智能連續壓實技術在廣吉高速路基碾壓中的應用研究

劉令君 郝國昌

摘 要：針對傳統道路壓實施工容易欠壓、過壓，且施工效率較低的問題，研究智能連續壓實技術在路基碾壓中的應用，實現壓實質量的實時、連續、自動化、高精度監測，保證作業質量，提高作業效率。在廣吉高速的路基碾壓施工中部署智能連續壓實系統，實踐檢驗了該技術的有效性。

關鍵詞：智能壓實；路基碾壓；GNSS-RTK

0 引言

壓實質量直接影響道路的最終施工質量。傳統的壓實質量評定主要采用事后現場抽檢的方式實現，難以控制全局的碾壓質量，且不能實現壓實參數的實時監測，容易出現欠壓、過壓等問題[1]。本文闡釋了智能連續壓實技術的實現，并在廣吉高速的路基碾壓施工過程中采用該技術對智能壓實指標[2]進行實時監測，結果表明該技術可有效提高施工質量，為道路壓實的智能監測提供了有益探索。

1 智能連續壓實系統設計

智能連續壓實系統的設計以系統性、靈活性、可靠性為原則，同時兼顧成本。集成了GNSS-RTK厘米級高精度定位技術、碾壓度檢測技術、網絡數據傳輸技術、數據處理算法以及圖形渲染技術等。該系統由多個硬件和軟件組成，主要包括RTK基準站與車載流動站、碾壓度檢測儀、車載控制箱、車載終端、無線網絡數據通訊系統、服務器與客戶端軟件等。

GNSS-RTK技術即GNSS載波相位實時動態差分技術，通過RTK基準站播發差分信號，流動站接收差分信號進行相對定位解算，可實現流動站厘米級定位[3]。RTK技術在地形測繪、工程放樣中發揮了重要作用，在數字化施工領域亦有一定應用[4]，在壓實系統中采用RTK技術可實現車輛高精度定位，實時監測其工作軌跡。碾壓度檢測技術通過相應傳感器等設備實現壓實度等數據的實時采集[5]。三維位置和碾壓度數據傳輸到車載控制箱，由控制箱將數據發送給服務器和車載終端顯示設備。服務器接收并存儲作業數據，對施工數據進行計算并分發計算結果到車載控制箱和客戶端，此外，服務器還管理工程和標段的相關數據。服務器端程序在設計開發時充分考慮數據吞吐能力，算法的穩健性等。車載終端實時計算并展示當前碾壓機的碾壓軌跡、遍數、層厚等信息。客戶端軟件實現工程管理、碾壓計算、成果管理、歷史數據回放、報告查看等功能。

2 智能壓實檢測原理

智能壓實的實時連續檢測模塊，通過在碾壓機械上安裝傳感器，利用與土壤碾壓度密切相關的某些參數來測定壩體的碾壓程度。隨著碾壓工作的進行，土的密實度和彈性模量不斷增大，土與碾壓輪之間的相互作用力也不斷增大，所以碾壓輪的加速度幅值也在不斷增大，從而可以通過檢測加速度幅值變化間接測出壩體的碾壓狀況。智能壓實指標CMV的計算方法可參考文獻[6].

車載式碾壓度檢測儀的基本構成如下圖所示：

3 智能連續壓實技術在廣吉高速路基碾壓中的應用

廣吉高速公路（廣昌至吉安）途徑撫州市廣昌縣、贛州市寧都縣以及吉安多個區縣，全長約156KM。該公路的建成將極大方便相關地區出行，帶動經濟發展。

路基施工是道路施工的關鍵環節。路基碾壓質量的好壞直接影響道路耐用性。在廣吉高速項目的路基碾壓施工中，為提高壓實質量，采用智能壓實技術對路基壓實數據進行實時監測、分析、存儲，避免漏壓、過壓。為實現壓實數據的實時監測，保障系統的穩定運行，對相關軟硬件及人員進行如下部署：

（1） RTK基準站的架設。RTK基準站負責播發GNSS差分信號，由車載GNSS接收機接收并實現厘米級定位。基準站架設于環境穩定、便于管理維護、便于供電的位置，為保證車輛定位的穩定性，基準站與施工區域距離控制在15～20km內。

（2） 車載硬件。車載控制箱和終端顯示設備安裝于駕駛室內。壓實傳感器、溫度傳感器、車載天線等安裝于車輛相應位置。

（3） 服務器。服務器及對應程序是系統的核心組件，為確保其24小時正常工作需提供穩定的網絡連接，且采用UPS電源確保供電穩定。

（4） 人員。對項目中不同職責人員配備不同的操作權限，確保數據安全可靠。

該壓實系統可采集、分析、輸出多種監測數據。其中最核心的參數為智能壓實指標和壓實遍數。為體現壓實遍數與智能壓實指標之間的關系，取樁號K75844--K75964之間某日的路基碾壓數據為樣本，統計壓實遍數與智能壓實指標均值之間的對應關系，如下表所示：

可見，在一定遍數范圍內，智能壓實指標值隨壓實遍數增加而增加，與預期一致。

4 結論

本文闡述了智能連續壓實系統的技術基礎、軟硬件組成等，在廣吉高速路基碾壓中部署該系統對路基碾壓質量進行實時監測，為道路壓實質量實時監測積累了技術經驗，也驗證了現代智能連續壓實的高效性。隨著自動化檢測技術的不斷發展，智能連續壓實技術將在道路、大壩等工程的壓實監測中發揮更大作用。

參考文獻：

[1] 趙秀璞. 路基智能壓實控制技術研究[D]. 長安大學， 2016.

[2] 鄭兆華， 王翠艷. 壓路機智能壓實技術的研究[J]. 建筑機械化， 2016， 37（11）：22-23.

[3] 杜玉柱.GNSS測量技術[M].武漢：武漢大學出版社.2013.

[4] 黃聲享，劉經南，吳曉銘.GPS實時監控系統及其在堆石壩施工中的初步應用[J].武漢大學學報，2005.

[5] 汪學斌， 王宇峰， 劉洪海. 壓實在線檢測技術的發展現狀及前景[J]. 筑路機械與施工機械化， 2011， 28（3）：46-48.

[6] 趙海杰. 路基壓實質量評價指標的研究[D]. 長安大學， 2015.