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(diǎn)，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(gè)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(jí)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(jí)高程基準(zhǔn)，并具有自動(dòng)對點(diǎn)和自動(dòng)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(shí)時(shí)反算出熨平板底部的平面位置與高程，通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對熨平板的毫米級(jí)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(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出實(shí)時(shí)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(shí)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(jì)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(shí)時(shí)動(dòng)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(dòng)站。流動(dòng)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(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)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(jì)算機(jī)根據(jù)GNSS RTK獲取的精度達(dá)1～2cm的定位值，計(jì)算出攤鋪機(jī)控制點(diǎn)所處的位置，并獲取此位置的設(shè)計(jì)高程，然后通過Topcon激光技術(shù)計(jì)算熨平板攤鋪的實(shí)際高程（精度在2～3mm），將高程差轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，發(fā)送給攤鋪機(jī)找平電磁閥，電磁閥根據(jù)信號(hào)控制油缸的提升和下降，改變熨平板攤鋪角度，實(shí)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(jì)高程示例圖

圖5 計(jì)算實(shí)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(jì)速度120km／h，汽車荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)。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(jí)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(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了自動(dòng)變坡度施工；

（2）實(shí)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(shí)用性及可推廣性；

（3）實(shí)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(dòng)相對較大，但在規(guī)范限值以內(nèi)。