所述的凸块（52）沿着辊体（51）的轴向交错布置，沿着辊体（51）的圆周均布；

凸块（52）的横截面为梯形。

3.根据权利要求1所述的一种土坝土料全断面碾压施工装置，其特征是：

还包括中转塔（3）和监控终端（4）；

在振动碾（1）上还设有信号发送及接收装置（2），在所述的振动碾（1）上还设有身份验证器、速度传感器和振动检波器，身份验证器、速度传感器、振动检波器和定位装置与信号发送及接收装置（2）电连接。

4.根据权利要求3所述的一种土坝土料全断面碾压施工装置，其特征是：所述的身份验证器用于生成包含身份标识码和加密表数据。

5.根据权利要求3所述的一种土坝土料全断面碾压施工装置，其特征是：所述的速度传感器安装在振动碾（1）的行走转动部件；

信号发送及接收装置（2）还与振动碾（1）的行驶装置和振动控制装置电连接。

6.根据权利要求3所述的一种土坝土料全断面碾压施工装置，其特征是：所述的定位装置包括GPS定位装置或北斗定位装置。

7.一种采用权利要求1~6任一项所述的土坝土料全断面碾压施工装置进行碾压施工的方法，其特征是包括以下步骤：

s1、利用辊体（51）表面带有凸块（52）的振动碾（1）对土坝土料的全断面进行碾压施工。

8.根据权利要求7所述的一种利用土坝土料全断面碾压施工装置进行碾压施工的方法，其特征是还包括以下步骤：

s2、对土坝土料的全断面进行建模，在碾压过程中，将振动碾（1）的位置信息发送至监控终端（4），并生成碾压轨迹，将碾压轨迹引入到全断面模型；

s3、根据振动碾（1）的碾辊（5）长度和模型比例，对碾压轨迹作展宽处理，形成碾压条带区域；

s4、将碾压碾（1）的碾压遍数数据引入到碾压条带区域，并赋予不同的图形和\或颜色；

s5、将碾压碾（1）的速度参数和压实密度值引入到全断面模型，得到碾压条带区域质量评估；

通过以上步骤，实现碾压施工质量的智能化监控。

9.根据权利要求7所述的一种利用土坝土料全断面碾压施工装置进行碾压施工的方法，其特征是还包括以下步骤：

s2、对土坝土料的全断面进行建模，在碾压过程中，将多台的振动碾的位置信息发送至监控终端（4），并生成碾压轨迹，将碾压轨迹引入到全断面模型；

身份验证器将速度传感器、振动检波器和定位装置的信号加密打包后，并插入身份标识码将数据发送至监控终端（4）；

将各个振动碾的实时位置对应的标注至全断面模型；

s3、根据振动碾（1）的碾辊（5）长度和模型比例，对碾压轨迹作展宽处理，形成碾压条带区域；

s4、将碾压碾（1）的碾压遍数数据引入到碾压条带区域，并赋予不同的图形和\或颜色；

s5、将碾压碾（1）的速度参数和压实密度值引入到全断面模型，得到碾压条带区域质量评估；

对于质量不合格的碾压条带区域，根据质量评估结构，监控终端（4）发送控制信号至特定的振动碾，控制该振动碾的行驶装置以预定的行走方向和速度行走，控制振动控制装置以预定的振动参数对不合格的碾压条带区域再次施工，直至合格；

通过以上步骤，实现碾压施工质量的智能化监控。

10.根据权利要求7所述的一种利用土坝土料全断面碾压施工装置进行碾压施工的方法，其特征是：各个振动碾被安排在不相邻的碾压条带区域。