路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應用研究

陳少全 楊小森 王永吉

(1甘肅路橋公路投資有限公司;2甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應用研究

陳少全1楊小森2王永吉2

(1甘肅路橋公路投資有限公司;2甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

本文依托臨洮至渭源高速公路建設項目，采用路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對瀝青路面現(xiàn)場施工的質量進行實時監(jiān)控，將傳統(tǒng)施工質量控制采用的“事后控制”模式轉變?yōu)椤斑^程中控制”及“提前預警”，把采集的質量數(shù)據(jù)及時展現(xiàn)給項目管理者及技術人員，極大提高了路面的施工質量及管理水平。研究結果表明：通過對熱拌瀝青混合料的碾壓溫度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度等指標進行全面監(jiān)控，對出現(xiàn)的不合格信息及時預警，實現(xiàn)了在線質量過程控制及提前預警，能夠達到實時監(jiān)測的目的，保證路面施工質量。

路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)；過程中控制；提前預警；施工質量

1 引言

在我國高等級公路的建設中，“過程控制”及“提前預警”對瀝青混凝土路面的施工質量和路用性能具有重要作用。傳統(tǒng)施工質量控制方法一般采用“事后控制”的模式，只能對完工后的瀝青路面性能進行檢測，這使得施工檢測數(shù)據(jù)反饋時間較長，建設單位無法及時掌握施工質量情況。當發(fā)現(xiàn)質量問題時，只能對己完工的部分進行鏟除重鋪，既影響路面質量，又耽誤工期，造成國家資源浪費嚴重[1-2]。針對路面施工過程質量控制中存在的薄弱環(huán)節(jié)，通過引用信息化遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行施工過程質量信息的實時采集、傳輸、動態(tài)分析與判定，可實現(xiàn)瀝青路面施工過程質量的全面控制[3-4]。

在國內外關于路面施工質量監(jiān)控應用于瀝青路面得到了很大的關注，在歐盟Brite-EuRam III計劃的支撐下完成“計算機集成道路建設計劃”相關研究，采取GPS（RTK模式）的定位功能，準確定位了壓路機和攤鋪機位置，并對施工準備、進行、及完成全過程進行了控制和管理[5]。國外眾多組織和機構如美國聯(lián)邦公路局（FHWA）、美國國家瀝青研究中心（NCAT）、美國各州公路與運輸官員協(xié)會（AASHTO）、美國運輸研究委員會（TI）等都對瀝青路面質量過程控制體系和方法的研究方面做過一定探索和嘗試[6-7]。國內近年來也做了較多瀝青路面施工質量過程控制的相關科學研究與應用工作，林通采用3G技術對路面質量進行遠程監(jiān)控，建立了施工各環(huán)節(jié)監(jiān)控基本框架[8]。

本文依托臨洮至渭源高速公路建設項目，采用路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對瀝青路面現(xiàn)場施工的質量進行實時監(jiān)控，對熱拌瀝青混合料攤鋪和碾壓進行監(jiān)測，并嚴格控制混合料的碾壓溫度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度等指標，全面提高公路路面的施工質量，加強施工的過程控制。

2 路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

圖1 路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)流程圖

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)原理

路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是通過采用GPS差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)和溫度傳感器等對壓路機在碾壓過程中的各項數(shù)據(jù)信息進行采集和上傳，并將采集到的數(shù)據(jù)結果與項目設定的碾壓信息進行比較，從而確定合格與否。通過使用傳感、移動通訊和互聯(lián)網(wǎng)技術，將數(shù)據(jù)上傳至服務器，在服務器上通過編制軟件將采集到的相關數(shù)據(jù)信息進行分析和計算，得到碾壓溫度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度的分析數(shù)據(jù)，將分析結果以實時圖像的方式呈現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)界面。

在施工過程中以GPS定位模塊獲得經(jīng)緯度坐標，并以攤鋪機為一個小型的數(shù)據(jù)中轉站，對攤鋪機和壓路機的同步數(shù)據(jù)進行實時接收和傳輸。壓路機的采集信息主要有碾壓速度、碾壓溫度和碾壓遍數(shù)，各個采集指標的合格與否均是以顏色的不同來區(qū)分，一般綠色為合格，紅色為不合格，這樣就比較快速的判斷出施工質量的優(yōu)劣，方便項目管理者及相關技術人員的查閱。

2.2 關鍵參數(shù)選取

瀝青混合料的攤鋪和壓實是獲得高質量、高路用性能瀝青路面的關鍵工序，必須重視混合料的攤鋪和壓實工作?，F(xiàn)場能否達到要求的高壓實度主要取決于兩在因素，一個是碾壓時混合料溫度；一個是壓路機功率和數(shù)量。瀝青混合料的溫度可以通過一定的技術手段獲得從而上傳到監(jiān)控系統(tǒng)中。壓路機的功率和數(shù)量需要通過試驗段來獲得，壓實功通過各個壓路機的碾壓遍數(shù)和碾壓速度來保證，這樣就可以通過控制碾壓遍數(shù)和碾壓速度確保面層施工的質量[9]。

因此，路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采集的關鍵參數(shù)有碾壓溫度、碾壓遍數(shù)和碾壓速度等。

3 施工質量數(shù)據(jù)分析

3.1 混合料碾壓溫度分析

根據(jù)對建設項目各標段現(xiàn)場碾壓溫度的采集，以三種類型混合料的碾壓溫度進行數(shù)據(jù)分析，路面一標抽取下面層ATB-25、路面二標為SUP-20、路面三標為SUP-13的數(shù)據(jù)。隨機抽取18組碾壓溫度數(shù)據(jù)進行比較，每一組數(shù)據(jù)均代表當天碾壓過程的平均值，如下所示。

圖2 路面各標不同層級碾壓溫度變化圖

路面各標段不同層級的瀝青混合料碾壓溫度的所有樣本點都分布相對均勻，基本上都控制在一個較好的范圍內，各標段不同層級的碾壓溫度均值分別為143.09℃、164.01℃和163.37℃，符合規(guī)范要求。路面各標段不同層級瀝青混合料的碾壓溫度均處于項目控制范圍內，表明各標段在碾壓過程中沒有出現(xiàn)溫度不合格的現(xiàn)象，施工過程控制較好。

3.2 混合料碾壓遍數(shù)分析

本項目上確定的碾壓組合為1臺雙鋼輪初壓2遍，2臺膠輪復壓4遍，1臺雙鋼輪終壓2遍的碾壓工藝。對三種類型的混合料的碾壓遍數(shù)的合格率進行數(shù)據(jù)分析，路面一標抽取下面層ATB-25、路面二標為SUP-20、路面三標為SUP-13的數(shù)據(jù)。隨機抽取18組碾壓遍數(shù)數(shù)據(jù)合格率進行比較，每一組數(shù)據(jù)均代表當天某一段壓實遍數(shù)合格率的平均值，如下所示。

表2 路面各標段碾壓遍數(shù)合格率部分監(jiān)控結果值匯列

圖3 路面各標段不同層級碾壓遍數(shù)合格率變化圖

在瀝青混合料的碾壓過程中，當碾壓溫度和碾壓速度一定時，碾壓遍數(shù)決定著瀝青混合料施工過程中的壓實效果。根據(jù)采集的碾壓遍數(shù)變化圖可以動態(tài)反映出瀝青混合料碾壓遍數(shù)的大體情況。路面各標段不同類型混合料碾壓遍數(shù)合格率的所有樣本點分布較為均勻，波動幅度小，變異性小，合格率基本上都控制在98%以上。

通過各標段不同層級的碾壓圖例可以看出碾壓稍有欠缺的部分是路面的邊緣處以及兩臺壓路機中間的個別接縫處，符合現(xiàn)場碾壓的實際狀況。在施工過程中登錄系統(tǒng)端口實時查看現(xiàn)場的碾壓情況，對于碾壓不到位或漏壓的部位進行及時補壓，迅速調整，保證施工質量。

圖4 路面各標段不同層級碾壓速度變化圖

3.3 混合料碾壓速度分析

在本項目上，所采取的最大碾壓速度不超過2.5km/h。對三種類型的混合料的碾壓速度進行數(shù)據(jù)分析，路面一標抽取下面層ATB-25、路面二標為SUP-20、路面三標為SUP-13的數(shù)據(jù)。隨機抽取18組碾壓速度數(shù)據(jù)進行比較，每一組數(shù)據(jù)均代表當天碾壓過程的平均值，如下所示。

碾壓速度影響振動輪對單位面積內瀝青混合料的壓實時間，碾壓速度過高時，單位面積內的振動次數(shù)少，不可能達到較高的壓實度，還會影響被碾壓路面的平整度。當碾壓溫度和碾壓遍數(shù)一定時，碾壓速度影響著瀝青混合料施工過程中的壓實效果。路面各標段不同類型混合料碾壓速度的所有樣本點分布相對均勻，平均速度大都控制在1.7km/h左右。

3.4 預警信息設置

系統(tǒng)預警是當路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)所采集到的各項數(shù)據(jù)信息與施工過程中設定的數(shù)據(jù)范圍不相符合時所發(fā)送的預警信息，預警信息會及時以短信的形式發(fā)送到項目管理者及技術人員。管理人員根據(jù)采集到的不同信息分類進行相關查詢，按照預警信息發(fā)送的頻率進行統(tǒng)計，分析預警信息的具體原因，減少施工過程中出現(xiàn)的欠壓、少壓、溫度過低等現(xiàn)象，查找原因，使問題能夠快速解決。

表3 路面各標段碾壓速度部分監(jiān)控結果值匯列

4 結 語

（1）瀝青混合料的碾壓溫度均處于項目控制范圍內，碾壓溫度均值分別為143.09℃、164.01℃和163.37℃，各標段在碾壓過程中沒有出現(xiàn)溫度不合格的現(xiàn)象，施工過程控制較好。

（2）瀝青混合料碾壓遍數(shù)合格率的所有樣本點分布較為均勻，波動幅度小，變異性小，合格率控制在98%以上。碾壓稍有欠缺的部分是路面的邊緣處以及兩臺壓路機中間的個別接縫處，符合現(xiàn)場碾壓的實際狀況。

（3）瀝青混合料碾壓速度的所有樣本點分布相對均勻，平均速度大都控制在1.7km/h左右。

通過對路面壓實質量動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進行分析，得到相關路段混合料的施工情況，全面評價了現(xiàn)場施工質量，將需要檢測的質量數(shù)據(jù)及時的展現(xiàn)給項目管理者及技術人員，極大程度的節(jié)省人力物力成本和時間成本，將工程中的“事后管理”變?yōu)椤斑^程中控制”及“提前預警”，極大提高了路面的施工質量及管理水平。

[1]強茂山，楊亮，鄧煥彬. 高速公路建設項目集成化管理評價體系[J]. 清華大學學報，自然科學版，2010,50（9）：1369-1373.

[2]胡元鑫，劉新榮，李曉紅. 基于監(jiān)控量測的山嶺隧道工程風險管理分析[J]. 巖土工程學報，2010,32（7）：1135-1140.

[3]王源，劉松玉，高磊. 高速公路路基工程施工與養(yǎng)護決策支持系統(tǒng)[J]. 合肥工業(yè)大學學報:自然科學版，2009,32（10）:1612-1615.

[4]張肖寧. 瀝青混凝土路面施工的全面質量管理[J].公路,2005（2):56-60.

[5]J. L. Burati，C. S. Hughes.Highway Materials Engineering Module I:Materials Control and Acceptance-Quality Assurance, National Highway Institute Course No.13123. Federal Highway Administration，Washington，DC，2001.

[6]State Construction Quality Assurance Programs State Construction Quality，Assurance Programs NCHRP Synthesis 346. Transportation Research Board，Washington，DC，2005.

[7]Wu Junxia，Romero P. Analysis of Multivariate Models to Evaluate Segregation in Hot-Mix Asphalt Pavements[J]. Transportation Research Record，TRB，National Research Council，Washington D.C.，2004.

[8]林通，焦生杰，葉敏. 高速公路瀝青路面遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 長安大學學報，2015，35（1）：26-32.

[9]郭大進，沙愛民，孫建華等. 瀝青路面工程質量控制指標體系的研究[J]. 公路交通科技，2007，24（4）：71-74.

Research on application of dynamic monitoring system for pavement compaction quality

Based on the construction project of Lintao to Weiyuan expressway, the quality of on-site construction of asphalt pavement is monitored in real time by using dynamic monitoring system for pavement compaction quality, and the “post-event control” model adopted by traditional construction quality control is transformed into “process control” and “early warning”,the quality of the data collected in time to show the project manager and technical staff, greatly improving the road construction quality and management level.The results show that the on - line quality process control and early warning can be realized by monitoring the rolling temperature, rolling times and rolling speed of the hot mix asphalt mixture, and timely monitoring the unqualified information.To achieve the purpose of real-time monitoring to ensure the quality of road construction.

dynamic monitoring system for pavement compaction quality；process control；early warning；construction quality

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1003-8965(2017)05-0062-04