劉戈 朱勇銘 陳善強(qiáng)
摘要:文章分析認(rèn)為,廣西丘陵地貌山體連綿,路基填挖交接較多,路基壓實(shí)穩(wěn)固是關(guān)鍵控制點(diǎn)。在路基的壓實(shí)監(jiān)控中,采用安裝于壓路機(jī)上的北斗定位系統(tǒng)及其延伸開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)路基碾壓的遍數(shù)、區(qū)域、厚度三大指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),進(jìn)而提高對(duì)路基碾壓過程中的施工控制,提高路基施工整體質(zhì)量,是公路施工技術(shù)與新興技術(shù)融合的一種探索,可為實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)積累經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞:丘陵地貌山區(qū);高速公路;路基碾壓;智能監(jiān)測(cè)
中圖分類號(hào):U415.12A080263
0引言
路基是公路建設(shè)的重要組成部分,路基壓實(shí)是保證路基施工質(zhì)量的重要控制點(diǎn),而路基壓實(shí)的層厚、壓實(shí)區(qū)域、壓實(shí)遍數(shù)是在施工監(jiān)控中容易缺失的三個(gè)指標(biāo)[1]。在廣西丘陵地貌的路基壓實(shí)中填挖交接較多,壓實(shí)不穩(wěn)固容易導(dǎo)致路基下沉,因此探索將數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與碾壓技術(shù)相結(jié)合,對(duì)于強(qiáng)化碾壓控制、提高路基施工質(zhì)量有一定的作用和意義。
1廣西丘陵地貌施工的特點(diǎn)
廣西多丘陵地貌,山丘連綿起伏,山頂多呈渾圓狀或者脈狀延綿分布,丘體比較飽滿,與沖溝相間分布。地面標(biāo)高在90~370 m,自然斜坡坡角一般為15°~40°,地表橫坡較緩。
該地貌下的高速公路路基施工縱斷面為下短上長(zhǎng),橫斷面為下寬上窄,路基存在前、后、左、右多種形式組合的搭接部。因地形原因,在填筑壓實(shí)過程中壓實(shí)設(shè)備未能如平坦路段發(fā)揮壓實(shí)效率,特別是多臺(tái)壓路機(jī)配合碾壓時(shí)在路基壓實(shí)中會(huì)出現(xiàn)漏壓、碾壓遍數(shù)不夠、碾壓層厚不均勻等現(xiàn)象,碾壓不密實(shí)則路基容易出現(xiàn)滑坡、下沉等病害,因此在土體試驗(yàn)確定可用的條件下路基填筑的壓實(shí)度是控制的關(guān)鍵[2]。
2路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
2.1路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成
在廣西丘陵地貌高速公路路基施工使用的智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院研發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分,硬件為安裝于壓路機(jī)上的北斗定位天線、振動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、智能顯示終端(見圖1)及安裝于固定位置的信號(hào)端傳輸器(北斗地基增強(qiáng)基準(zhǔn)站)組成;軟件為以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)搭建的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),該軟件系統(tǒng)由北斗高精度控制系統(tǒng)、云數(shù)據(jù)處理中心、移動(dòng)終端接收器(手機(jī)、網(wǎng)站)組成。
2.2路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用原理
通過安裝于壓路機(jī)上的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,在壓實(shí)過程中實(shí)時(shí)記錄碾壓行走的區(qū)域、區(qū)域內(nèi)行走的遍數(shù)、碾壓層厚高度的數(shù)據(jù),再通過安裝于壓路機(jī)的信號(hào)傳輸設(shè)備傳輸至云計(jì)算中心,在云計(jì)算中心中與路基填筑、碾壓的試驗(yàn)路、設(shè)計(jì)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)價(jià),形成圖文信息傳輸至接收終端(手機(jī)、網(wǎng)頁),管理人員即可實(shí)時(shí)通過數(shù)據(jù)判斷監(jiān)控碾壓質(zhì)量。當(dāng)壓路機(jī)收集的數(shù)據(jù)與云計(jì)算中心數(shù)據(jù)對(duì)比超出規(guī)定的數(shù)值時(shí),云計(jì)算中心會(huì)發(fā)送預(yù)警信息到接收終端(手機(jī)、網(wǎng)頁、壓路機(jī)車載顯示器),壓路機(jī)手及現(xiàn)場(chǎng)管理人員可立即進(jìn)行碾壓操作的糾正。
2.3路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用
2.3.1施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用
該套設(shè)備運(yùn)用于丘陵地貌占比75%的沙井至吳圩高速公路路基施工中,使用該套設(shè)備前需完成項(xiàng)目大多數(shù)測(cè)點(diǎn)的土體試驗(yàn)及碾壓試驗(yàn)段的施工,完成原始數(shù)據(jù)的采集并匯總上傳。
完成壓路機(jī)的監(jiān)控設(shè)備安裝后,壓路機(jī)按照常規(guī)路基填筑碾壓施工工藝進(jìn)行作業(yè),在操作過程中可根據(jù)機(jī)內(nèi)顯示屏顏色對(duì)漏壓區(qū)域及遍數(shù)不足區(qū)域進(jìn)行碾壓。現(xiàn)場(chǎng)管理人員可通過電腦顯示器或手機(jī)對(duì)碾壓進(jìn)行監(jiān)控。壓實(shí)層厚超過要求時(shí),系統(tǒng)會(huì)通過短信息發(fā)送到管理人員手機(jī)進(jìn)行提醒。
2.3.2軟件運(yùn)用信息反饋
該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用前需將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、路基試驗(yàn)段數(shù)據(jù)形成體系錄入系統(tǒng)。壓路機(jī)碾壓信息傳輸?shù)皆浦行暮?,?jīng)過數(shù)據(jù)匯總分析,輸出形成直觀的碾壓效果反饋。
通過設(shè)計(jì)分層與北斗精確定位確定具體路段的碾壓層號(hào)和碾壓區(qū)域,如1 m厚填土碾壓可按照常規(guī)分為20 cm一層,共5個(gè)碾壓層;根據(jù)各碾壓層的樁號(hào)確定碾壓長(zhǎng)度及碾壓區(qū)域。碾壓遍數(shù)則通過試驗(yàn)路段碾壓數(shù)據(jù)、壓路機(jī)重量確定為7遍,每一碾壓層的碾壓遍數(shù)通過不同層次的顏色進(jìn)行反饋,同步即可查看碾壓區(qū)域內(nèi)是否存在漏壓(見圖2)。
碾壓厚度則通過北斗精準(zhǔn)定位系統(tǒng)確定壓路機(jī)碾壓前后的高程位置及高程差,通過云計(jì)算分析確定碾壓后的壓實(shí)厚度,通過顏色反饋壓實(shí)層厚是否符合相關(guān)要求(見圖3)。
系統(tǒng)分析現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),對(duì)比規(guī)定要求,當(dāng)三個(gè)指標(biāo)其中之一出現(xiàn)超范圍時(shí)會(huì)通過信息反饋系統(tǒng)進(jìn)行初步分析,管理人員通過監(jiān)控信息判斷碾壓效果,及時(shí)糾正錯(cuò)誤作業(yè)(見圖4)。
3路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在丘陵地貌的適用性問題及解決措施
路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在路基碾壓監(jiān)控中有積極的作用:能有效控制整體壓實(shí)效果,在碾壓全過程中起到監(jiān)測(cè)、反饋、預(yù)警的作用,控制實(shí)施過程中的薄弱環(huán)節(jié)。但在運(yùn)用過程中,路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在碾壓區(qū)域無信號(hào)導(dǎo)致出現(xiàn)信息傳輸不及時(shí)、碾壓監(jiān)控的土體土質(zhì)變化、碾壓層寬變化等系統(tǒng)與施工現(xiàn)場(chǎng)不適用的問題。
3.1前期數(shù)據(jù)工作量大
采用路基智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前提條件是對(duì)前期數(shù)據(jù)的整理和輸入,讓設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)路數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形數(shù)據(jù)能通過編輯形成有效的數(shù)據(jù)系統(tǒng),該工作量較大,數(shù)據(jù)越完整,系統(tǒng)過程監(jiān)測(cè)才越有效。解決建議措施:設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)精準(zhǔn),適用于已完成二階段設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的項(xiàng)目;組建專門技術(shù)團(tuán)隊(duì)完成前期數(shù)據(jù)收集整理。
3.2丘陵地區(qū)土體變化的適用性
路基智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的前期數(shù)據(jù)之一是試驗(yàn)路段的土體數(shù)據(jù),土顆粒、土的最佳含水率、土體材料等數(shù)值并非固定的,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單一地采用一個(gè)指標(biāo)監(jiān)測(cè)會(huì)出現(xiàn)不契合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況[3]。解決建議措施:采集土體樣板試驗(yàn)數(shù)據(jù)越多,離散性的數(shù)據(jù)形成的回歸曲線越趨于真實(shí)曲線,盡可能根據(jù)土方調(diào)配設(shè)計(jì)對(duì)施工路段的土體樣板進(jìn)行取樣,通過采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)的線性分析確定的碾壓數(shù)據(jù)更為適用。
3.3丘陵地區(qū)信號(hào)傳輸影響的適用性
丘陵山底存在通信信號(hào)死角,導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因無信號(hào)不能及時(shí)進(jìn)行傳輸和反饋碾壓情況,進(jìn)而影響碾壓的質(zhì)量控制。解決建議措施:增設(shè)可移動(dòng)的便捷小型信號(hào)傳輸裝置,市場(chǎng)上已有該類產(chǎn)品,可增強(qiáng)傳輸?shù)男盘?hào),解決信號(hào)死角。
3.4丘陵地形變化較大的適用性
丘陵地區(qū)的高速公路路基縱斷面下短上長(zhǎng)、橫斷面下寬上窄,每一碾壓層都存在變化,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)碾壓的監(jiān)測(cè)匹配不上就會(huì)出現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)錯(cuò)誤,無法精準(zhǔn)監(jiān)控;丘陵坡度搭接部需要開挖臺(tái)階時(shí),若碾壓層數(shù)據(jù)變化,搭接部容易出現(xiàn)漏監(jiān)控;丘陵地區(qū)填筑層厚的設(shè)計(jì)分層與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工不匹配,導(dǎo)致監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)無法和現(xiàn)場(chǎng)匹配。解決建議措施:臺(tái)階搭接部采用人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控;設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)核,增加搭接臺(tái)階寬度數(shù)據(jù);每一碾壓層計(jì)算采用BIM技術(shù)可形成立體三維效果,計(jì)算更精準(zhǔn)。
3.5碾壓設(shè)備的穩(wěn)定性影響
碾壓監(jiān)控的關(guān)鍵之一就是碾壓設(shè)備的穩(wěn)定性和固定性。碾壓試驗(yàn)路完成數(shù)據(jù)收集后,碾壓設(shè)備的型號(hào)及振動(dòng)擊實(shí)力便可確定并上傳作為參考依據(jù),但大規(guī)模采用同型號(hào)設(shè)備比較困難;在施工中出現(xiàn)設(shè)備損壞時(shí),為保證連續(xù)施工需更換設(shè)備,但設(shè)備的更換會(huì)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生影響。解決建議措施:對(duì)進(jìn)場(chǎng)的壓路機(jī)做出完好率80%以上的要求;更換壓路機(jī)設(shè)備時(shí),品牌可以不一樣,但擊實(shí)功率應(yīng)盡可能接近。
3.6碾壓的連續(xù)性影響
在碾壓過程中因雨水、大霧、缺油等因素影響中斷連續(xù)碾壓情況下,后期再重復(fù)碾壓,土體的含水率發(fā)生了變化,而監(jiān)控系統(tǒng)反映不出,導(dǎo)致實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工不符合,按照監(jiān)控系統(tǒng)操作會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤[4]。解決建議措施:及時(shí)連續(xù)完成作業(yè)段施工;針對(duì)突發(fā)因素影響不能連續(xù)碾壓,只能在該層中斷使用,采用人工重新測(cè)量土體含水率后,按照技術(shù)指導(dǎo)進(jìn)行碾壓。
4結(jié)語
廣西丘陵地貌路基填筑施工采用智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過對(duì)壓路機(jī)的碾壓區(qū)域、碾壓層厚、碾壓遍數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,減少壓實(shí)設(shè)備漏壓、壓實(shí)操作不符合規(guī)定要求等操作通病,對(duì)提高路基的壓實(shí)質(zhì)量有積極的作用。但也存在因無信號(hào)傳輸信息不及時(shí)、壓路機(jī)監(jiān)控適用性等問題,通過信號(hào)增強(qiáng)器、人工介入、大數(shù)據(jù)收集整理等改進(jìn)措施,可以更契合施工環(huán)境,發(fā)揮出智能碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的長(zhǎng)處,彌補(bǔ)人為僅憑感覺和經(jīng)驗(yàn)的控制短板,提高路基碾壓作業(yè)質(zhì)量和工作效率。
參考文獻(xiàn)
[1]張選鋒.路基智能壓實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)探討[J].山西建筑,2012(8):171-173.
[2]趙秀璞.路基智能壓實(shí)控制技術(shù)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2016.
[3]郝彥龍.丘陵地區(qū)高速公路路基設(shè)計(jì)及關(guān)鍵施工技術(shù)[J].交通世界,2011(3):127-128.
[4]范小彬,馬偉,杜發(fā)榮,等.連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)及壓實(shí)度計(jì)在振動(dòng)壓路機(jī)上的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2003(5):39-41.
作者簡(jiǎn)介:劉戈(1987—),高級(jí)工程師,研究方向:項(xiàng)目施工管理。