摘要：文章依托南寧沙井至吳圩高速公路開(kāi)展路基智能碾壓技術(shù)應(yīng)用研究，闡述了智能碾壓技術(shù)的工作原理與系統(tǒng)構(gòu)成。該技術(shù)不僅能減少壓實(shí)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，縮短檢測(cè)周期、降低檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了路基因壓實(shí)度不合格返工處理所造成的人力、物力等資源浪費(fèi)，還革新了項(xiàng)目路基填筑施工質(zhì)量的管理模式，對(duì)節(jié)能降耗、綠色施工、智能化發(fā)展起著重要作用，具有良好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：高速公路；路基；智能碾壓技術(shù)；預(yù)警；應(yīng)用研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.36+6

0 引言

隨著公路工程基礎(chǔ)建設(shè)工作的推進(jìn)和對(duì)交通強(qiáng)國(guó)目標(biāo)的不懈追求，勢(shì)必會(huì)對(duì)公路路基壓實(shí)質(zhì)量提出更高的要求。傳統(tǒng)控制公路路基壓實(shí)質(zhì)量的方法是通過(guò)人工記錄碾壓遍數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)，方法具有隨機(jī)性，不能全面反映路基整體的壓實(shí)質(zhì)量，易出現(xiàn)重復(fù)碾壓或者漏壓的現(xiàn)象，埋下質(zhì)量隱患問(wèn)題。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和機(jī)械設(shè)備不斷推陳出新，新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，對(duì)公路路基壓實(shí)質(zhì)量控制帶來(lái)了便利。此外，國(guó)家也出臺(tái)了許多政策大力推廣智能化、自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，因此，智能碾壓技術(shù)的應(yīng)用具有光明的前途和廣闊的市場(chǎng)。

1 工程概況

本文依托南寧沙井至吳圩高速公路開(kāi)展路基智能碾壓技術(shù)研究應(yīng)用，該高速公路將被打造成為一條智慧高速、綠色高速，在廣西首次開(kāi)展智慧交通車(chē)路協(xié)同示范項(xiàng)目建設(shè)，社會(huì)關(guān)注度和質(zhì)量要求高。該項(xiàng)目位于南寧市江南區(qū)、經(jīng)開(kāi)區(qū)以及崇左市扶綏縣境內(nèi)，地處南寧盆地西南邊緣的丘陵山區(qū)，山丘連綿起伏，主線以路基土石方施工為主，控制路基壓實(shí)質(zhì)量和提高施工效率尤為重要。

2 技術(shù)原理

路基智能碾壓技術(shù)主要由北斗定位天線、振動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集單元和智能顯示終端四部分組成，以傳統(tǒng)路基壓路機(jī)為載體，組成路基智能碾壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于北斗高精度定位技術(shù)，以路基壓實(shí)數(shù)據(jù)為主線，進(jìn)行全過(guò)程跟蹤、分析、統(tǒng)計(jì)、預(yù)警，及時(shí)掌握路基壓實(shí)質(zhì)量動(dòng)態(tài)，改變以往隨機(jī)抽樣檢測(cè)和憑經(jīng)驗(yàn)判斷路基壓實(shí)質(zhì)量的施工方法，提供更全面更直接的路基壓實(shí)質(zhì)量信息，有利于現(xiàn)場(chǎng)管控路基壓實(shí)質(zhì)量和切實(shí)提高工作效率。如圖1所示。

（1）通過(guò)“振動(dòng)輪-土”結(jié)構(gòu)動(dòng)力幅頻響應(yīng)機(jī)理研究，壓路機(jī)在碾壓土體的過(guò)程中，振動(dòng)輪上的傳感器實(shí)時(shí)采集和分析加速度幅值等參數(shù)［1］，并與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比判斷壓實(shí)質(zhì)量效果，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路基壓實(shí)質(zhì)量的目的。

（2）通過(guò)寬幅路基壓實(shí)質(zhì)量快速反饋技術(shù)研究應(yīng)用，多機(jī)協(xié)同作業(yè)的信息通過(guò)后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)匯總處理，并將該段路基碾壓遍數(shù)、填筑厚度和壓實(shí)度效果信息以圖形顏色的方式實(shí)時(shí)顯示在每一臺(tái)壓路機(jī)駕駛室智能顯示終端上，給予操作手提示，避免因漏壓埋下質(zhì)量隱患和過(guò)壓造成成本浪費(fèi)。

（3）通過(guò)智能碾壓關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)研究應(yīng)用，建立關(guān)鍵指標(biāo)超限的預(yù)警機(jī)制，采用手機(jī)信息提醒施工管理人員及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題，降低質(zhì)量隱患風(fēng)險(xiǎn)。

（4）通過(guò)研究智能碾壓技術(shù)工程量算法研究應(yīng)用，采用北斗定位功能對(duì)碾壓面積及高程的數(shù)據(jù)采集，達(dá)到以高程差及碾壓面積進(jìn)行土石方量估算的目的，便于實(shí)時(shí)了解工程施工進(jìn)度情況。

3 “振動(dòng)輪-土”結(jié)構(gòu)動(dòng)力幅頻響應(yīng)機(jī)理研究

振動(dòng)壓路機(jī)在進(jìn)行路基碾壓工作過(guò)程中，路堤土體的密實(shí)度和彈性模量不斷增加，壓路機(jī)振動(dòng)輪與土體之間的相互作用力以及壓路機(jī)振動(dòng)輪的加速度幅值同步增大?；趬郝窓C(jī)與碾壓土體相互作用的規(guī)律，通過(guò)分析規(guī)律和應(yīng)用該規(guī)律，達(dá)到監(jiān)測(cè)路基壓實(shí)質(zhì)量的目的。

依據(jù)土體與壓路機(jī)振動(dòng)輪相互作用的機(jī)理，通過(guò)開(kāi)展不同填料的路基試驗(yàn)段施工，人工實(shí)時(shí)記錄碾壓遍數(shù)以及檢測(cè)每碾壓一遍的壓實(shí)度，并且通過(guò)安裝在壓路機(jī)振動(dòng)輪上傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加速度幅值的變化和采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至控制單元進(jìn)行分析。通過(guò)施工質(zhì)量智能化信息監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，得到該填料不同壓實(shí)度、碾壓遍數(shù)情況下的壓路機(jī)振動(dòng)輪反饋基波（見(jiàn)圖2），即不同路基壓實(shí)度、不同碾壓遍數(shù)狀態(tài)下的CMV值［2］，從而建立監(jiān)測(cè)路基壓實(shí)質(zhì)量、碾壓遍數(shù)等指標(biāo)的對(duì)比基準(zhǔn)。壓路機(jī)在后續(xù)路基填筑碾壓工作中，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集加速度幅值數(shù)據(jù)，同步匹配數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)比基準(zhǔn)CMV值，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路基壓實(shí)質(zhì)量的目的。

4 寬幅路基壓實(shí)質(zhì)量快速反饋技術(shù)研究應(yīng)用

高速公路路基填筑工作面的面積往往較大，寬度達(dá)到幾十米甚至上百米，在施工過(guò)程中如何判斷碾壓遍數(shù)、厚度、壓實(shí)度等指標(biāo)是否滿足要求，是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。經(jīng)調(diào)研了解，操作人員在工作時(shí)注意力較為集中，但對(duì)數(shù)字較為不敏感。于是通過(guò)顏色展示的方式，將路基壓實(shí)質(zhì)量情況實(shí)時(shí)反饋給壓路機(jī)操作人員以進(jìn)行及時(shí)處理。

通過(guò)已建立的北斗信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，基于定位、高程測(cè)量功能，采集每個(gè)壓路機(jī)在施工過(guò)程的行走軌跡和高程數(shù)據(jù)，進(jìn)而得出該工作面的碾壓遍數(shù)、填筑厚度（在上下層填筑工作面采集的高程差）。壓實(shí)度通過(guò)采集加速度幅值并對(duì)比CMV值進(jìn)行獲取。在施工質(zhì)量智能化信息監(jiān)控平臺(tái)建立碾壓遍數(shù)、填筑厚度、壓實(shí)度顏色判別數(shù)據(jù)庫(kù)（見(jiàn)表1）。壓路機(jī)在施工中實(shí)時(shí)將采集的數(shù)據(jù)信息傳送到施工質(zhì)量智能化信息監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比分析，后臺(tái)將信息傳輸至壓路機(jī)顯示終端，以顏色區(qū)別不同的質(zhì)量指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)路基壓實(shí)質(zhì)量快速反饋的目的，讓操作人員實(shí)時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)漏壓區(qū)和壓實(shí)薄弱區(qū)，達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控的效果（見(jiàn)圖3）。

5 智能碾壓關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)研究應(yīng)用

研究通過(guò)智能碾壓系統(tǒng)就路基松鋪厚度、壓實(shí)厚度、壓實(shí)度三大指標(biāo)向管理人員進(jìn)行預(yù)警，讓管理人員及時(shí)了解施工現(xiàn)場(chǎng)路基壓實(shí)質(zhì)量情況并采取相應(yīng)處理措施。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范要求，在施工質(zhì)量智能化信息監(jiān)控平臺(tái)設(shè)定指標(biāo)允許偏差值，實(shí)際偏差值＞5%的為輕度偏差；10%為中度偏差；15%為嚴(yán)重偏差。如圖4所示。

智能碾壓系統(tǒng)在施工過(guò)程中不間斷采集數(shù)據(jù)和傳送至服務(wù)器處理，在出現(xiàn)質(zhì)量偏差時(shí)通過(guò)手機(jī)預(yù)警的形式提醒施工管理人員及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題，如后頁(yè)圖5所示為施工質(zhì)量控制提供必要的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)路基填筑松鋪厚度、壓實(shí)厚度、壓實(shí)度等指標(biāo)過(guò)程控制的目的。

6 智能碾壓技術(shù)工程量算法研究應(yīng)用

基于柵格地圖下的層厚控制技術(shù)，將路基工作范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理，并對(duì)碾壓層位進(jìn)行DEM高程建模。利用北斗定位和測(cè)量功能，壓路機(jī)在碾壓過(guò)程中對(duì)行走軌跡及上下填筑層標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)一步通過(guò)上下層填筑層高程差及碾壓面積進(jìn)行土石方量的估算。

（1）將路基工作范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行柵格化處理，即將工作面劃分為很多個(gè)小方格，每個(gè)方格尺寸大小為20 cm×20 cm，每個(gè)方格有獨(dú)立屬性，包括遍數(shù)與壓實(shí)厚度等，通過(guò)壓實(shí)厚度與方格網(wǎng)面積的乘積，計(jì)算每一方格的土石方量。

（2）系統(tǒng)終端平臺(tái)接收并分析數(shù)據(jù)，根據(jù)每一小格的土石方量，進(jìn)而匯總形成整個(gè)樁號(hào)、整個(gè)工區(qū)及整個(gè)標(biāo)段的總方量，通過(guò)公路施工質(zhì)量智能化信息監(jiān)控平臺(tái)網(wǎng)站可對(duì)沙吳高速公路各段落已施工和未施工的土石方量數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)。通過(guò)計(jì)算土石方的方量，可實(shí)時(shí)了解每個(gè)工作面的施工進(jìn)度和剩余工程量，為下一步的施工組織工作提供依據(jù)。

7 結(jié)語(yǔ)

智能碾壓技術(shù)通過(guò)建立基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沙吳智慧高速公路路基壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)、全斷面監(jiān)測(cè)的目的，取代傳統(tǒng)人工取樣以點(diǎn)代面檢測(cè)的方法，該技術(shù)不僅能減少壓實(shí)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，縮短檢測(cè)周期、降低檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，還避免了路基因壓實(shí)度不合格返工處理所造成的人力、物力等資源浪費(fèi)。此外，該技術(shù)革新了項(xiàng)目路基填筑施工質(zhì)量的管理模式，對(duì)節(jié)能降耗、綠色施工、智能化發(fā)展起著重要作用，具有良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

［1］劉佳濤.高速公路瀝青路面碾壓施工質(zhì)量智能監(jiān)控技術(shù)［J］.工程機(jī)械與維修，2022（1）：188-189.

［2］宋宏偉，劉永祥.路基智能碾壓在實(shí)際施工中的運(yùn)用［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，202 42（7）：64-67.

收稿日期：2023-10-18

作者簡(jiǎn)介：何 平（1990—），工程師，主要從事道路與橋梁工程技術(shù)管理工作。