高速公路瀝青路面碾壓施工質(zhì)量智能監(jiān)控技術(shù)

摘要：針對(duì)瀝青路面碾壓施工，設(shè)計(jì)了一種智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)碾壓過程中的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過反饋機(jī)制調(diào)整碾壓參數(shù)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的施工質(zhì)量過程控制。

關(guān)鍵詞：高速公路;瀝青路面;碾壓施工;智能監(jiān)控系統(tǒng)

0" "引言

為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入了新的活力，提升公路施工質(zhì)量，許多專家學(xué)者正著力研究將公路工程質(zhì)量由“結(jié)果檢查”向“過程控制”轉(zhuǎn)變，這就需要用到基于互聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控技術(shù)[1-4]。為了提升瀝青路面的施工質(zhì)量，一些專家學(xué)者開展了智能碾壓系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，但受限于國(guó)內(nèi)IC技術(shù)還不成熟，智能碾壓系統(tǒng)一直未取得突破性進(jìn)展。為此，本文針對(duì)瀝青路面碾壓施工，設(shè)計(jì)了一種智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)碾壓過程中的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過反饋機(jī)制調(diào)整碾壓參數(shù)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的施工質(zhì)量過程控制。

1" "工程背景

汕昆高速公路龍川至懷集段汕頭至昆明高速公路的重要路段，也是廣東省“九縱五橫兩環(huán)”高速公路網(wǎng)規(guī)劃主骨架中“一橫”的重要組成部分。其中A3設(shè)計(jì)合同段LM4標(biāo)段長(zhǎng)35.752km，按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為100km/h。主線路基瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層，采用4.5cm厚GAC-16C瀝青混凝土+5.5cm厚GAC-20C瀝青混凝土+8cm厚GAC-25瀝青混凝土;主線橋面鋪裝路面結(jié)構(gòu)采用4.5cm厚GAC-16C瀝青混凝土+5.5cm厚GAC-20C瀝青混凝土;各層之間采用連續(xù)作業(yè)法施工。

2" "智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1" "功能定位

智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能定位包括以下3個(gè)：一是數(shù)據(jù)整合。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過硬件系統(tǒng)監(jiān)測(cè)壓路機(jī)GPS坐標(biāo)、振動(dòng)加速度、行進(jìn)速度、頻率等4個(gè)參數(shù)，然后通過對(duì)4個(gè)參數(shù)的處理，轉(zhuǎn)化為與瀝青路面碾壓施工相關(guān)的施工參數(shù)（如碾壓遍數(shù)、混合料溫度、壓路機(jī)行駛加速度、壓實(shí)度等）。二是碾壓實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)瀝青路面碾壓的速度監(jiān)測(cè)、變速監(jiān)測(cè)、轉(zhuǎn)彎監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)以及及時(shí)性監(jiān)測(cè)，通過對(duì)壓實(shí)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，為及時(shí)調(diào)整壓路機(jī)速度、頻率和振幅提供便利。三是對(duì)瀝青路面碾壓質(zhì)量統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)。通過智能碾壓系統(tǒng)對(duì)整個(gè)碾壓過程的監(jiān)測(cè)，可獲得碾壓遍數(shù)、壓實(shí)指標(biāo)、振動(dòng)指標(biāo)、單位體積壓實(shí)功等碾壓參數(shù)，通過這些參數(shù)對(duì)各路段的碾壓質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)出各等級(jí)所占面積百分比。

2.2" "碾壓監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能碾壓監(jiān)控系統(tǒng)主要包括三個(gè)硬件：一是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。其安裝在壓路機(jī)的滾筒軸上，主要用于壓實(shí)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。二是GPS定位組件。其安裝在壓路機(jī)的駕駛室頂上，主要用于對(duì)壓路機(jī)的位置參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而提供壓實(shí)遍數(shù)、速度、加速度等參數(shù)。三是數(shù)據(jù)傳輸、整合和反饋組件。壓路機(jī)車廂中放置有數(shù)據(jù)接收裝置，這些裝置將壓實(shí)指標(biāo)以及壓路機(jī)行駛參數(shù)傳輸給遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)整合終端，數(shù)據(jù)整合終端分析壓實(shí)指標(biāo)與實(shí)際指標(biāo)的差距，對(duì)碾壓質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果及時(shí)反饋給控制機(jī)。控制機(jī)通過自適應(yīng)調(diào)整壓路機(jī)的碾壓速度、振動(dòng)頻率，滾筒振幅等參數(shù)，避免漏壓、超壓、欠壓等現(xiàn)象，從而全面提升瀝青路面碾壓施工質(zhì)量。

2.3" "實(shí)現(xiàn)流程

智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程分為以下6個(gè)步驟：利用壓路機(jī)頂部的GPS定位系統(tǒng)和RTK技術(shù)實(shí)時(shí)采集壓路機(jī)位置坐標(biāo)，并將其發(fā)送至數(shù)據(jù)中心;將瀝青碾壓區(qū)域劃分為多個(gè)固定大小的網(wǎng)格區(qū)域，并將其一一對(duì)應(yīng)編號(hào);利用CV采集儀中的加速度傳感器，采集壓路機(jī)振動(dòng)輪的振動(dòng)加速度，然后利用快速傅里葉將加速度時(shí)域信號(hào)變轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào);通過數(shù)據(jù)分析中心計(jì)算單位體積壓實(shí)功E和CV值;根據(jù)瀝青公路碾壓設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)碾壓參數(shù)進(jìn)行比較和反饋;將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的壓實(shí)度指標(biāo)、碾壓遍數(shù)、碾壓厚度等參數(shù)，保存至數(shù)據(jù)中心并生成數(shù)據(jù)圖表，以便后續(xù)評(píng)估使用。

3" 系統(tǒng)應(yīng)用分析

3.1" "試驗(yàn)段布置

選取LM4標(biāo)段中的200m長(zhǎng)瀝青鋪設(shè)工程作為試驗(yàn)段，試驗(yàn)段分為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)條帶，每個(gè)實(shí)驗(yàn)條帶隨機(jī)選取16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)試驗(yàn)條帶共選取了32個(gè)點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。試驗(yàn)過程中，利用無核密度計(jì)采集瀝青碾壓層的壓實(shí)度值[5]，然后利用無核密度計(jì)采集得到的壓實(shí)度值，對(duì)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的CV指標(biāo)和單位體積壓實(shí)功 E進(jìn)行標(biāo)定。

3.2" "壓路機(jī)選型及參數(shù)

瀝青碾壓施工采用CC624HF型雙鋼輪壓路機(jī)。該壓路機(jī)行進(jìn)速度為3～12.2km/h，振動(dòng)輪寬為1230mm，激振力為106～166kN，名義振幅為0.3～0.8mm，振動(dòng)頻率為51～67Hz，振動(dòng)輪靜線荷載為282N/cm。

3.3" "監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

首先根據(jù)單位體積壓實(shí)功E、CV值等監(jiān)測(cè)結(jié)果，與實(shí)測(cè)瀝青路面壓實(shí)度D建立關(guān)系，即分別計(jì)算得到實(shí)測(cè)壓實(shí)度與單位體積壓實(shí)功、壓實(shí)指標(biāo)CV的單因素關(guān)系，結(jié)果見圖2。從圖2中可知：隨著單位體積壓實(shí)功以及CV值的增大，瀝青路面壓實(shí)度近似呈線性增長(zhǎng);實(shí)測(cè)壓實(shí)度D與單位體積壓實(shí)功E的關(guān)系為D=0.9158E+94.775，實(shí)測(cè)壓實(shí)度D與壓實(shí)指標(biāo)CV的關(guān)系為D=0.1204CV+93.273。

利用實(shí)測(cè)壓實(shí)度D與單位體積壓實(shí)功E以及壓實(shí)指標(biāo)CV的關(guān)系，分別得到計(jì)算壓實(shí)度D’，然后將實(shí)測(cè)壓實(shí)度與計(jì)算壓實(shí)度D’進(jìn)行對(duì)比，得到壓實(shí)度誤差值，誤差值即為智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制精度，結(jié)果見圖3。

從圖3中可以看到：32個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，當(dāng)采用單位體積壓實(shí)功E預(yù)測(cè)壓實(shí)度D’時(shí)，壓實(shí)度誤差控制在-2.5%～2.2%，平均壓實(shí)度誤差為0.917%;當(dāng)采用CV值預(yù)測(cè)壓實(shí)度D’時(shí)，壓實(shí)度誤差控制在-2.6%～2.6%，平均壓實(shí)度誤差為0.972%。由此可見，采用單位體積壓實(shí)功E對(duì)碾壓質(zhì)量進(jìn)行控制更優(yōu)。在實(shí)際工程中，應(yīng)采取以單位體積壓實(shí)功為主，CV值為輔的綜合控制方式，對(duì)碾壓過程中壓路機(jī)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而獲得最佳的碾壓質(zhì)量。

3.4" "壓實(shí)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

按照上述瀝青路面智能監(jiān)控技術(shù)對(duì)全路段進(jìn)行碾壓施工，然后隨機(jī)選取200個(gè)點(diǎn)進(jìn)行鉆孔取芯，然后測(cè)試壓實(shí)度，得到的瀝青底面層壓實(shí)度均勻性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。結(jié)果顯示：在200個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中，壓實(shí)度lt;96%的占比為0，壓實(shí)度≥96%的占比達(dá)到了100%;平均壓實(shí)度為98.3%，變異系數(shù)為0.55%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.005。由此表明，本標(biāo)段瀝青碾壓質(zhì)量合格率為100%，壓實(shí)均勻性良好，碾壓質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

4" "結(jié)語

本文針對(duì)瀝青路面施工過程中碾壓質(zhì)量難以控制的問題，設(shè)計(jì)了一種瀝青路面智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置、GPS定位組件以及數(shù)據(jù)傳輸、整合和反饋組件三部分組成。將其與CC624HF型雙鋼輪壓路機(jī)相結(jié)合應(yīng)用到實(shí)際工程中，研究結(jié)果表明：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采取以單位體積壓實(shí)功為主、CV值為輔的綜合控制方式，對(duì)碾壓過程中壓路機(jī)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，最終可將瀝青路面的壓實(shí)質(zhì)量合格率控制在100%。

參考文獻(xiàn)

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