路基智能碾壓監則系統在廣西丘陵地貌高速公路建設中的運用研究

劉戈 朱勇銘 陳善強

摘要：文章分析認為，廣西丘陵地貌山體連綿，路基填挖交接較多，路基壓實穩固是關鍵控制點。在路基的壓實監控中，采用安裝于壓路機上的北斗定位系統及其延伸開發的物聯網技術，實現對路基碾壓的遍數、區域、厚度三大指標的實時監測，進而提高對路基碾壓過程中的施工控制，提高路基施工整體質量，是公路施工技術與新興技術融合的一種探索，可為實現交通強國戰略目標積累經驗。

關鍵詞：丘陵地貌山區；高速公路；路基碾壓；智能監測

中圖分類號：U415.12A080263

0引言

路基是公路建設的重要組成部分，路基壓實是保證路基施工質量的重要控制點，而路基壓實的層厚、壓實區域、壓實遍數是在施工監控中容易缺失的三個指標［1］。在廣西丘陵地貌的路基壓實中填挖交接較多，壓實不穩固容易導致路基下沉，因此探索將數字化實時監測系統與碾壓技術相結合，對于強化碾壓控制、提高路基施工質量有一定的作用和意義。

1廣西丘陵地貌施工的特點

廣西多丘陵地貌，山丘連綿起伏，山頂多呈渾圓狀或者脈狀延綿分布，丘體比較飽滿，與沖溝相間分布。地面標高在90～370 m，自然斜坡坡角一般為15°～40°，地表橫坡較緩。

該地貌下的高速公路路基施工縱斷面為下短上長，橫斷面為下寬上窄，路基存在前、后、左、右多種形式組合的搭接部。因地形原因，在填筑壓實過程中壓實設備未能如平坦路段發揮壓實效率，特別是多臺壓路機配合碾壓時在路基壓實中會出現漏壓、碾壓遍數不夠、碾壓層厚不均勻等現象，碾壓不密實則路基容易出現滑坡、下沉等病害，因此在土體試驗確定可用的條件下路基填筑的壓實度是控制的關鍵［2］。

2路基智能碾壓監測系統

2.1路基智能碾壓監測系統組成

在廣西丘陵地貌高速公路路基施工使用的智能碾壓監測系統采用交通運輸部公路科學研究院研發的監測系統。該系統分為硬件和軟件兩部分，硬件為安裝于壓路機上的北斗定位天線、振動傳感器、數據采集單元、智能顯示終端（見圖1）及安裝于固定位置的信號端傳輸器（北斗地基增強基準站）組成；軟件為以物聯網為基礎搭建的數據處理系統，該軟件系統由北斗高精度控制系統、云數據處理中心、移動終端接收器（手機、網站）組成。

2.2路基智能碾壓監測系統運用原理

通過安裝于壓路機上的數據采集設備，在壓實過程中實時記錄碾壓行走的區域、區域內行走的遍數、碾壓層厚高度的數據，再通過安裝于壓路機的信號傳輸設備傳輸至云計算中心，在云計算中心中與路基填筑、碾壓的試驗路、設計等相關數據進行分析、評價，形成圖文信息傳輸至接收終端（手機、網頁），管理人員即可實時通過數據判斷監控碾壓質量。當壓路機收集的數據與云計算中心數據對比超出規定的數值時，云計算中心會發送預警信息到接收終端（手機、網頁、壓路機車載顯示器），壓路機手及現場管理人員可立即進行碾壓操作的糾正。

2.3路基智能碾壓監測系統的運用

2.3.1施工現場運用

該套設備運用于丘陵地貌占比75%的沙井至吳圩高速公路路基施工中，使用該套設備前需完成項目大多數測點的土體試驗及碾壓試驗段的施工，完成原始數據的采集并匯總上傳。

完成壓路機的監控設備安裝后，壓路機按照常規路基填筑碾壓施工工藝進行作業，在操作過程中可根據機內顯示屏顏色對漏壓區域及遍數不足區域進行碾壓。現場管理人員可通過電腦顯示器或手機對碾壓進行監控。壓實層厚超過要求時，系統會通過短信息發送到管理人員手機進行提醒。

2.3.2軟件運用信息反饋

該監測系統運用前需將設計數據、路基試驗段數據形成體系錄入系統。壓路機碾壓信息傳輸到云中心后，經過數據匯總分析，輸出形成直觀的碾壓效果反饋。

通過設計分層與北斗精確定位確定具體路段的碾壓層號和碾壓區域，如1 m厚填土碾壓可按照常規分為20 cm一層，共5個碾壓層；根據各碾壓層的樁號確定碾壓長度及碾壓區域。碾壓遍數則通過試驗路段碾壓數據、壓路機重量確定為7遍，每一碾壓層的碾壓遍數通過不同層次的顏色進行反饋，同步即可查看碾壓區域內是否存在漏壓（見圖2）。

碾壓厚度則通過北斗精準定位系統確定壓路機碾壓前后的高程位置及高程差，通過云計算分析確定碾壓后的壓實厚度，通過顏色反饋壓實層厚是否符合相關要求（見圖3）。

系統分析現場數據，對比規定要求，當三個指標其中之一出現超范圍時會通過信息反饋系統進行初步分析，管理人員通過監控信息判斷碾壓效果，及時糾正錯誤作業（見圖4）。

3路基智能碾壓監測系統在丘陵地貌的適用性問題及解決措施

路基智能碾壓監測系統在路基碾壓監控中有積極的作用：能有效控制整體壓實效果，在碾壓全過程中起到監測、反饋、預警的作用，控制實施過程中的薄弱環節。但在運用過程中，路基智能碾壓監測系統存在碾壓區域無信號導致出現信息傳輸不及時、碾壓監控的土體土質變化、碾壓層寬變化等系統與施工現場不適用的問題。

3.1前期數據工作量大

采用路基智能碾壓監測系統的前提條件是對前期數據的整理和輸入，讓設計數據、試驗路數據、現場實際地形數據能通過編輯形成有效的數據系統，該工作量較大，數據越完整，系統過程監測才越有效。解決建議措施：設計數據精準，適用于已完成二階段設計圖紙設計的項目；組建專門技術團隊完成前期數據收集整理。

3.2丘陵地區土體變化的適用性

路基智能監測系統采集的前期數據之一是試驗路段的土體數據，土顆粒、土的最佳含水率、土體材料等數值并非固定的，監測系統單一地采用一個指標監測會出現不契合施工現場的實際情況［3］。解決建議措施：采集土體樣板試驗數據越多，離散性的數據形成的回歸曲線越趨于真實曲線，盡可能根據土方調配設計對施工路段的土體樣板進行取樣，通過采集試驗數據的線性分析確定的碾壓數據更為適用。

3.3丘陵地區信號傳輸影響的適用性

丘陵山底存在通信信號死角，導致監測系統因無信號不能及時進行傳輸和反饋碾壓情況，進而影響碾壓的質量控制。解決建議措施：增設可移動的便捷小型信號傳輸裝置，市場上已有該類產品，可增強傳輸的信號，解決信號死角。

3.4丘陵地形變化較大的適用性

丘陵地區的高速公路路基縱斷面下短上長、橫斷面下寬上窄，每一碾壓層都存在變化，設計數據的計算及現場碾壓的監測匹配不上就會出現監控數據錯誤，無法精準監控；丘陵坡度搭接部需要開挖臺階時，若碾壓層數據變化，搭接部容易出現漏監控；丘陵地區填筑層厚的設計分層與現場實際施工不匹配，導致監控數據無法和現場匹配。解決建議措施：臺階搭接部采用人工現場監控；設計數據與現場實測數據復核，增加搭接臺階寬度數據；每一碾壓層計算采用BIM技術可形成立體三維效果，計算更精準。

3.5碾壓設備的穩定性影響

碾壓監控的關鍵之一就是碾壓設備的穩定性和固定性。碾壓試驗路完成數據收集后，碾壓設備的型號及振動擊實力便可確定并上傳作為參考依據，但大規模采用同型號設備比較困難；在施工中出現設備損壞時，為保證連續施工需更換設備，但設備的更換會對監控數據產生影響。解決建議措施：對進場的壓路機做出完好率80%以上的要求；更換壓路機設備時，品牌可以不一樣，但擊實功率應盡可能接近。

3.6碾壓的連續性影響

在碾壓過程中因雨水、大霧、缺油等因素影響中斷連續碾壓情況下，后期再重復碾壓，土體的含水率發生了變化，而監控系統反映不出，導致實際現場施工不符合，按照監控系統操作會產生錯誤［4］。解決建議措施：及時連續完成作業段施工；針對突發因素影響不能連續碾壓，只能在該層中斷使用，采用人工重新測量土體含水率后，按照技術指導進行碾壓。

4結語

廣西丘陵地貌路基填筑施工采用智能碾壓監測系統，通過對壓路機的碾壓區域、碾壓層厚、碾壓遍數的實時監控，減少壓實設備漏壓、壓實操作不符合規定要求等操作通病，對提高路基的壓實質量有積極的作用。但也存在因無信號傳輸信息不及時、壓路機監控適用性等問題，通過信號增強器、人工介入、大數據收集整理等改進措施，可以更契合施工環境，發揮出智能碾壓監測系統的長處，彌補人為僅憑感覺和經驗的控制短板，提高路基碾壓作業質量和工作效率。

參考文獻

［1］張選鋒.路基智能壓實系統應用技術探討［J］.山西建筑，2012（8）：171-173.

［2］趙秀璞.路基智能壓實控制技術研究［D］.西安：長安大學，2016.

［3］郝彥龍.丘陵地區高速公路路基設計及關鍵施工技術［J］.交通世界，2011（3）：127-128.

［4］范小彬，馬偉，杜發榮，等.連續壓實控制技術及壓實度計在振動壓路機上的應用［J］.筑路機械與施工機械化，2003（5）：39-41.

作者簡介：劉戈（1987—），高級工程師，研究方向：項目施工管理。