智能連續(xù)壓實技術(shù)在廣吉高速路基碾壓中的應(yīng)用研究

劉令君 郝國昌

摘 要：針對傳統(tǒng)道路壓實施工容易欠壓、過壓，且施工效率較低的問題，研究智能連續(xù)壓實技術(shù)在路基碾壓中的應(yīng)用，實現(xiàn)壓實質(zhì)量的實時、連續(xù)、自動化、高精度監(jiān)測，保證作業(yè)質(zhì)量，提高作業(yè)效率。在廣吉高速的路基碾壓施工中部署智能連續(xù)壓實系統(tǒng)，實踐檢驗了該技術(shù)的有效性。

關(guān)鍵詞：智能壓實；路基碾壓；GNSS-RTK

0 引言

壓實質(zhì)量直接影響道路的最終施工質(zhì)量。傳統(tǒng)的壓實質(zhì)量評定主要采用事后現(xiàn)場抽檢的方式實現(xiàn)，難以控制全局的碾壓質(zhì)量，且不能實現(xiàn)壓實參數(shù)的實時監(jiān)測，容易出現(xiàn)欠壓、過壓等問題[1]。本文闡釋了智能連續(xù)壓實技術(shù)的實現(xiàn)，并在廣吉高速的路基碾壓施工過程中采用該技術(shù)對智能壓實指標(biāo)[2]進行實時監(jiān)測，結(jié)果表明該技術(shù)可有效提高施工質(zhì)量，為道路壓實的智能監(jiān)測提供了有益探索。

1 智能連續(xù)壓實系統(tǒng)設(shè)計

智能連續(xù)壓實系統(tǒng)的設(shè)計以系統(tǒng)性、靈活性、可靠性為原則，同時兼顧成本。集成了GNSS-RTK厘米級高精度定位技術(shù)、碾壓度檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)處理算法以及圖形渲染技術(shù)等。該系統(tǒng)由多個硬件和軟件組成，主要包括RTK基準(zhǔn)站與車載流動站、碾壓度檢測儀、車載控制箱、車載終端、無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、服務(wù)器與客戶端軟件等。

GNSS-RTK技術(shù)即GNSS載波相位實時動態(tài)差分技術(shù)，通過RTK基準(zhǔn)站播發(fā)差分信號，流動站接收差分信號進行相對定位解算，可實現(xiàn)流動站厘米級定位[3]。RTK技術(shù)在地形測繪、工程放樣中發(fā)揮了重要作用，在數(shù)字化施工領(lǐng)域亦有一定應(yīng)用[4]，在壓實系統(tǒng)中采用RTK技術(shù)可實現(xiàn)車輛高精度定位，實時監(jiān)測其工作軌跡。碾壓度檢測技術(shù)通過相應(yīng)傳感器等設(shè)備實現(xiàn)壓實度等數(shù)據(jù)的實時采集[5]。三維位置和碾壓度數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕d控制箱，由控制箱將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器和車載終端顯示設(shè)備。服務(wù)器接收并存儲作業(yè)數(shù)據(jù)，對施工數(shù)據(jù)進行計算并分發(fā)計算結(jié)果到車載控制箱和客戶端，此外，服務(wù)器還管理工程和標(biāo)段的相關(guān)數(shù)據(jù)。服務(wù)器端程序在設(shè)計開發(fā)時充分考慮數(shù)據(jù)吞吐能力，算法的穩(wěn)健性等。車載終端實時計算并展示當(dāng)前碾壓機的碾壓軌跡、遍數(shù)、層厚等信息?？蛻舳塑浖崿F(xiàn)工程管理、碾壓計算、成果管理、歷史數(shù)據(jù)回放、報告查看等功能。

2 智能壓實檢測原理

智能壓實的實時連續(xù)檢測模塊，通過在碾壓機械上安裝傳感器，利用與土壤碾壓度密切相關(guān)的某些參數(shù)來測定壩體的碾壓程度。隨著碾壓工作的進行，土的密實度和彈性模量不斷增大，土與碾壓輪之間的相互作用力也不斷增大，所以碾壓輪的加速度幅值也在不斷增大，從而可以通過檢測加速度幅值變化間接測出壩體的碾壓狀況。智能壓實指標(biāo)CMV的計算方法可參考文獻[6].

車載式碾壓度檢測儀的基本構(gòu)成如下圖所示：

3 智能連續(xù)壓實技術(shù)在廣吉高速路基碾壓中的應(yīng)用

廣吉高速公路（廣昌至吉安）途徑撫州市廣昌縣、贛州市寧都縣以及吉安多個區(qū)縣，全長約156KM。該公路的建成將極大方便相關(guān)地區(qū)出行，帶動經(jīng)濟發(fā)展。

路基施工是道路施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。路基碾壓質(zhì)量的好壞直接影響道路耐用性。在廣吉高速項目的路基碾壓施工中，為提高壓實質(zhì)量，采用智能壓實技術(shù)對路基壓實數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、分析、存儲，避免漏壓、過壓。為實現(xiàn)壓實數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，對相關(guān)軟硬件及人員進行如下部署：

（1） RTK基準(zhǔn)站的架設(shè)。RTK基準(zhǔn)站負責(zé)播發(fā)GNSS差分信號，由車載GNSS接收機接收并實現(xiàn)厘米級定位?；鶞?zhǔn)站架設(shè)于環(huán)境穩(wěn)定、便于管理維護、便于供電的位置，為保證車輛定位的穩(wěn)定性，基準(zhǔn)站與施工區(qū)域距離控制在15～20km內(nèi)。

（2） 車載硬件。車載控制箱和終端顯示設(shè)備安裝于駕駛室內(nèi)。壓實傳感器、溫度傳感器、車載天線等安裝于車輛相應(yīng)位置。

（3） 服務(wù)器。服務(wù)器及對應(yīng)程序是系統(tǒng)的核心組件，為確保其24小時正常工作需提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，且采用UPS電源確保供電穩(wěn)定。

（4） 人員。對項目中不同職責(zé)人員配備不同的操作權(quán)限，確保數(shù)據(jù)安全可靠。

該壓實系統(tǒng)可采集、分析、輸出多種監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中最核心的參數(shù)為智能壓實指標(biāo)和壓實遍數(shù)。為體現(xiàn)壓實遍數(shù)與智能壓實指標(biāo)之間的關(guān)系，取樁號K75844--K75964之間某日的路基碾壓數(shù)據(jù)為樣本，統(tǒng)計壓實遍數(shù)與智能壓實指標(biāo)均值之間的對應(yīng)關(guān)系，如下表所示：

可見，在一定遍數(shù)范圍內(nèi)，智能壓實指標(biāo)值隨壓實遍數(shù)增加而增加，與預(yù)期一致。

4 結(jié)論

本文闡述了智能連續(xù)壓實系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)、軟硬件組成等，在廣吉高速路基碾壓中部署該系統(tǒng)對路基碾壓質(zhì)量進行實時監(jiān)測，為道路壓實質(zhì)量實時監(jiān)測積累了技術(shù)經(jīng)驗，也驗證了現(xiàn)代智能連續(xù)壓實的高效性。隨著自動化檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，智能連續(xù)壓實技術(shù)將在道路、大壩等工程的壓實監(jiān)測中發(fā)揮更大作用。

參考文獻：

[1] 趙秀璞. 路基智能壓實控制技術(shù)研究[D]. 長安大學(xué)， 2016.

[2] 鄭兆華， 王翠艷. 壓路機智能壓實技術(shù)的研究[J]. 建筑機械化， 2016， 37（11）：22-23.

[3] 杜玉柱.GNSS測量技術(shù)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社.2013.

[4] 黃聲享，劉經(jīng)南，吳曉銘.GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)及其在堆石壩施工中的初步應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2005.

[5] 汪學(xué)斌， 王宇峰， 劉洪海. 壓實在線檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J]. 筑路機械與施工機械化， 2011， 28（3）：46-48.

[6] 趙海杰. 路基壓實質(zhì)量評價指標(biāo)的研究[D]. 長安大學(xué)， 2015.