[分享]公路路面智能压实监控系统在云湛高速公路沥青路面施工中的应用

精

发表于2019-07-02 923人浏览 1人跟帖总热度:556

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标签：沥青路面施工改性沥青混凝土公路路面智能监控系统

摘要

压实作业是公路沥青路面施工过程中最重要的工序之一，沥青路面的充分压实对于保证其结构强度，避免路面发生早期损坏，提高路面使用性能具有重要意义。传统的沥青路面压实作业管理通常为事后管控，沥青路面压实质量难以控制，且施工完成后处理成本较高。为了解决这个问题，云湛高速公路在沥青路面施工过程中采用路面智能压实监控系统，将物联网的信息化管理理念引入路面施工，在压实作业中提供全过程实时监控，并及时反馈结果，实现了对路面压实过程的质量控制，为提高沥青路面压实质量提供了有力保障。

关键词

智能压实监控系统 | 沥青路面 | 压实 | 全过程监控

沥青路面压实对沥青路面耐久性的影响至关重要，若压实密度未达到压实度要求，沥青路面会因孔隙率大、透水性大，使得空气、雨水等的渗入加速混合料的老化，导致沥青路面出现松散、坑槽等病害;若沥青路面过压则既造成资源浪费和施工成本的增加，又致使沥青混合料中的集料破碎，面层结构遭到破坏，路面强度和稳定性降低［1-2］。鉴于此，必须要控制好路面的压实，但目前沥青路面压实质量管控存在4大难题:

1)压实工艺过程控制易受施工技术及管理人员的主观影响。2)质量评价指标准确性欠缺，抽样试验检测存在一定随机性。3)质量缺陷处理难度大，返工成本较高。4)质量监控效率低下，管理成本虚高。

为解决上述客观存在的普遍问题，云湛高速公路阳化段在沥青路面施工中应用路面智能压实监控系统，将现代传感器、卫星精确定位、物联网、移动通信等技术综合利用起来，构建了压实作业全过程中“人、机、场景”之间的无障碍连接，有效地实现了压实作业的过程控制，有力地保证了沥青路面的施工质量。

智能压实监控系统的研究主要得益于物联网的迅速发展，起初应用于国内的机场、铁路路基及大坝的建设。而在近2年，湖南、两广地区的公路路基路面施工项目中才有应用，但并不广泛［3］。智能压实监控系统是智能压实技术的升级，智能压实技术(依托于电子技术、传感器技术、计算机技术以及自动控制技术等)研究发展已有十几年，主要是以单个压实设备为载体，通过计算机仿真系统针对不同的压实材料建立模型进行分析得出所施工部位的压实情况，大多数为压实设备供应厂商所开发，其研究发展基础是20世纪80年代末开始研究的压实度在线检测技术［4-5］。

路面智能压实监控系统简介

路面智能压实监控系统组成

路面智能压实监控系统包括ＲTK基准站、机载采集站(安装在压实机设备上的振动传感器、温度传感器)、机载终端、现场数据中心、现场无线网络中心、远程数据中心、远程应用服务器、监控终端及配套应用管理软件等成套设备［6］。

路面智能压实监控系统工作原理

路面智能压实监控系统工作原理如图1所示。首先在各路面压实设备上安装机载数据采集站，施工过程中现场数据中心将各压实设备上的卫星定位数据采集后，通过现场网络中心提交各压实设备的行驶路径至远程数据中心进行数据处理，在配套软件将数据处理结果形成相应沥青路面压实报告后，通过服务器将压实报告传至监控终端，具体流程如图2所示。

路面智能压实监控系统工作性能

目前利用实时动态RTK(Ｒeal-timekinematic)载波相位差分技术进行坐标计算的技术已经非常成熟，能够在野外实时得到cm级定位精度，而利用振动传感器也能够精确获得压实设备的振动状态，具体参数见表1。

路面智能压实监控系统在云湛高速阳化段的应用

系统启用的准备工作

准备工作主要有施工准备、系统准备、卫星传输及网络串联准备。

1)施工准备

包括沥青路面施工下承层准备，人员、机械、设备准备，后场沥青混合料的生产、运输准备。

2)系统准备主要为安装系统硬件的准备，安装传感器、数据采集站、设置服务器等。

3)系统软件准备包括系统软件的开发测试、录入路段信息、沥青路面压实方案、相应管理人员信息及施工设备信息等基础资料。

4)卫星传输及网络串联准备确保压实路段位置、压实遍数的准确性以及数据传输的实时性。

系统的运行流程

准备就绪后，施工人员在系统中申请开始施工，监理在软件系统中同意即可开始施工。每台设备按压实次数在路段信息中标记不同颜色，压实设备上同样开启手机APP等终端设备，驾驶员可以实时了解施工路段范围内哪些位置已经完成压实，哪些部位压实遍数不足、存在漏压情况，碾压速度与振幅是否满足要求，实时进行驾驶调整、补充压实［7］。压实作业完成后，施工人员在系统中申请结束施工，业主、监理人员可立即通过系统软件查验施工路段范围内每台压实设备是否都按要求完成。系统会对路段标志不同颜色来显示路段各个位置的压实遍数，压实合格与否，如未完成，可要求施工单位对漏压部位及时进行补充压实;如若完成，即可同意结束本次施工。

系统应用

以云湛高速公路某次沥青路面施工为例，阐述系统应用情况，并通过检测获得的压实度、空隙率、渗水系数等参数，分析碾压遍数与压实质量的相关性，施工段落桩号为K122+180～K122+240，路段信息如下:

1)路面结构:4.5cmSBS改性沥青混凝土GAC－16C+5.5cmSBS改性沥青混凝土GAC－20C+7cm沥青混凝土GAC－25C+36cm水泥稳定级配碎石+18cm水泥稳定级配碎石+15cm级配碎石。

2)路面材料及施工配合比:粗集料采用玄武岩，细集料采用石灰岩生产的机制砂，油石比采用4.7%，混合料中掺入3%的矿粉，1%的水泥。SBS改性沥青技术指标和沥青混合料级配见表2、表3。

3)碾压方案:通过试验段的总结，具体的碾压施工工艺为:初压采用2台双钢轮压路机各半幅碾压2遍，1/3错轮，其中2台压路机之间搭接部分控制在50cm左右;复压采用2台胶轮压路机各半幅碾压4遍，1/3错轮;终压采用1台双钢轮压路机全幅静压1遍，直到轮迹消除，总碾压遍数为7遍。系统中以不同的颜色代表碾压遍数，颜色递进区分各遍碾压状态。碾压速度初压2km/h~3km/h，复压3km/h~5km/h，终压3km/h~6km/h。

4)实时压实结果分析:施工完成后，通过系统查看压实施工过程表、压实质量统计表等统计数据报表，发现路段压实合格率未达80%，初步判断为质量不合格路段。压实施工过程表如图3所示，压实质量统计表如图4所示。图3中，图例数字代表要碾压的遍数。

图3、图4的报表非常直观地提供了压实质量不合格路段桩号范围、施工时间、碾压速度、碾压遍数和合格率等详细施工参数，分析相关数据可以得出:

1)导致该路段压实合格率未达80%的原因主要是边部碾压不到位，碾压遍数未达到试验段7遍的标准。

2)通过对边部部位取芯验证、检测压实度、渗水系数等相关技术指标发现，少量检测点技术指标未达到设计要求。考虑边部行车频率较低，对路面使用功能影响不大，经专家审查，采取洒布改性乳化沥青的方式，对路面进行封水、补压，直至检测所得的技术指标达到设计要求。

碾压遍数与路面指标相关性分析:本次选取不同压实遍数的区域进行现场检测，获得压实度和渗水系数，抽取芯样测空隙率等指标，路面压实的关键参数—碾压遍数分别与压实度、空隙率和渗水系数之间的关系如图5～图7所示。

从图5～图7可以看出:

1)压实遍数对压实度、孔隙率和渗水系数的影响较大，随着碾压遍数的增多，沥青混合料逐渐由松散状态达到密实状态，压实度增加，空隙率和渗水系数减小。碾压过程中应保证达到试验段规定的压实遍数，确保沥青面层各项检测指标合格。

2)在复压末期和终压阶段，随着碾压遍数的增加，压实度增加不大，而空隙率下降较快，尤其是渗水系数变化特别明显。由于渗水为交工验收的关键指标，施工过程中应尽量避免欠压，以免沥青路面空隙率过大，导致渗水指标不合格而返工。

3)空隙率和渗水系数较大的区域，基本上位于施工时容易忽视的边部区域，该区域未达到试验段总结要求的碾压遍数，处于欠压状态，导致空隙率和渗水系数较大。所以，施工过程中应对边部不易压实的区域加强控制，建议采用小型压路机对边界区域进行补压，确保压实效果。

智能压实监控系统能实时监控各区域压实遍数，为了在施工过程中加强质量管控，要求包括业主、监理、施工等各路面合同段参建单位相关管理人员安装相应的手机APP，可实时查看现场沥青面层碾压质量，进行实时过程质量管控，确保沥青面层施工质量。

应用路面智能压实监控系统的管理成效

路面智能压实监控系统的应用真正起到了提质增效，颠覆了传统路面压实质量管理模式。

业主对项目的管理

智能压实监控系统的应用，将项目业主的管理工作不仅从事后管控提升到全过程管控，还从原来的施工后取点抽样检测变革到全覆盖实时监控，路面质量管控更为过程化、精细化;同时实现远程信息化管理，通过手机移动终端实时掌握沥青路面压实作业现场动态信息，及时获得压实质量等相关报表，据此建立路面压实质量问题追溯机制，为路面后期维护提供施工碾压大数据平台，为沥青路面科学研究提供数据支撑。

监理对项目的管理

通过本系统可实时掌握压实作业现场动态信息，及时获得压实质量结果，极大地提高了监理人员的管理效率。系统可对施工人员、设备、现场进行全面、无间隙远程监控，发现质量问题监理可及时发布工作指令，有效预防沥青路面漏压或过压，对施工路段压实信息存在疑问的部位及时安排定点采样检测，对压实质量做到心中有数，极大地降低了材料、人力、设备及时间的管理成本［8］。

施工单位对项目的管理

本系统可作为标准化、精细化施工管理的新手段，可对现场施工人员、设备和施工现场实现全面、无间隙管理。施工过程中，可实时引导多台压路机协同碾压作业，通过实时监控与定点动态采样检测，避免超压和漏压，实时控制质量检测合格率，提高压实质量验收合格率，缩短施工周期，降低能耗;另外，碾压过程的实时连续管控，保证了施工质量的一致性，降低了对机手技术水平的要求;夜间施工时可进行实时过程管控，有效消除了机手疲劳对施工质量的影响;极大方便了施工单位对其下属施工班组路面碾压质量的动态管控，减少返工损失，节省施工成本［9］。

路面智能压实监控系统存在问题及改进措施

云湛高速阳化段在路面智能压实监控系统的应用过程中也出现了一些不足之处，有待进一步研究:

1)目前该系统主要通过压实设备的行驶速度和行驶轨迹、压实振动，现场混合料温度变化等来反馈整个路段的压实情况。该系统下一步随着推广应用，不断总结更新路面智能压实技术以及将沥青混合料等影响压实质量的变量纳入综合考虑，使实时反馈的路面压实质量更为精确;可进一步将机群协同化施工理念融入，开发相应的智能控制软件，随着无人驾驶技术的进一步发展，未来路面压实作业将采用全后台控制的压实设备的无人现场操作施工［10］。

2)系统目前无法实现压实监控的自动化控制，关键在于压实设备与被压实材料之间的作用关系研究非常少，就算单一被压实材料的压实度与特定压实设备的频率、振幅、行驶速度等参数之间的匹配，都尚未有定量研究，如被压实材料温度变化时，压实设备应如何调整振幅、振频、行驶速度等才能得到最佳压实效果，所以现在还无法实现压实设备根据工况变化自动调节参数［11~12］。

3)由于该系统尚未全面推广，一线施工作业前必须培训到位，避免人员操作失误;同时有待在应用中不断完善，提高该系统的普适性和精确性。

4)对于偏远山区，卫星定位系统或者是现场网络中心可能会在局部路段出现信号不稳定的现象，建议提升服务联网卫星质量，必要时需在山区或信号薄弱地区增加信号服务基站。

结束语

信息化作为公路工程项目建设的重要发展方向，物联网技术的逐渐发展成熟为丰富公路建设管理手段，提高公路建设的信息化管理水平提供了很好的时机。云湛高速公路阳化段路面智能压实监控系统的应用就是一次成功的尝试，不仅提升了沥青路面施工质量，解决了路面压实作业全过程、全面监控的难题，保证了对沥青路面压实作业工序施工过程质量管控，而且对于降低各参建方管理成本也有积极的意义，它将是未来公路工程建设信息化管理的重要组成部分，并发挥越来越重要的作用。

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