智能壓實(shí)技術(shù)在非洲某項(xiàng)目路面施工中的應(yīng)用

劉林林LIU Lin-lin

（中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300384）

0 引言

非洲作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅猛的大陸，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一直備受關(guān)注，特別是道路建設(shè)，不僅對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)有著積極的推動(dòng)作用，還對(duì)社會(huì)和環(huán)境可持續(xù)性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，投資和關(guān)注道路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)對(duì)非洲的發(fā)展至關(guān)重要。但是部分非洲國(guó)家在道路建設(shè)技術(shù)方面相對(duì)滯后，依賴(lài)傳統(tǒng)的施工方法，缺乏現(xiàn)代化設(shè)備和工藝的采用，而傳統(tǒng)路面壓實(shí)工藝不能對(duì)壓實(shí)質(zhì)量及均勻性進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控，壓實(shí)度采用隨機(jī)抽樣鉆孔取芯檢測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)少代表性有限，而且屬于損傷型測(cè)試。如發(fā)現(xiàn)不合格路段還需銑刨重鋪，造成資金浪費(fèi)和影響工程進(jìn)度。導(dǎo)致整體施工效率低、質(zhì)量低和維護(hù)成本高。

隨著中國(guó)的一帶一路倡議，越來(lái)越多的中國(guó)資本和企業(yè)參與非洲的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，包括道路建設(shè)，這為智能壓實(shí)技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了重要機(jī)會(huì)。本文通過(guò)非洲某項(xiàng)目路面應(yīng)用智能壓實(shí)技術(shù)的工程實(shí)例，分析其效果以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，探討智能壓實(shí)技術(shù)在非洲道路建設(shè)中的應(yīng)用的必要性，以及其對(duì)提高道路質(zhì)量、施工效率和可持續(xù)性的潛力。

1 智能壓實(shí)技術(shù)的原理和特點(diǎn)

智能壓實(shí)作為路面施工的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，最初是在20 世紀(jì)80 年代在歐洲開(kāi)發(fā)的，用于土壤和基層壓實(shí)，后來(lái)在20 世紀(jì)90 年代被應(yīng)用于瀝青層。瀝青路面智能壓控制系統(tǒng)通過(guò)壓路機(jī)碾壓輪上的加速度傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)（如圖1），隨著壓實(shí)過(guò)程中路面材料密實(shí)狀態(tài)的變化（即剛度發(fā)生變化），反作用在碾壓輪上的振動(dòng)幅度等參數(shù)也在逐漸變化，這些參數(shù)經(jīng)過(guò)后臺(tái)軟件系統(tǒng)處理后形成壓實(shí)檢測(cè)值。CMV 是一個(gè)無(wú)量綱壓實(shí)參數(shù)，它是由動(dòng)態(tài)壓路機(jī)響應(yīng)確定的。對(duì)于不同材料壓實(shí)過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，壓路機(jī)滾筒二次諧波頻率振幅與基波頻率振幅之比與實(shí)現(xiàn)的壓實(shí)水平有顯著關(guān)系。因此，CMV 可以作為層剛度的一個(gè)指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

圖1 智能壓實(shí)系統(tǒng)

式中：A1Ω為振動(dòng)輪基波頻率振幅，A2Ω為振動(dòng)輪二次諧波頻率振幅，C 是常量，與振動(dòng)壓路機(jī)類(lèi)型、振幅、頻率等相關(guān)，常取C=300。

2 應(yīng)用案例與數(shù)據(jù)分析

2.1 項(xiàng)目概況

盧旺達(dá)某公路項(xiàng)目，全長(zhǎng)66.3 公里，由筆者所在某中國(guó)央企承建，是“一帶一路”重要經(jīng)貿(mào)合作成果之一，資金來(lái)源為中國(guó)進(jìn)出口銀行優(yōu)惠貸款。其路面結(jié)構(gòu)層為5cm AC14+16cm 碎石基層+25cm 天然砂礫底基層+15cm 天然砂礫墊層。由于傳統(tǒng)碾壓方式存在低溫碾壓、漏壓、溫度離析嚴(yán)重、平整度低、局部壓實(shí)度不足等問(wèn)題，故此本項(xiàng)目路面應(yīng)用智能壓實(shí)技術(shù)，現(xiàn)作詳細(xì)介紹。

2.2 原材料與級(jí)配

粗集料采用花崗巖，細(xì)集料采用花崗巖生產(chǎn)的機(jī)制砂。粗集料、細(xì)集料、礦粉等外摻劑技術(shù)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。礦粉摻量為5.7%，油石比采用4.9%。普通60/70瀝青技術(shù)指標(biāo)和級(jí)配如表1、表2 所示。

表1 60/70 瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 瀝青混合料級(jí)配

2.3 攤鋪碾壓施工工藝

采用智能壓實(shí)技術(shù)后的瀝青路面攤鋪碾壓整體施工工藝流程與傳統(tǒng)碾壓工藝基本一致，具體施工工藝流程見(jiàn)圖2。

本項(xiàng)目采用林泰格CSD1500 型拌合站拌和瀝青混合料，瀝青加熱溫度控制在160～170℃范圍內(nèi)，礦料加熱溫度為190～220℃，混合料出廠溫度控制在170～185℃之間，超過(guò)195℃作廢處理。項(xiàng)目部一共4 臺(tái)壓路機(jī)安裝了智能壓實(shí)系統(tǒng)，配備高精度定位天線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、車(chē)載顯示終端、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等，壓路機(jī)為寶馬格BW202AD-4 型雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)。另外配備兩臺(tái)輪胎壓路機(jī)，型號(hào)分別為徐工YL16 和YL20。碾壓程序仍然是傳統(tǒng)的三道工序，分為初壓、復(fù)壓和終壓。經(jīng)過(guò)施工總結(jié)，最佳的碾壓施工工藝如表3 所示。

表3 瀝青混凝土路面壓實(shí)工藝

與傳統(tǒng)壓實(shí)工藝不同的是，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，智能壓實(shí)度監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)軟件可以遠(yuǎn)程監(jiān)控道路工程壓路機(jī)工作狀態(tài)和壓實(shí)質(zhì)量。實(shí)時(shí)掌握壓實(shí)層是否達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度要求，可有效地避免出現(xiàn)過(guò)壓和欠壓現(xiàn)象的發(fā)生，避免了傳統(tǒng)工藝中不論道路結(jié)構(gòu)類(lèi)型和天氣條件如何一律必須壓實(shí)若干遍的情形，提高路面材料的均勻性，避免粗骨料的破碎，提高整個(gè)壓實(shí)作業(yè)的效率，降低了設(shè)備的工作強(qiáng)度。

2.4 壓實(shí)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控

路面智能壓實(shí)度監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)圖像分析技術(shù)實(shí)時(shí)分析壓實(shí)遍數(shù)。可以進(jìn)行總壓實(shí)遍數(shù)的統(tǒng)計(jì)、任意時(shí)間段范圍內(nèi)的壓實(shí)遍數(shù)統(tǒng)計(jì)。采用實(shí)時(shí)分析，可對(duì)任一部位的壓實(shí)遍數(shù)進(jìn)行查詢(xún)，具有分析精度高、速度快、計(jì)算準(zhǔn)確等特點(diǎn)。操作手在車(chē)內(nèi)可通過(guò)顯示終端，隨時(shí)對(duì)壓實(shí)遍數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的CMV 值與壓實(shí)遍數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果如圖3 所示，隨著碾壓遍數(shù)的增加CMV 值隨著遍數(shù)有一定程度增加，當(dāng)壓路機(jī)智能壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到第7 遍后，CMV 值趨于穩(wěn)定，說(shuō)明此時(shí)路面的壓實(shí)值已經(jīng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。但是隨著壓實(shí)遍數(shù)的進(jìn)一步增加，智能壓實(shí)CMV值會(huì)出現(xiàn)略微下降的趨勢(shì)，這應(yīng)是由于過(guò)壓引起，因此通過(guò)CMV 值的變化也可以客觀反映出路面的壓實(shí)情況。

圖3 CMV 值與壓實(shí)遍數(shù)關(guān)系圖

智能壓實(shí)技術(shù)可以連續(xù)采集路面壓實(shí)參數(shù)信息，并將壓實(shí)數(shù)據(jù)以色階圖方式呈現(xiàn)，如圖4 所所示，實(shí)時(shí)指導(dǎo)壓路機(jī)操作手作業(yè)，有效防止欠壓及過(guò)壓，改善路面壓實(shí)均勻性和壓實(shí)質(zhì)量、提升壓實(shí)效率和延長(zhǎng)道路使用壽命。另外，通過(guò)智能化技術(shù)手段還能將施工過(guò)程完整的記錄下來(lái)，為后期質(zhì)量問(wèn)題追溯和施工工藝提升提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

圖4 智能壓實(shí)車(chē)載顯示終端

3 應(yīng)用效果分析

3.1 胡也公路與周邊同期某公路壓實(shí)度數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)施工后對(duì)施工路段的取芯及構(gòu)造深度進(jìn)行測(cè)試，并與周邊同期某公路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖5 所示。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，采用智能壓實(shí)技術(shù)能充分保證壓實(shí)工藝的可靠執(zhí)行，所施工高速的壓實(shí)度、構(gòu)造深度等離散性更小、均勻性更好，各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均優(yōu)于同期的某公路路段數(shù)據(jù)。

圖5 胡也公路與周邊同期某公路壓實(shí)度數(shù)據(jù)對(duì)比

3.2 胡也公路成本效益分析

傳統(tǒng)人工壓實(shí)方法較智能壓實(shí)需要更多的勞動(dòng)力，尤其是提高了生產(chǎn)效率。根據(jù)胡也公路的實(shí)際情況分析，在相同設(shè)備數(shù)量配置下，完成相同長(zhǎng)度的瀝青路面，人工成本節(jié)約14.1%，具體計(jì)算見(jiàn)表4。由于壓實(shí)效率提高，壓實(shí)設(shè)備油耗降低，可根據(jù)操作手工作時(shí)長(zhǎng)計(jì)算得出油耗成本節(jié)省約10.7%。雖然智能壓實(shí)技術(shù)可能具有更高的初始設(shè)備投資，但其在質(zhì)量、效率和可持續(xù)性方面的長(zhǎng)期好處會(huì)抵消這些額外成本，從而提供更好的總體成本效益。

表4 人工成本對(duì)比分析表

4 結(jié)語(yǔ)

本論文討論了智能壓實(shí)技術(shù)在非洲某項(xiàng)目瀝青路面施工中的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)化控制，該技術(shù)可以有效解決當(dāng)前非洲道路建設(shè)及傳統(tǒng)碾壓技術(shù)存在的問(wèn)題，提高施工質(zhì)量、效率和可持續(xù)性。非洲地區(qū)面臨著道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的巨大需求，而智能壓實(shí)技術(shù)為滿(mǎn)足這一需求提供了有力的工具。