瀝青混凝土路面施工過程中智能化壓實的應用實踐

中鐵二十局集團第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151

1 工程概況

為了避免瀝青路面早期病害的發生，使其施工質量得到有效保障，某工程施工過程運用智能壓實控制系統對施工過程進行控制。該工程主線路面結構厚度為74cm，主要包括水泥穩定碎石底基層，厚度為20cm；水泥穩定碎石基層，厚度為36cm；瀝青混凝土下面層，厚度為8cm；中粒式改性瀝青混凝土中面層，厚度為6cm；細粒式橡膠瀝青混凝土面層，厚度為4cm。

2 智能壓實控制系統的組成部分及工作原理

2.1 系統的組成部件

（1）GPS基準站。通常基準站信號的輻射半徑為10km左右，為了提高其耐久性、安全性以及穩定性，應在拌和站操作室頂部安裝基準站。基準站主要由電源、無線電天線以及無線電等組成，通過基準站可以獲取便攜式設備的準確位置，提高系統定位的準確性。（2）無線數傳電臺和GPS接收機。為了對壓路機位置進行實時定位，技術人員需要在壓路機的頂部安裝無線數傳電臺和GPS接收機。GPS接收機具有穩定性強、耐用、抗干擾性強、防塵、防水、初始化時間短、結構堅固等優點。無線數傳電臺具有堅固耐用、傳輸距離遠以及傳輸效率高等優點。（3）CB460控制箱。在系統中CB430控制箱類似于一個微型計算機，其主要由計算機操作系統和顯示器組成，其內部的軟件具有數據分析和處理功能，可以對振動輪的三維位置信息、行駛速度、碾壓次數、溫度以及CMV值進行實時處理和記錄，指導駕駛員的操作。（4）CM310壓實傳感器。該部分主要在振動輪軸外側進行安裝，當鋼輪發生振動時，其可以對振動輪動態響應、振幅、激振力以及振動頻率進行實時監測，并對數據進行分析和處理，從而得出CMV值，實時顯示壓實情況。（5）溫度傳感器。溫度傳感器通常為紅外測溫傳感器，具有不需要接觸物體、安裝方便、耐用堅固等優點，可以對瀝青混凝土路面的壓實溫度進行實時監測。

2.2 工作原理

該系統通過加速度傳感器實時采集數據，并將參數傳遞到后臺軟件系統中，對數據進行處理，并得出壓實檢測值，最終得到壓實材料的具體狀態；與此同時，在系統運行過程中，基準站可以將差分信號實時傳遞給壓路機，無線電接收器和接收機可以接收差分信號，并對其進行定位。最后，通過計算機對壓實情況進行綜合分析，為壓實施工提供參考。

2.3 工藝參數

（1）CMV（壓實度檢測值）。CMV為智能壓實的重要指標，該值是以頻率分析原理為基礎進行計算的，計算過程見式（1）。通過試驗可知，CMV值與基層剛度、含水量、材料種類、碾壓速度、振動振幅和頻率、振動壓路機型號以及重量等因素息息相關。因此，在對路基和路基壓實質量進行評價的過程中，技術人員應對目標CMV值進行標定。

式中：A1Ω為振動輪二次諧波頻率振幅；A2Ω為振動輪基波頻率振幅；C為常量用。根據實際情況，對振動頻率、振幅以及振動壓路機類型等因素進行選擇。

（2）碾壓厚度。在進行施工前，檢測人員應將目標碾壓厚度設置在控制箱中，在對碾壓厚度進行計算過程中，應該以RTK-GPS實時定位技術為基礎，并用上層位空間坐標減去下層位空間坐標得出最終值。觀察控制箱顯示界面可知，不同填筑厚度的代表顏色各不相同，目標填筑厚度通常為綠色，當填筑厚度大于目標填筑厚度時，則用深紅色、紅色和粉紅色表示；當填筑厚度小于目標填筑厚度時，則用深藍色、藍色和灰色表示。

（3）碾壓遍數。系統以RTK-GPS實時定位技術為基礎，對碾壓遍數進行計算，當壓路機經過同一地點時，系統會自動記錄，這時控制箱的界面會顯示不同的顏色，通常目標碾壓遍數為綠色，過壓時為灰色、紫色，欠壓時為黃色、紅色以及藍色，漏壓則為白色。

（4）碾壓速度。為了對路面的壓實效果進行控制，需要嚴格控制碾壓速度，但是原有的施工過程往往憑借駕駛員的經驗對車速進行控制，會產生較大的誤差，而使用該系統可以實時顯示壓路機的行車速度，為駕駛員提供參考。

（5）壓實薄弱區域。在碾壓過程中，存在壓實薄弱區域，為了對該區域進行精準定位，該系統通過對壓實度進行檢測，并用不同顏色分類，得出CMV值最小的位置即為壓實薄弱區域，為技術人員提供參考。

3 瀝青混凝土路面智能化壓實試驗及應用效果

3.1 智能化壓實試驗

（1）試驗目的。為了對瀝青混凝土路面智能化壓實效果進行分析，需要對比傳統檢測指標和智能壓實指標（CMV）之間的相關性，并記錄碾壓遍數和CMV值之間的規律。該瀝青路面不能使用取芯檢測法進行檢測，可以使用無核密度儀對其進行檢測。（2）試驗方案。試驗段的長度為30m，一共設置6個檢測點，各檢測點之間的距離為5m，使用便攜式落錘彎沉儀和無核密度儀對其進行檢測，對路面進行碾壓，碾壓10遍，并對碾壓2、4、6、8、10遍時的壓實度分別進行檢測，最后使用GPS流動站對檢測點進行定位記錄，得出該檢測位置的CMV值。（3）試驗段材料構成。該試驗段的路面結構構成如下：水泥穩定碎石底基層，厚度為20cm；水泥穩定碎石基層，厚度為36cm；瀝青層，厚度為18cm。（4）數據分析。以現場試驗為依據，對碾壓遍數和CMV值之間的關系進行分析，得出結果如圖1所示。

圖1 碾壓遍數與CMV之間的關系圖

由圖1可見，隨著碾壓遍數的增加，CMV值也不斷提高。在初壓時，CMV值增加速度較快，當碾壓數超過4次后，CMV值的增加速度開始變慢。當碾壓數到達第8次時，壓實曲線逐漸平緩，該值趨于穩定。隨著壓實次數的增加，壓實度的增加效果并不明顯。通過上述分析可知，初壓對壓實度的影響效果最大，此時壓實度增長最快，因此在碾壓過程中，應適當提高初壓次數。對現場的試驗數據進行記錄和采集，并通過對比無核密度儀和智能化壓實檢測值之間的檢測數據，得出結果如圖2所示。由圖2可知，無核密度儀和智能化壓實檢測值之間具有較好的一致性和相關性，而使用智能化壓實技術可以進一步提高壓實質量和效率。

圖2 無核密度儀和CMV壓實度之間的關系

3.2 應用效果

（1）對壓實質量進行實時控制。使用智能化壓實控制系統對壓實質量進行檢測，可對時間、碾壓檢測日期、碾壓溫度以及碾壓次數等施工參數進行實時控制，進而減少返工等問題。（2）加快施工進度，減少施工工期。駕駛員可以通過控制箱上的顯示屏對碾壓次數等相關參數進行實時監控，避免出現欠壓和過壓現象。由于該系統不受日照的影響，因此可以24h對施工過程進行監控，從而達到提高施工效率的目的。（3）節約成本。該系統的顯示界面比較直觀，即使駕駛員的施工經驗不豐富也可以對其進行精準控制，能夠在提高機械效率的同時減少人員的投入，從而達到降低人員成本的目的。與此同時，當道路存在壓實薄弱區域時，施工單位可對其進行有針對性的檢測，不僅可以提高報檢的合格率，還可以降低檢測成本。（4）存在的主要問題。①當路基細顆粒填料較多時，可以使用智能化壓實技術，但是在GPS基站的使用過程中，會受天氣、外界電磁以及現場地形等因素影響，導致信號傳送出現問題，從而影響數據的完整性和連續性。②每個壓路機之間不能實時共享數據，限制了壓路機之間的調配，可能會產生壓實設備閑置時間較多等問題，影響施工效率。③如果駕駛員操作技術不夠熟練，在其碾壓開始和結束的時候，可能忘記開關機，進而影響到控制效果。因此，施工單位應對駕駛員進行操作培訓，進一步提高控制效果。

4 結論

在瀝青混凝土路面施工過程中，通過智能化壓實系統的應用可以得到以下結論：（1）到目前為止，在大壩、公路路基以及鐵路路基的施工過程中，智能化壓實技術得到了廣泛的應用，但是該技術在瀝青混凝土路面的施工過程中應用較少。（2）由于使用智能化壓實系統對瀝青混凝土路面進行檢測，所得到的CMV值與壓實度之間具有較高的相關性，因此可以通過智能化壓實系統對瀝青混凝土路面的壓實質量進行實時控制，從而達到提高壓實效率、均勻性的目的。（3）在智能化壓實技術的應用過程中，仍然存在一些問題，需要對接收機信號接收穩定性進行優化；完善控制后臺的建設，使各機械之間能夠共享壓實信息；對駕駛員進行培訓，提高數據的可靠性。