路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

陳少全 楊小森 王永吉

(1甘肅路橋公路投資有限公司;2甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

陳少全1楊小森2王永吉2

(1甘肅路橋公路投資有限公司;2甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

本文依托臨洮至渭源高速公路建設(shè)項(xiàng)目，采用路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將傳統(tǒng)施工質(zhì)量控制采用的“事后控制”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑^程中控制”及“提前預(yù)警”，把采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)及時(shí)展現(xiàn)給項(xiàng)目管理者及技術(shù)人員，極大提高了路面的施工質(zhì)量及管理水平。研究結(jié)果表明：通過對(duì)熱拌瀝青混合料的碾壓溫度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度等指標(biāo)進(jìn)行全面監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的不合格信息及時(shí)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了在線質(zhì)量過程控制及提前預(yù)警，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，保證路面施工質(zhì)量。

路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)；過程中控制；提前預(yù)警；施工質(zhì)量

1 引言

在我國高等級(jí)公路的建設(shè)中，“過程控制”及“提前預(yù)警”對(duì)瀝青混凝土路面的施工質(zhì)量和路用性能具有重要作用。傳統(tǒng)施工質(zhì)量控制方法一般采用“事后控制”的模式，只能對(duì)完工后的瀝青路面性能進(jìn)行檢測(cè)，這使得施工檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋時(shí)間較長，建設(shè)單位無法及時(shí)掌握施工質(zhì)量情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，只能對(duì)己完工的部分進(jìn)行鏟除重鋪，既影響路面質(zhì)量，又耽誤工期，造成國家資源浪費(fèi)嚴(yán)重[1-2]。針對(duì)路面施工過程質(zhì)量控制中存在的薄弱環(huán)節(jié)，通過引用信息化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行施工過程質(zhì)量信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸、動(dòng)態(tài)分析與判定，可實(shí)現(xiàn)瀝青路面施工過程質(zhì)量的全面控制[3-4]。

在國內(nèi)外關(guān)于路面施工質(zhì)量監(jiān)控應(yīng)用于瀝青路面得到了很大的關(guān)注，在歐盟Brite-EuRam III計(jì)劃的支撐下完成“計(jì)算機(jī)集成道路建設(shè)計(jì)劃”相關(guān)研究，采取GPS（RTK模式）的定位功能，準(zhǔn)確定位了壓路機(jī)和攤鋪機(jī)位置，并對(duì)施工準(zhǔn)備、進(jìn)行、及完成全過程進(jìn)行了控制和管理[5]。國外眾多組織和機(jī)構(gòu)如美國聯(lián)邦公路局（FHWA）、美國國家瀝青研究中心（NCAT）、美國各州公路與運(yùn)輸官員協(xié)會(huì)（AASHTO）、美國運(yùn)輸研究委員會(huì)（TI）等都對(duì)瀝青路面質(zhì)量過程控制體系和方法的研究方面做過一定探索和嘗試[6-7]。國內(nèi)近年來也做了較多瀝青路面施工質(zhì)量過程控制的相關(guān)科學(xué)研究與應(yīng)用工作，林通采用3G技術(shù)對(duì)路面質(zhì)量進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，建立了施工各環(huán)節(jié)監(jiān)控基本框架[8]。

本文依托臨洮至渭源高速公路建設(shè)項(xiàng)目，采用路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)熱拌瀝青混合料攤鋪和碾壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并嚴(yán)格控制混合料的碾壓溫度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度等指標(biāo)，全面提高公路路面的施工質(zhì)量，加強(qiáng)施工的過程控制。

2 路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

圖1 路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)流程圖

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)原理

路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是通過采用GPS差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)和溫度傳感器等對(duì)壓路機(jī)在碾壓過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和上傳，并將采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果與項(xiàng)目設(shè)定的碾壓信息進(jìn)行比較，從而確定合格與否。通過使用傳感、移動(dòng)通訊和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，在服務(wù)器上通過編制軟件將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和計(jì)算，得到碾壓溫度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度的分析數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果以實(shí)時(shí)圖像的方式呈現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)界面。

在施工過程中以GPS定位模塊獲得經(jīng)緯度坐標(biāo)，并以攤鋪機(jī)為一個(gè)小型的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，對(duì)攤鋪機(jī)和壓路機(jī)的同步數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接收和傳輸。壓路機(jī)的采集信息主要有碾壓速度、碾壓溫度和碾壓遍數(shù)，各個(gè)采集指標(biāo)的合格與否均是以顏色的不同來區(qū)分，一般綠色為合格，紅色為不合格，這樣就比較快速的判斷出施工質(zhì)量的優(yōu)劣，方便項(xiàng)目管理者及相關(guān)技術(shù)人員的查閱。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)選取

瀝青混合料的攤鋪和壓實(shí)是獲得高質(zhì)量、高路用性能瀝青路面的關(guān)鍵工序，必須重視混合料的攤鋪和壓實(shí)工作。現(xiàn)場(chǎng)能否達(dá)到要求的高壓實(shí)度主要取決于兩在因素，一個(gè)是碾壓時(shí)混合料溫度；一個(gè)是壓路機(jī)功率和數(shù)量。瀝青混合料的溫度可以通過一定的技術(shù)手段獲得從而上傳到監(jiān)控系統(tǒng)中。壓路機(jī)的功率和數(shù)量需要通過試驗(yàn)段來獲得，壓實(shí)功通過各個(gè)壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)和碾壓速度來保證，這樣就可以通過控制碾壓遍數(shù)和碾壓速度確保面層施工的質(zhì)量[9]。

因此，路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采集的關(guān)鍵參數(shù)有碾壓溫度、碾壓遍數(shù)和碾壓速度等。

3 施工質(zhì)量數(shù)據(jù)分析

3.1 混合料碾壓溫度分析

根據(jù)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目各標(biāo)段現(xiàn)場(chǎng)碾壓溫度的采集，以三種類型混合料的碾壓溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，路面一標(biāo)抽取下面層ATB-25、路面二標(biāo)為SUP-20、路面三標(biāo)為SUP-13的數(shù)據(jù)。隨機(jī)抽取18組碾壓溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，每一組數(shù)據(jù)均代表當(dāng)天碾壓過程的平均值，如下所示。

圖2 路面各標(biāo)不同層級(jí)碾壓溫度變化圖

路面各標(biāo)段不同層級(jí)的瀝青混合料碾壓溫度的所有樣本點(diǎn)都分布相對(duì)均勻，基本上都控制在一個(gè)較好的范圍內(nèi)，各標(biāo)段不同層級(jí)的碾壓溫度均值分別為143.09℃、164.01℃和163.37℃，符合規(guī)范要求。路面各標(biāo)段不同層級(jí)瀝青混合料的碾壓溫度均處于項(xiàng)目控制范圍內(nèi)，表明各標(biāo)段在碾壓過程中沒有出現(xiàn)溫度不合格的現(xiàn)象，施工過程控制較好。

3.2 混合料碾壓遍數(shù)分析

本項(xiàng)目上確定的碾壓組合為1臺(tái)雙鋼輪初壓2遍，2臺(tái)膠輪復(fù)壓4遍，1臺(tái)雙鋼輪終壓2遍的碾壓工藝。對(duì)三種類型的混合料的碾壓遍數(shù)的合格率進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，路面一標(biāo)抽取下面層ATB-25、路面二標(biāo)為SUP-20、路面三標(biāo)為SUP-13的數(shù)據(jù)。隨機(jī)抽取18組碾壓遍數(shù)數(shù)據(jù)合格率進(jìn)行比較，每一組數(shù)據(jù)均代表當(dāng)天某一段壓實(shí)遍數(shù)合格率的平均值，如下所示。

表2 路面各標(biāo)段碾壓遍數(shù)合格率部分監(jiān)控結(jié)果值匯列

圖3 路面各標(biāo)段不同層級(jí)碾壓遍數(shù)合格率變化圖

在瀝青混合料的碾壓過程中，當(dāng)碾壓溫度和碾壓速度一定時(shí)，碾壓遍數(shù)決定著瀝青混合料施工過程中的壓實(shí)效果。根據(jù)采集的碾壓遍數(shù)變化圖可以動(dòng)態(tài)反映出瀝青混合料碾壓遍數(shù)的大體情況。路面各標(biāo)段不同類型混合料碾壓遍數(shù)合格率的所有樣本點(diǎn)分布較為均勻，波動(dòng)幅度小，變異性小，合格率基本上都控制在98%以上。

通過各標(biāo)段不同層級(jí)的碾壓圖例可以看出碾壓稍有欠缺的部分是路面的邊緣處以及兩臺(tái)壓路機(jī)中間的個(gè)別接縫處，符合現(xiàn)場(chǎng)碾壓的實(shí)際狀況。在施工過程中登錄系統(tǒng)端口實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)的碾壓情況，對(duì)于碾壓不到位或漏壓的部位進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)壓，迅速調(diào)整，保證施工質(zhì)量。

圖4 路面各標(biāo)段不同層級(jí)碾壓速度變化圖

3.3 混合料碾壓速度分析

在本項(xiàng)目上，所采取的最大碾壓速度不超過2.5km/h。對(duì)三種類型的混合料的碾壓速度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，路面一標(biāo)抽取下面層ATB-25、路面二標(biāo)為SUP-20、路面三標(biāo)為SUP-13的數(shù)據(jù)。隨機(jī)抽取18組碾壓速度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，每一組數(shù)據(jù)均代表當(dāng)天碾壓過程的平均值，如下所示。

碾壓速度影響振動(dòng)輪對(duì)單位面積內(nèi)瀝青混合料的壓實(shí)時(shí)間，碾壓速度過高時(shí)，單位面積內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)少，不可能達(dá)到較高的壓實(shí)度，還會(huì)影響被碾壓路面的平整度。當(dāng)碾壓溫度和碾壓遍數(shù)一定時(shí)，碾壓速度影響著瀝青混合料施工過程中的壓實(shí)效果。路面各標(biāo)段不同類型混合料碾壓速度的所有樣本點(diǎn)分布相對(duì)均勻，平均速度大都控制在1.7km/h左右。

3.4 預(yù)警信息設(shè)置

系統(tǒng)預(yù)警是當(dāng)路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)所采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息與施工過程中設(shè)定的數(shù)據(jù)范圍不相符合時(shí)所發(fā)送的預(yù)警信息，預(yù)警信息會(huì)及時(shí)以短信的形式發(fā)送到項(xiàng)目管理者及技術(shù)人員。管理人員根據(jù)采集到的不同信息分類進(jìn)行相關(guān)查詢，按照預(yù)警信息發(fā)送的頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析預(yù)警信息的具體原因，減少施工過程中出現(xiàn)的欠壓、少壓、溫度過低等現(xiàn)象，查找原因，使問題能夠快速解決。

表3 路面各標(biāo)段碾壓速度部分監(jiān)控結(jié)果值匯列

4 結(jié) 語

（1）瀝青混合料的碾壓溫度均處于項(xiàng)目控制范圍內(nèi)，碾壓溫度均值分別為143.09℃、164.01℃和163.37℃，各標(biāo)段在碾壓過程中沒有出現(xiàn)溫度不合格的現(xiàn)象，施工過程控制較好。

（2）瀝青混合料碾壓遍數(shù)合格率的所有樣本點(diǎn)分布較為均勻，波動(dòng)幅度小，變異性小，合格率控制在98%以上。碾壓稍有欠缺的部分是路面的邊緣處以及兩臺(tái)壓路機(jī)中間的個(gè)別接縫處，符合現(xiàn)場(chǎng)碾壓的實(shí)際狀況。

（3）瀝青混合料碾壓速度的所有樣本點(diǎn)分布相對(duì)均勻，平均速度大都控制在1.7km/h左右。

通過對(duì)路面壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到相關(guān)路段混合料的施工情況，全面評(píng)價(jià)了現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，將需要檢測(cè)的質(zhì)量數(shù)據(jù)及時(shí)的展現(xiàn)給項(xiàng)目管理者及技術(shù)人員，極大程度的節(jié)省人力物力成本和時(shí)間成本，將工程中的“事后管理”變?yōu)椤斑^程中控制”及“提前預(yù)警”，極大提高了路面的施工質(zhì)量及管理水平。

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Research on application of dynamic monitoring system for pavement compaction quality

Based on the construction project of Lintao to Weiyuan expressway, the quality of on-site construction of asphalt pavement is monitored in real time by using dynamic monitoring system for pavement compaction quality, and the “post-event control” model adopted by traditional construction quality control is transformed into “process control” and “early warning”,the quality of the data collected in time to show the project manager and technical staff, greatly improving the road construction quality and management level.The results show that the on - line quality process control and early warning can be realized by monitoring the rolling temperature, rolling times and rolling speed of the hot mix asphalt mixture, and timely monitoring the unqualified information.To achieve the purpose of real-time monitoring to ensure the quality of road construction.

dynamic monitoring system for pavement compaction quality；process control；early warning；construction quality

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1003-8965(2017)05-0062-04