瀝青混凝土路面3D智能攤鋪應(yīng)用研究

祖民星

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

隨著國內(nèi)交通領(lǐng)域建設(shè)步伐的加快和人民生活水平的不斷提高，人們對公路行車安全、舒適性及行車速度等要求越來越高，相應(yīng)地對路面施工質(zhì)量要求也更加追求極致。由于瀝青路面具有強(qiáng)度高、噪音小、行車舒適及施工方便等優(yōu)點，在公路工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。但隨著瀝青路面建設(shè)規(guī)模的成倍增長，因施工管理不足及施工方法落后引發(fā)的路面病害也越發(fā)凸顯。因此，本文研究瀝青路面3D智能攤鋪技術(shù)及其應(yīng)用效果，以增強(qiáng)瀝青路面施工過程中的信息化管控，進(jìn)而提高瀝青路面施工質(zhì)量的可靠度。

1 3D智能攤鋪系統(tǒng)配置

3D智能攤鋪系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站設(shè)備、機(jī)載設(shè)備和檢測設(shè)備三個主要部分［2］，具體如下頁圖1所示。

圖1 3D智能攤鋪系統(tǒng)組成示意圖

1．1 GNSS接收機(jī)

GNSS接收機(jī)通過RTCM格式播發(fā)RTK改正數(shù)據(jù)，為機(jī)載設(shè)備和檢測設(shè)備提供厘米級高精度定位基準(zhǔn)。

1．2 激光發(fā)射器

激光發(fā)射器通過Topcon的LaserZone技術(shù)發(fā)射360°旋轉(zhuǎn)激光墻，為半徑300m內(nèi)的激光接收器提供毫米級高程基準(zhǔn)，并具有自動對點和自動整平功能。

1．3 GNSS激光接收器

GNSS激光接收器與攤鋪機(jī)熨平板采用剛性連接，由GNSS相位中心和激光接收元件的幾何中心實時反算出熨平板底部的平面位置與高程，通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)對熨平板的毫米級控制。見圖2。

圖2 GNSS激光接收器安裝與連接示意圖

1．4 GNSS接收機(jī)

GNSS接收機(jī)將傳感器獲取的信號進(jìn)行處理，計算出實時的平面位置和高程數(shù)據(jù)，發(fā)送給控制器。

1．5 控制器

控制器作為連接GPS系統(tǒng)和攤鋪機(jī)的核心部分，既是人機(jī)交互界面，也是攤鋪機(jī)控制中心，精度為1～20mm。

1．6 檢測設(shè)備

檢測設(shè)備通過實測的平面位置信息和激光接收的高程信息，校核攤鋪結(jié)果與設(shè)計資料，確保攤鋪質(zhì)量符合要求。

2 智能攤鋪原理

2．1 RTK原理

RTK（實時動態(tài)差分法）是一種常用的GPS測量方法。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，并采集GPS觀測數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足1s。其原理見圖3。

圖3 RTK（b原）理示意圖

2．2 高程控制原理

控制器計算機(jī)根據(jù)GNSS RTK獲取的精度達(dá)1～2cm的定位值，計算出攤鋪機(jī)控制點所處的位置，并獲取此位置的設(shè)計高程，然后通過Topcon激光技術(shù)計算熨平板攤鋪的實際高程（精度在2～3mm），將高程差轉(zhuǎn)換成控制信號，發(fā)送給攤鋪機(jī)找平電磁閥，電磁閥根據(jù)信號控制油缸的提升和下降，改變熨平板攤鋪角度，實現(xiàn)攤鋪高程的精準(zhǔn)變化。智能控制過程見圖4～6。

圖4 獲取設(shè)計高程示例圖

圖5 計算實際高程示意圖

圖6 調(diào)整攤鋪高程示意圖

3 工程應(yīng)用

3．1 工程概況

南寧市吳圩機(jī)場至大塘高速公路2標(biāo)起于那蒙村，止于團(tuán)福村，主線全長18．7km，雙向四車道，設(shè)計速度120km／h，汽車荷載等級為公路Ⅰ級。路面結(jié)構(gòu)為：4cm AN－13C改性瀝青混凝土上面層＋黏層；6cm AC－20C改性瀝青混凝土中面層＋黏層；8cm AC－25C瀝青混凝土下面層；1cm同步瀝青碎石封層＋透層；36cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層；20cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層；20cm級配碎石墊層。

施工采用3D智能攤鋪機(jī)單幅一次性鋪筑。

3．2 成品檢測

瀝青路面施工完成后通過八輪平整度儀以及鉆芯取樣對3D攤鋪效果進(jìn)行檢測［3］，結(jié)果見表1～2和圖7～8。

表1 瀝青上面層平整度檢測結(jié)果表

表2 瀝青上面層厚度檢測結(jié)果表

圖7 平整度檢測折線圖

圖8 厚度檢測折線圖

從以上數(shù)據(jù)可知：

（1）采用3D智能攤鋪工藝進(jìn)行瀝青路面施工，平整度均小于允許值（1．2mm），合格率為100%；

（2）厚度均超過代表值允許值與合格值允許值，合格率為100%；

（3）平整度相對平均值波動最大為56%，位于攤鋪機(jī)起步階段；厚度標(biāo)準(zhǔn)差最大值為2．31，位于攤鋪機(jī)起步階段；

（4）3D智能攤鋪全過程的平整度、厚度指標(biāo)滿足要求，但攤鋪機(jī)起步階段由于調(diào)整熨平板角度，導(dǎo)致指標(biāo)波動較正常攤鋪階段大，說明智能系統(tǒng)對攤鋪機(jī)的高程控制是需要過程的，不能一步到位。

4 結(jié)語

本文通過對3D智能攤鋪系統(tǒng)進(jìn)行原理分析及工程應(yīng)用研究，得出以下主要結(jié)論：

（1）基于RTK原理的3D智能攤鋪無需放樁及架設(shè)基準(zhǔn)線，施工靈活、高效，實現(xiàn)了自動變坡度施工；

（2）實際工程應(yīng)用表明，3D智能攤鋪系統(tǒng)對平整度、厚度及線形的控制滿足規(guī)范要求且精度較高，具有實用性及可推廣性；

（3）實際應(yīng)用中3D攤鋪在起步階段和邊坡范圍的平整度和厚度波動相對較大，但在規(guī)范限值以內(nèi)。