公路工程質量控制管理中的試驗檢測技術分析

胡欽強，潘玉成

(四川沿江宜金高速公路有限公司，四川 成都 610041)

公路建設對地區經濟發展有重大影響，強化公路工程施工質量管理成為降低質量風險的重要組成部分。但現有調查研究發現，公路運行時間延長以及車輛荷載等外力作用影響會導致公路路基路面的力學條件發生改變，最終影響其使用年限。為解決上述問題，相關人員應進一步完善公路工程質量管理路徑，尋找一種更高效、便捷的工程試驗檢測技術，最終全面提升公路工程施工效果。

1 便攜式落錘彎沉儀技術分析

1.1 技術簡介

便攜式落錘彎沉儀技術又被稱為落錘式彎沉儀，是一種基礎填筑表面的動力承載力試驗檢測裝置，具有攜帶方便、操作簡單等優點，其整體結構如圖1所示。其中包括數據傳輸系統、加載系統以及數據采集系統幾方面，其中加載裝置包括橡膠墊塊、落錘以及鎖定桿等；傳輸系統則包括數據處理軟件與傳輸裝置；數據采集系統則包括采集模塊、位移傳感器以及壓力感知模塊。

圖1 便攜式落錘彎沉儀的基本結構

1.2 裝置測試流程

在公路工程路基性能檢測中，以PRIMA100型便攜式落錘彎沉儀為例，該裝置的操作步驟包括：

(1)詳細了解公路工程項目的現場資料，根據現場實際情況選定路基性能監測點位，并將便攜式落錘彎沉儀運抵現場，按照說明書正確組裝并連接電源。

(2)連接電源后即可啟動設備，用數據線分別連接便攜式落錘彎沉儀的I/O端口與電腦RS232串口；啟動電腦采集軟件后，觀察設備是否聯通，當指示燈顯示為綠色時證明系統正常，可以做現場測試[1]。

(3)在數據采集軟件中根據項目技術資料以及現場測試要求保存工程項目現場監測的溫度、測點號、文件名、泊松比等數據，在數據采集中按“F12”鍵即可進入采集狀態。

(4)調整落錘高度為3/4，將鎖定桿固定好后，即可提起落錘并鎖定。工作人員扶住便攜式落錘彎沉儀的操作柄并按下保護插銷；扳動鎖定桿后，使落錘自由落下，此時落錘可沖擊便攜式落錘彎沉儀裝置的橡膠墊。

(5)由設備自行記錄裝置的荷載以及位移時程曲線情況，獲得現場測試的最大彎沉值與壓力值、落錘沖擊承載板的時間。此時根據系統顯示的彎沉值、作用力值以及回彈模型等判斷數據是否合理，若證實數據合理，可按“F2”鍵保存數據；若認為數據不合理可按“Esc”鍵取消。

(6)重復上述操作過程，確保每個檢測點的測試4次以上，確保系統觀測的有效數據≥3。

(7)完成一個點位的現場監測后即可將便攜式落錘彎沉儀設置移動至下一檢測點，重復上述操作直至現場測試過程結束，最后保存數據并按“Ctrl+F10”鍵關閉軟件。

(8)關閉電源并拆卸設備。

1.3 便攜式落錘彎沉儀現場檢測的注意事項

在便攜式落錘彎沉儀設備現場監測中，應根據公路工程項目實際情況注意以下5方面內容：1)在設備組裝節點應分析指示燈顯示為紅色的原因，一般除裝置連接錯誤外，還有可能是數據連接線自身質量問題。因此在便攜式落錘彎沉儀設備現場組裝階段應重點關注數據連接線的安裝問題，避免因為彎折等不合理操作而導致連接線損壞；2)測試前應結合公路工程技術資料正確設定測試參數，保證設備運行狀態與現場實際情況相契合，避免獲得失真的公路現場檢測數據；3)在選擇監測點位時應優先選擇路基上的平整測試點，確保裝置的承載板能與路基保持平行；對于監測點位凹凸不平等問題，可用細砂填平；4)在獲取每個監測點位的現場數據期間，每個檢測點應預壓1～2次左右，通過預壓確保路基表面接觸效果。同時檢測期間一旦出現承載板不穩定或者滑桿傾斜等問題都會嚴重影響測試結果精準度，因此在檢測期間要求工作人員握緊手柄并適當施加向下的作用力，保證承載板穩定；5)對于檢測結果存在較大數據偏差情況，例如本次檢測結果與上一次結果的差值≥10%，則應舍棄該組數據做第二次測試。

2 便攜式落錘彎沉儀在細粒土路基壓實質量檢測應用

2.1 工程項目簡介

案例公路工程項目的總長度約為60.13km，其主線結構采用雙向6車道設計，設計時速為120km/h，道路的路基寬度約為34.8m。根據現場地質勘測結果顯示，地層主要是河流中下游發生大量堆積而成，因此第四紀堆積物巨厚，以細粒土為主，巖性主要為第四系全新統和上更新統沖洪積形成的灰黃、褐黃色及灰色的粉質黏土、粉土、粉細砂、中砂，基巖埋藏較深。

2.2 快速檢測思路

2.2.1 試驗方案

案例工程項目中對路堤壓實度做出明確規定，要求壓實度應≥95%；在現場碾壓施工中選擇的施工工藝為：先用壓路機靜壓1次，之后振動碾壓3次，最后靜壓收面。將隨機選擇公路項目中的某標段為試驗段，在該試驗段周圍選擇斷面，斷面中部分布設5個監測點位，相鄰檢測點位的間隔為7m。

2.2.2 碾壓遍數對路堤回彈模量的影響

為判斷不同工藝條件對陸地回彈模量等因素影響，本次將試驗檢測路面細粒土路堤壓實過程中的回彈模量變化情況，試驗過程中要求在每次碾壓結束后用便攜式落錘彎沉儀進行現場檢測，最終現場測試結果如表1所示。

表1 碾壓遍數對于細土路堤回彈模量的影響(單位：MPa)

根據表1所記錄的相關數據可發現，在本次細粒土堤壓實施工階段，5個監測點位的相關數據均證明：隨著碾壓次數的增加，便攜式落錘彎沉儀所記錄的回彈模量更高；且隨著碾壓次數增加，5個點位的回彈模量增速明顯下降，證明細粒土堤的結構逐漸趨于平穩。

2.2.3 碾壓遍數對路堤壓實度的影響

為判斷便攜式落錘彎沉儀在路堤壓實度檢測中的可行性，本文將以案例公路中的某一標段為研究對象，觀察每一次壓實過程對結構壓實度的影響。現場測試結果顯示，當路堤碾壓1遍時，便攜式落錘彎沉儀記錄的壓實度約為75.26%；碾壓2遍時裝置記錄的壓實度為84.19%；碾壓3遍時裝置記錄的壓實度為90.84%；碾壓4遍時的壓實度為92.95%；碾壓5遍時的路堤壓實度為94.32%。根據上述數據的變化情況可以發現，在路堤碾壓過程中隨著碾壓遍數的增加，土體結構的整體壓實度明顯增加，且隨著碾壓數量增加，土體壓實度增長速度明顯放緩。

2.3 應用效果評價

在傳統細粒土路基壓實質量檢測中通常采用灌砂法等技術做現場施工質量監控，根據案例工程項目的實際經驗進行比較后，結果顯示便攜式落錘彎沉儀在細粒土路基壓實質量檢測中的操作簡單、檢測效率快，這也為該技術的進一步推廣奠定良好基礎。

3 傾斜攝影模型研究

當前公路工程項目的工程量大且施工條件復雜程度不斷提升，傳統人工測量方法存在效率低下以及誤差精度不高等問題。而得益于無人機技術的進一步發展，基于無人機平臺的傾斜攝影測量技術出現，成為工程質量試驗檢測的重要組成部分，值得關注。

3.1 硬件準備方案

(1)在傾斜攝影模型技術中以無人機為現場監測的主要平臺，采用大疆系列垂直起降固定翼無人機，該無人機的主要技術優勢為靈活性強、續航時間長且荷載量大等優點，對不同公路工程檢測環境有良好的適應性[2]。

(2)導航與控制系統選擇。本次傾斜攝影技術采用GNSS全球衛星導航系統，可利用多顆衛星觀察其空間分布情況，可通過空間距離后方交會，為用戶提供高精度的空間位置信息。

(3)攝影儀。目前在傾斜攝影技術中可選擇單鏡頭、兩鏡頭與三鏡頭等幾種類型，可支持360°旋轉拍攝，并根據攝像頭的拍攝角度情況拼接圖像，支持現場多角度拍攝以及重疊影像的功能。

3.2 關鍵技術

3.2.1 多視影像聯合平差技術

該技術可在地面控制點稀少甚至沒有的情況下觀察目標區域的影像進度情況，整個技術方案的實施步驟為：先通過特征算法提取不同影像時間的數據特征，在獲取影像數據參數的情況下，將POS數據作為現場信息匹配的初始參數，在構建連接點、控制坐標點以及連接線的基礎上，計算多視影像的區域網平差值。

為提升數據處理效果，在本次多視影像聯合平差技術中將通過光束法構建空中三角測量控制網，將無人機、攝像點以及標志物點作為現場數據的基礎方程，構建基于整個勘測區域的誤差方程式后，依照最小二乘法原理計算平差，計算三維點云的實際坐標值[3]。

3.2.2 多視影像密集匹配

目前在公路工程影像數據處理中，受到影像聯合平差等因素影響，導致在圖像處理中只能獲得少量的離散空間點，此時應通過圖像間稠密匹配的方式獲得三維點云，確保模型結構光滑、可識別。在整個影像圖片處理中，其稠密匹配和特征點匹配的不同之處需要采用更加嚴格的約束條件對逐個像素識別找出同名點，最終在短時間內完成特征點的匹配。

4 傾斜攝影模型技術在公路工程質量管理中的應用

本次研究中將參照上文所選的公路工程項目展開分析，根據圖像處理的結果綜合判定傾斜攝影模型技術的應用價值。

4.1 數據獲取以及像控點的布設方案

4.1.1 數據獲取方案

數據獲取是傾斜攝影技術的前期關鍵環節，其圖像獲取質量直接關系到公路工程項目施工結果精度。本項目將在大疆M300系列無人機平臺基礎上，通過睿博D2M鏡頭觀察測區的相關數據，其關鍵技術參數如表2所示。

表2 傾斜攝影的關鍵參數

4.1.2 野外控制點布設方案

本項目在野外控制點布設方案中采用六點法布設，其中4個控制點被設置在觀景臺停車線外角位置，另外兩個監測點位則參照標志牌為參照物。

4.2 三維建模方案

本項目在三維建模中采用Context軟件，該軟件具有操作簡單、數據處理效率高的優點，可直接導入經過預處理的圖片，在完成圖片2次加工后即可形成三維加密數據，其數據處理精度高。該軟件的現場操作步驟為：1)選擇軟件上的“新建”工程，添加新工程名稱后，確定該工程項目關鍵數據的項目名稱及其數據保存路徑；2)在新建工程區域中添加本次傾斜測量的圖像數據，同時向系統中導入對應的POS數據，設置坐標參考系；3)在測量選項界面導入控制點作用，結合影像的自身坐標以及控制點坐標參數完成低空間數據匹配以及計算空中三角參數。

4.3 傾斜攝影模型技術在公路施工試驗檢測中的應用

4.3.1 在路面工程外觀尺寸中的應用

(1)路面寬度評價。本次項目中通過空間測量長度記錄道路的路面寬度情況，根據本次項目實際情況，在道路每隔25m位置選擇1個監測點位，整條主干道路上共有監測點位132處，同時也包括58處匝道測量點位。

通過上述點位劃分情況評估道路監測點位的路面誤差情況，相關結果顯示，道路的實測誤差為0.02～0.03m，證明其整體數據精度情況滿足質量標準。

(2)中線偏位評估。中線偏位情況是道路工程項目現場施工質量控制的重要組成部分，本文將通過AutoCAD軟件進行中線偏位評價，分別對比CAD與設計圖紙中道路重點疊合對比情況[4]。最終本次項目中選擇106處中線偏移監測點位，包括道路主干70處，側匝道測量點位46處進行現場測試，最終的相關結果顯示，在本項目所選的106處監測點中，發現出現偏位的點數為8處，其偏差取值范圍為0.01～0.03m。

(3)路面橫坡質量評估。傾斜攝影模型技術將配合LSV平臺，在提取公路工程項目試驗段的路面橫坡參數后，每隔25m設置1個檢測斷面，最終整個實驗區域中共設置了174處監測點位，其中包含主干道141處，匝道測量33處。最終根據傾斜攝影模型技術的現場應用結果可知，在所選的174處監測點位中，有6處的現場檢測結果超出允許偏差，其中最大超出偏差值為0.61%。

4.3.2 在護坡支擋工程中的應用

(1)評價公路工程的護坡長度。傾斜攝影模型技術通過LSV平臺動態觀測公路工程項目試驗段的路基防護長度情況[5]。根據無人機攝像檢測結果與設計文獻的對比結果最終證實，項目中護坡的長度與局部設計不符，因此安排施工單位對缺損部位進行修補，修補結束后結果顯示護坡長度滿足設計要求。

(2)評估公路護坡的坡度。通過傾斜攝影模型技術檢測路基護坡坡度值，在對整個測試路段展開現場檢測后，提取與實驗路段坡度相關的關鍵施工參數。最終測試結果顯示，案例公路工程項目的實測坡度為8.33%～15.04%，除部分小于9.00%的路段外，其他部位的坡度設置均符合圖紙的要求。

(3)在頂面高程評價中的應用。傾斜攝影模型技術利用系統平臺提供的坐標高程數據，沿著路堤與路肩邊線位置取縱斷面，每個25m位置設置一個檢測斷面，直至完成整改測區的高程護坡高度提取工作。本文節選了本次項目中護坡頂面高程的現場檢測結果，具體數據如表3所示。

表3 公路工程護坡頂面高程數據測試表

根據表3所記錄的相關數據可發現，通過傾斜攝影模型技術可明確觀察公路工程項目的護坡穩定的關鍵誤差數據，證明通過該方法可以評估公路工程項目中是否存在頂面高程不合格的質量問題具有可行性。

4.3.3 在涵洞工程中的應用

本次公路工程項目在現場施工階段涉及穿越涵洞的情況，在施工質量控制管理階段參照圖紙明確了涵洞的長度、凈高與中心線等構件的關鍵參數后，即可通過傾斜攝影模型技術進行質量評價。最終測試結果顯示，本次項目中涵洞施工后的實際長度為48.10m、凈高為5.34m、跨徑平均為7.85m、軸線偏移平均為13.8mm，根據上述數據可以通過本次公路工程中的實測值與設計值對比得出：涵洞長度、跨徑、凈高和中線偏移值均在允許偏差范圍內。

4.4 應用效果評價

根據案例項目的成功經驗可知，在公路工程質量管理中采用傾斜攝影模型技術具有可行性。根據上文的研究結果可知，該技術可滿足路面工程、防護支擋工程、涵洞工程現場測量要求，且數據精度高、現場測量效率滿意，因此值得推廣。

5 結語

在當前公路工程質量管理控制階段，相關人員應圍繞公路工程項目施工質量要求完善現場管理工作規范，本文所介紹的傾斜攝影模型技術以及便攜式落錘彎沉儀技術在施工現場質量管理中均表現出良好的適應性，與傳統測試技術相比具有美好的效果。