3D攤鋪技術(shù)在瀝青路面施工中的應(yīng)用研究

摘要：為解決傳統(tǒng)瀝青面層攤鋪過程中攤鋪平整度、厚度及坡度不滿足技術(shù)要求等問題，通過引入3D攤鋪智能控制技術(shù)，不僅使瀝青面層攤鋪后的平整度、厚度及坡度得到了精準(zhǔn)控制，同時(shí)也節(jié)約了施工成本。結(jié)合工程實(shí)例簡要介紹了3D攤鋪技術(shù)原理，通過分析工程檢測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：相比傳統(tǒng)路面攤鋪技術(shù)，3D攤鋪智能控制技術(shù)的運(yùn)用使瀝青路面平整度合格率達(dá)到90%以上，壓實(shí)面橫坡度波動范圍較小，路面厚度偏差處于8%設(shè)計(jì)厚度之內(nèi)，解決了傳統(tǒng)施工攤鋪過程中高程控制精度不良及面層平整度提升效果不明顯問題，可在后續(xù)高等級瀝青路面攤鋪施工中繼續(xù)推廣。

關(guān)鍵詞：瀝青路面3D攤鋪平整度坡度

中圖分類號：U441+.5

ResearchontheApplicationof3DPavingTechnologyinAsphaltPavementConstruction

ZHANGMengyuan1SHENZhiyu2SHENLibin3*

1.JiaxingExpresswayConstructionandDevelopmentCo.，Ltd.， JiaxingCity，ZhejiangProvince，314000China;2.ZhejiangGuangshaVocationalandTechnicalUniversityofConstruction，JinhuaCity，ZhejiangProvince，322100China;3.JiaxingCommunicationInvestmentGroupCo.，Ltd.，JiaxingCity，ZhejiangProvince，314000China

Abstract：Inordertosolvetheproblemsofinsufficientflatness，thickness，andslopeinthetraditionalasphaltsurfacepavingprocess，theintroductionof3Dpavingintelligentcontroltechnologynotonlyenablesprecisecontrolofthesmoothness，thickness，andslopeofasphaltsurfacelayerpaving，butalsosavesconstructioncosts.Thispaperbrieflyintroducestheprincipleof3Dpavingtechnologybasedonengineeringexamples.Throughanalyzingengineeringinspectiondata，theresultsshowthatcomparedwithtraditionalpavementpavingtechnologies，theapplicationof3Dpavingintelligentcontroltechnologyhasachievedapassrateofover90%forasphaltpavementsmoothness，asmallfluctuationrangeofcompactionsurfacecrossslope，andapavementthicknessdeviationwithin8%ofthedesignthickness.Itsolvestheproblemsofpoorelevationcontrolaccuracyandunclearimprovementeffectofsurfacesmoothnessintraditionalconstructionpavingprocess，andcanbefurtherpromotedinsubsequenthigh-gradeasphaltpavementpavingconstruction.

KeyWords：Asphaltpavement;3Dpaving;Flatness;Slope

截止2022年底，我國國內(nèi)公路總里程已達(dá)到535.48萬km，其中高速公路建設(shè)總里程達(dá)到17.73萬km，占比3.31%，呈逐年穩(wěn)定增長態(tài)勢。全國高速公路運(yùn)營流量大，發(fā)展速度快，作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ溃瑢τ诘缆菲秸取⑿熊囀孢m性、耐磨抗滑性、低噪聲、防裂、維修管養(yǎng)等方面提出了更高、更嚴(yán)的要求[1-2]。目前，傳統(tǒng)的攤鋪工藝較多采用滑靴傳感器和聲納傳感器追蹤測量人員架設(shè)的鋁梁或者基準(zhǔn)線進(jìn)行現(xiàn)場施工來實(shí)現(xiàn)對攤鋪厚度、坡度及平整度的控制，攤鋪機(jī)等主要設(shè)備使用主要存在依賴人工控制，導(dǎo)致人為干擾因素多，引起施工質(zhì)量波動大，出現(xiàn)基準(zhǔn)設(shè)定錯(cuò)誤導(dǎo)致的攤鋪指標(biāo)不滿足技術(shù)要求現(xiàn)象，從而無法保證鋪攤鋪質(zhì)量連續(xù)和穩(wěn)定性[3]。

本文依托杭州繞城高速公路西復(fù)線湖州段瀝青路面實(shí)體鋪筑實(shí)況，結(jié)合現(xiàn)場高程、坡度及平整度檢測結(jié)果，研究分析3D智能攤鋪施工工藝[4-5]和傳統(tǒng)施工工藝與路面修筑質(zhì)量影響，研究結(jié)果可為后續(xù)高等級公路瀝青路面面層施工提供科學(xué)參考。

13D攤鋪技術(shù)基本原理

3D攤鋪智能系統(tǒng)，由全站儀基準(zhǔn)站和攤鋪?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)組合而成，首先將機(jī)械控制全站儀架設(shè)在控制點(diǎn)上來捕獲360°棱鏡的三維坐標(biāo)詳細(xì)數(shù)據(jù)，并通過攤鋪機(jī)系統(tǒng)上數(shù)據(jù)傳輸功能，實(shí)時(shí)將棱鏡坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送到攤鋪?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)的控制箱中，將獲得的當(dāng)前坐標(biāo)信息和設(shè)計(jì)卡中的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，對于現(xiàn)場狀況與設(shè)定存在偏差的，隨時(shí)完成施工路線調(diào)整，通過生成相應(yīng)的高程修正、線路修正等信息并傳遞至攤鋪機(jī)兩側(cè)邊控箱，再由邊控箱對應(yīng)生成相應(yīng)比例驅(qū)動信號，通過液壓閥驅(qū)動攤鋪機(jī)牽引臂液壓油缸，使熨平板進(jìn)行相應(yīng)方向的調(diào)整和修正，從而使攤鋪道面產(chǎn)生坡度和高程變化，彌補(bǔ)路面波動，通過對各階段攤鋪施工嚴(yán)格依照規(guī)定執(zhí)行，可以提高各個(gè)路段的攤鋪效率，達(dá)到路面平整度標(biāo)準(zhǔn)[6]。為了實(shí)現(xiàn)道面攤鋪精準(zhǔn)控制和過程監(jiān)控施工，另備一臺測量全站儀一直處于監(jiān)測道面攤鋪狀況，確保滿足攤鋪設(shè)計(jì)指標(biāo)[7]，具體如圖1所示。

2.3D攤鋪技術(shù)工藝控制流程

3D攤鋪技術(shù)工藝控制流程為：原有的地表數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙建立三維電子數(shù)據(jù)，導(dǎo)入mmGPS的控制箱中（見圖2、圖3）。通過RTK，計(jì)算攤鋪機(jī)熨平板所處位置，以獲取此位置在電子數(shù)據(jù)中設(shè)計(jì)高程；將絕對高程反饋到控制器中，對實(shí)際高程與設(shè)計(jì)高程的差值經(jīng)過控制器運(yùn)算轉(zhuǎn)換成電信號，驅(qū)動攤鋪機(jī)電磁閥動作；在2～3個(gè)車身行程內(nèi)通過電磁閥調(diào)整熨平板攤鋪角度將標(biāo)高調(diào)整至設(shè)計(jì)值。

33D攤鋪工藝瀝青路面施工效果分析

本項(xiàng)目K11+140—K11+930、K13+750—K17+750兩段左幅瀝青路面下面層分別采用TP63-3D智能攤鋪控制技術(shù)和傳統(tǒng)攤鋪施工方法進(jìn)行施工，單幅設(shè)計(jì)寬度為整體式15m，結(jié)構(gòu)層下面層設(shè)計(jì)壓實(shí)厚度為10cm。施工現(xiàn)場采用福格勒攤鋪雙機(jī)連鋪。

3.1瀝青面層攤鋪平整度分析

瀝青路面施工完成后通過檢測車對傳統(tǒng)攤鋪施工及3D攤鋪效果進(jìn)行檢測，分析瀝青路面平整度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

由表2可知，3D攤鋪段落平整度平均值均小于2.67m/km，合格率達(dá)到94%以上，與常規(guī)攤鋪施工段落的平整度相比合格率有較大幅度提高。經(jīng)過采用3D智能攤鋪技術(shù)，有效提高路面表面層平整度和行駛舒適性。

3.2壓實(shí)面橫坡度分析

《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1—2017）規(guī)定，橫坡允許偏差值為±0.3%。選取試驗(yàn)段200m，水準(zhǔn)儀測量一個(gè)橫斷面，間距為10m，對瀝青路面下面層壓實(shí)面橫坡度做如下分析。

圖3可見3D智能攤鋪系統(tǒng)攤鋪的壓實(shí)面橫坡波動比常規(guī)攤鋪壓實(shí)面橫坡波動小，且3D攤鋪橫坡度基本控制在1.95%～2.04%范圍內(nèi)，最大值2.039%與最小值1.951%之間相差為0.088%，在允許偏差范圍為之內(nèi)，而常規(guī)攤鋪橫坡度基本控制在1.92%～2.08%范圍內(nèi)，最大值2.075%與最小值1.925%之間相差0.15%，相較而言，3D攤鋪壓實(shí)面橫坡度控制優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法。

3.3瀝青面層攤鋪厚度分析

對隨機(jī)樣本點(diǎn)的實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)3D攤鋪技術(shù)實(shí)際攤鋪效果較好。同時(shí)為了進(jìn)一步計(jì)算實(shí)測高程值與設(shè)計(jì)高程值的偏差，進(jìn)行了厚度分析。

由表3和表4可知：采用3D攤鋪技術(shù)的路面實(shí)測厚度與設(shè)計(jì)厚度絕對偏差為0～6mm。高速公路熱拌瀝青混合料下面層厚度偏差宜控制在設(shè)計(jì)值的8%（設(shè)計(jì)厚度＞50mm）以內(nèi)，而傳統(tǒng)攤鋪方法攤鋪后的瀝青面層厚度偏差較大，路面實(shí)測厚度與設(shè)計(jì)厚度絕對偏差為3～9mm，明顯可以看出數(shù)據(jù)的離散性較大，表明3D攤鋪技術(shù)相比傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)能夠減少路面面層攤鋪厚度的偏差。

43D攤鋪工藝瀝青路面施工經(jīng)濟(jì)效益分析

針對采用傳統(tǒng)工藝和采用智能攤鋪控制系統(tǒng)在現(xiàn)場人、機(jī)、材料方面的投入情況進(jìn)行施工經(jīng)濟(jì)效益對比，對比情況如表5所示。

通過對表6進(jìn)行分析可以看出：采用3D攤鋪智能控制技術(shù)可以一定程度上減少人員及設(shè)備的投入、材料的不必要浪費(fèi)，同時(shí)系統(tǒng)施工不受光線影響，可以24小時(shí)全天候施工作業(yè)。現(xiàn)場技術(shù)人員只需具備測量的基本技能，按審核的計(jì)算結(jié)果輸入數(shù)據(jù)，儀器設(shè)備的架設(shè)和照單輸入數(shù)據(jù)的能力即可達(dá)到目的，大大降低勞動強(qiáng)度，并培養(yǎng)人才。采用3D技術(shù)進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，無需掛線和沒有桿線的影響，現(xiàn)場環(huán)境整潔有序，減少了大量輔助人工，運(yùn)輸車輛倒運(yùn)空間更大，提高了安全性及效率。高程控制精準(zhǔn)，控制了路面結(jié)構(gòu)層厚度，鋪設(shè)均勻且質(zhì)量穩(wěn)定，減少材料浪費(fèi)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，3D攤鋪施工能夠降低出現(xiàn)問題質(zhì)量的可能性，同時(shí)也可以減少施工方面的風(fēng)險(xiǎn)，能夠節(jié)約成本從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)論

（1）試驗(yàn)段實(shí)踐證明，使用3D攤鋪智能控制技術(shù)在攤鋪環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)無樁化施工，使得攤鋪?zhàn)鳂I(yè)更加智能化。

（2）在瀝青面層攤鋪平整度、厚度及坡度方面，3D攤鋪智能控制技術(shù)相較于使用傳統(tǒng)攤鋪方法后的路面整體攤鋪質(zhì)量有較大提升，其中平整度合格率達(dá)到90%以上，在厚度和橫坡度方面，3D攤鋪橫坡控制精度較高。

（3）對比傳統(tǒng)面層攤鋪方法和3D攤鋪智能控制技術(shù)工程效益和經(jīng)濟(jì)性可知，3D攤鋪智能控制技術(shù)不僅可以減少施工方面的風(fēng)險(xiǎn)，而且能夠節(jié)約人力成本從而降低了工程整體造價(jià)。

參考文獻(xiàn)

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