路基智能碾壓監(jiān)則系統(tǒng)在廣西丘陵地貌高速公路建設(shè)中的運(yùn)用研究

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.

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［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。