自動(dòng)分層算法在農(nóng)村公路縣道工程路基碾壓施工中的應(yīng)用

仇繼躍

摘 要：為減少農(nóng)村公路縣道工程路基碾壓施工的人工誤差，提高碾壓精度，本文研究建立了自動(dòng)分層算法，在GPS定位和路基層位自動(dòng)辨識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)距離加權(quán)差值計(jì)算控制點(diǎn)高程，自動(dòng)判別是否滿足設(shè)計(jì)要求，并提出邏輯算法，建立完整的自動(dòng)分層碾壓流程。通過(guò)實(shí)例工程分析可知，實(shí)例工程的165個(gè)斷面，碾壓遍數(shù)、各碾壓層厚度、碾壓層總厚度全部達(dá)標(biāo)，碾壓效果十分良好。

關(guān)鍵詞：分層算法;農(nóng)村公路;縣道工程路基碾壓;網(wǎng)格矩陣;碾壓層厚度

0 前言

傳統(tǒng)的農(nóng)村公路縣道工程路基施工碾壓主要將施工場(chǎng)地按條形分區(qū)，并由施工人員手動(dòng)記錄、控制各層碾壓厚度，分區(qū)逐個(gè)施工。此施工方法容易因?yàn)楦黝愬e(cuò)誤（包括施工人員記錄錯(cuò)誤、施工機(jī)械分配與碾壓分區(qū)分層不對(duì)應(yīng)、測(cè)量誤差等）導(dǎo)致路基碾壓實(shí)效與設(shè)計(jì)值相差較大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前路基碾壓施工返工率高達(dá)7.35%，浪費(fèi)大量人力物力，并嚴(yán)重影響工期。不少專家學(xué)者已針對(duì)這一情況，提出通過(guò)信息化控制手段減小施工誤差，提高施工效率、提升建設(shè)實(shí)效。

縣道公路作為農(nóng)村公路的主骨架，技術(shù)等級(jí)一般為三級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)，施工要求高。為進(jìn)一步響應(yīng)中共中央、國(guó)務(wù)院號(hào)召和交通運(yùn)輸部及我省有關(guān)部署，服務(wù)新發(fā)展階段優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)農(nóng)村、全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略要求，本文將進(jìn)一步探索，借助定位系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)編程，對(duì)建立控制農(nóng)村公路縣道工路基工程自動(dòng)分層碾壓施工的算法系統(tǒng)進(jìn)行研究探討。

1 分層碾壓施工控制算法研究

分層碾壓施工控制算法通過(guò)以下步驟：

（1）碾壓設(shè)計(jì)。根據(jù)施工要求對(duì)具體路基工程碾壓進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括碾壓分層、各碾壓層層厚，各層碾壓分區(qū)等具體參數(shù)。

（2）碾壓區(qū)域網(wǎng)格劃分。對(duì)各層碾壓面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確定網(wǎng)格間距，形成網(wǎng)格矩陣，并對(duì)每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)（圖1）。

（3）碾壓參數(shù)賦值：

①碾壓遍數(shù)賦值。根據(jù)碾壓設(shè)計(jì)，確認(rèn)每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的碾壓遍數(shù)需求，即點(diǎn)的設(shè)計(jì)碾壓遍數(shù)記為，實(shí)際碾壓遍數(shù)記為。

②碾壓厚度賦值。根據(jù)碾壓設(shè)計(jì)，對(duì)碾壓層設(shè)計(jì)厚度記為。

③碾壓層位賦值。設(shè)碾壓工具所在的層位記為，目標(biāo)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在的層位記為。

（4）測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)范圍研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)按設(shè)定時(shí)間間隔進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制， 確定各測(cè)點(diǎn)是否在碾壓工具施工范圍內(nèi)。對(duì)當(dāng)前時(shí)刻碾壓工具定位數(shù)據(jù)記為，對(duì)上一個(gè)時(shí)刻的定位數(shù)據(jù)記為，通過(guò)對(duì)比生成碾壓工具實(shí)時(shí)工作區(qū)域。對(duì)于任一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行判斷，若其位于工作區(qū)域內(nèi)，則對(duì)其實(shí)時(shí)高程值記為，對(duì)該點(diǎn)的實(shí)際高程設(shè)計(jì)值記為，并對(duì)二者差值記為。

（5）測(cè)點(diǎn)碾壓設(shè)計(jì)值自檢。分析各測(cè)點(diǎn)的與，若二者相等，則進(jìn)入下一步算法流程，若≤，則控制碾壓工具對(duì)該測(cè)點(diǎn)的碾壓遍數(shù)再+1。

對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的層厚及所在層位進(jìn)行檢測(cè)，若≥且≥，則控制碾壓工具進(jìn)入下一層作業(yè)。如這兩個(gè)條件中有一個(gè)不滿足，則該層碾壓遍數(shù)+1。

（6）判斷碾壓層位是否正在施工。調(diào)取碾壓工具所在層位信息，若本次碾壓層位是否有未進(jìn)行碾壓作業(yè)的碾壓工具編號(hào)。若不存在編號(hào)，則通知客戶端和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)應(yīng)的碾壓層已完成作業(yè)，并進(jìn)入下一層作業(yè)，若存在編號(hào)，則繼續(xù)開(kāi)始自動(dòng)碾壓。

2 提高碾壓區(qū)域高程精度控制措施

通過(guò)提出控制點(diǎn)高程值取值及碾壓層厚計(jì)算兩種措施來(lái)保證提高碾壓區(qū)域高程精度。

2.1 控制點(diǎn)高程值計(jì)算

調(diào)取控制點(diǎn)所在層的碾壓數(shù)據(jù)，根據(jù)控制點(diǎn)周邊網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)最后一遍碾壓后的高程值，并根據(jù)控制點(diǎn)與這些實(shí)測(cè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離加權(quán)計(jì)算，綜合得到控制點(diǎn)的高程值。

在確認(rèn)各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)以后，對(duì)實(shí)際高程值與設(shè)計(jì)高程值進(jìn)行復(fù)核。對(duì)于高程差超過(guò)范圍的測(cè)點(diǎn)，通過(guò)加權(quán)平方的辦法處理，增大區(qū)域圓形的半徑，以包含到周圍其他高程位置正確的控制點(diǎn)位（圖2）。

（1）控制點(diǎn)高程加權(quán)計(jì)算

（2）控制點(diǎn)取值范圍擴(kuò)大

2.2 控制點(diǎn)所在層層厚計(jì)算

調(diào)取控制點(diǎn)所在層的碾壓數(shù)據(jù)，得到各層最終壓實(shí)后的高程，記為，表示同一個(gè)碾壓層位中的矩陣序列情況，為碾壓層編號(hào)，表征施工順序。則碾壓層的層厚可記為。

3 實(shí)例工程分析

以南京市江北新區(qū)2019-2020年“四好農(nóng)村路”建設(shè)工程中的農(nóng)村公路縣道建設(shè)工程青玉線為例，研究自動(dòng)分層算法在農(nóng)村公路路基碾壓施工中的應(yīng)用。

3.1 工程概況

青玉線位于南京市江北新區(qū)長(zhǎng)蘆街道，連接三水廠路和黃玉線，全長(zhǎng)10.6公里;設(shè)計(jì)時(shí)速為40公里/小時(shí)，設(shè)計(jì)年限為20年，汽車荷載為城—A級(jí)。

工程地質(zhì)為第四系地層覆蓋，系江河、湖泊沉積形成，為粉土、粉質(zhì)粘土、粘土、粉細(xì)砂、砂礫石、卵石土層，軟土和松軟土分布廣泛，工程地質(zhì)條件較差。

3.2 實(shí)例工程路基碾壓設(shè)計(jì)

由于實(shí)例工程段地基承載力較差，為保證項(xiàng)目的高平順性、穩(wěn)定性要求路基工程高穩(wěn)定性、小沉降和沉降勻質(zhì)性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定本工程路基碾壓參數(shù)：碾壓次數(shù)大于6遍，各碾壓層厚度控制在30 cm～35 cm之間，碾壓層總厚度控制在120 cm～140 cm之間，設(shè)計(jì)值為130 cm。

3.3 自動(dòng)分層算法應(yīng)用

運(yùn)用建立的自動(dòng)分層算法來(lái)監(jiān)控實(shí)例工程路基碾壓施工。根據(jù)系統(tǒng)記錄的碾壓數(shù)據(jù)，將碾壓效果圖繪于圖3，并選擇K1+300至K1+500三個(gè)典型斷面，將實(shí)際碾壓數(shù)據(jù)列于表1。分析圖3與表1可知：

（1）實(shí)例工程分4層碾壓，各碾壓層的碾壓厚度都較為一致，碾壓厚度比較均勻。

（2）各斷面的碾壓次數(shù)及碾壓層厚度都符合碾壓設(shè)計(jì)要求。

（3）三個(gè)典型斷面的碾壓總厚度分別為127.28 cm、129.52 cm、127.29 cm，這與設(shè)計(jì)目標(biāo)值130 cm分別相差2.72 cm、0.48 cm、2.71 cm。誤差較小。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)可知，本工程的165個(gè)斷面，碾壓總厚度最大值為137.22 cm，最小值為125.48 cm，均在目標(biāo)要求值（120 cm～140 cm）范圍內(nèi)。

（4）總體來(lái)看，本文建立的自動(dòng)分層算法在實(shí)例工程中的應(yīng)用效果十分良好。

4 結(jié)論

本文以農(nóng)村公路縣道建設(shè)工程新青玉線為例，研究自動(dòng)分層算法在農(nóng)村公路縣道工程路基碾壓施工中的應(yīng)用。從應(yīng)用效果來(lái)看，工程的165個(gè)斷面，碾壓遍數(shù)全部達(dá)標(biāo)，碾壓總厚度最大值為137.22 cm，最小值為125.48 cm，均在目標(biāo)要求值（120 cm～140 cm）內(nèi)，碾壓效果十分良好。本文建立的自動(dòng)分層算法可有效降低人工誤差，大幅提高農(nóng)村公路縣道路基碾壓施工精度，可在同類工程中應(yīng)用推廣。

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