自動分層算法在農村公路縣道工程路基碾壓施工中的應用

仇繼躍

摘 要：為減少農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分層算法，在GPS定位和路基層位自動辨識的基礎上，根據距離加權差值計算控制點高程，自動判別是否滿足設計要求，并提出邏輯算法，建立完整的自動分層碾壓流程。通過實例工程分析可知，實例工程的165個斷面，碾壓遍數、各碾壓層厚度、碾壓層總厚度全部達標，碾壓效果十分良好。

關鍵詞：分層算法;農村公路;縣道工程路基碾壓;網格矩陣;碾壓層厚度

0 前言

傳統的農村公路縣道工程路基施工碾壓主要將施工場地按條形分區，并由施工人員手動記錄、控制各層碾壓厚度，分區逐個施工。此施工方法容易因為各類錯誤（包括施工人員記錄錯誤、施工機械分配與碾壓分區分層不對應、測量誤差等）導致路基碾壓實效與設計值相差較大。據不完全統計，目前路基碾壓施工返工率高達7.35%，浪費大量人力物力，并嚴重影響工期。不少專家學者已針對這一情況，提出通過信息化控制手段減小施工誤差，提高施工效率、提升建設實效。

縣道公路作為農村公路的主骨架，技術等級一般為三級及以上標準，施工要求高。為進一步響應中共中央、國務院號召和交通運輸部及我省有關部署，服務新發展階段優先發展農業農村、全面推進鄉村振興戰略要求，本文將進一步探索，借助定位系統、計算機編程，對建立控制農村公路縣道工路基工程自動分層碾壓施工的算法系統進行研究探討。

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以下步驟：

（1）碾壓設計。根據施工要求對具體路基工程碾壓進行設計，包括碾壓分層、各碾壓層層厚，各層碾壓分區等具體參數。

（2）碾壓區域網格劃分。對各層碾壓面進行網格劃分，確定網格間距，形成網格矩陣，并對每一個網格節點進行編號（圖1）。

（3）碾壓參數賦值：

①碾壓遍數賦值。根據碾壓設計，確認每個網格節點的碾壓遍數需求，即點的設計碾壓遍數記為，實際碾壓遍數記為。

②碾壓厚度賦值。根據碾壓設計，對碾壓層設計厚度記為。

③碾壓層位賦值。設碾壓工具所在的層位記為，目標監測點所在的層位記為。

（4）測點數據實時監測。對范圍研究監測點的數據按設定時間間隔進行監測控制， 確定各測點是否在碾壓工具施工范圍內。對當前時刻碾壓工具定位數據記為，對上一個時刻的定位數據記為，通過對比生成碾壓工具實時工作區域。對于任一測點進行判斷，若其位于工作區域內，則對其實時高程值記為，對該點的實際高程設計值記為，并對二者差值記為。

（5）測點碾壓設計值自檢。分析各測點的與，若二者相等，則進入下一步算法流程，若≤，則控制碾壓工具對該測點的碾壓遍數再+1。

對監測點的層厚及所在層位進行檢測，若≥且≥，則控制碾壓工具進入下一層作業。如這兩個條件中有一個不滿足，則該層碾壓遍數+1。

（6）判斷碾壓層位是否正在施工。調取碾壓工具所在層位信息，若本次碾壓層位是否有未進行碾壓作業的碾壓工具編號。若不存在編號，則通知客戶端和數據庫，對應的碾壓層已完成作業，并進入下一層作業，若存在編號，則繼續開始自動碾壓。

2 提高碾壓區域高程精度控制措施

通過提出控制點高程值取值及碾壓層厚計算兩種措施來保證提高碾壓區域高程精度。

2.1 控制點高程值計算

調取控制點所在層的碾壓數據，根據控制點周邊網格節點最后一遍碾壓后的高程值，并根據控制點與這些實測網格節點的實際距離加權計算，綜合得到控制點的高程值。

在確認各網格節點的高程數據以后，對實際高程值與設計高程值進行復核。對于高程差超過范圍的測點，通過加權平方的辦法處理，增大區域圓形的半徑，以包含到周圍其他高程位置正確的控制點位（圖2）。

（1）控制點高程加權計算

（2）控制點取值范圍擴大

2.2 控制點所在層層厚計算

調取控制點所在層的碾壓數據，得到各層最終壓實后的高程，記為，表示同一個碾壓層位中的矩陣序列情況，為碾壓層編號，表征施工順序。則碾壓層的層厚可記為。

3 實例工程分析

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

3.1 工程概況

青玉線位于南京市江北新區長蘆街道，連接三水廠路和黃玉線，全長10.6公里;設計時速為40公里/小時，設計年限為20年，汽車荷載為城—A級。

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

3.2 實例工程路基碾壓設計

由于實例工程段地基承載力較差，為保證項目的高平順性、穩定性要求路基工程高穩定性、小沉降和沉降勻質性，通過現場試驗確定本工程路基碾壓參數：碾壓次數大于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，設計值為130 cm。

3.3 自動分層算法應用

運用建立的自動分層算法來監控實例工程路基碾壓施工。根據系統記錄的碾壓數據，將碾壓效果圖繪于圖3，并選擇K1+300至K1+500三個典型斷面，將實際碾壓數據列于表1。分析圖3與表1可知：

（1）實例工程分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）各斷面的碾壓次數及碾壓層厚度都符合碾壓設計要求。

（3）三個典型斷面的碾壓總厚度分別為127.28 cm、129.52 cm、127.29 cm，這與設計目標值130 cm分別相差2.72 cm、0.48 cm、2.71 cm。誤差較小。進一步統計可知，本工程的165個斷面，碾壓總厚度最大值為137.22 cm，最小值為125.48 cm，均在目標要求值（120 cm～140 cm）范圍內。

（4）總體來看，本文建立的自動分層算法在實例工程中的應用效果十分良好。

4 結論

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

參考文獻：

[1]劉建粉，張睿哲，呂海蓮.基于智能客戶端的ERP系統設計[J].河南科學，2008（5）：601-603.

[2]李先允.自動控制系統[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]尤昌龍，劉彬，孫紅林.客運專線路基沉降問題探討[J].鐵道標準設計，2006（7）：8-10.