智慧監(jiān)控技術(shù)在惠清高速公路路面工程中的應(yīng)用

李啓榮，許新權(quán)，謝光寧

(1.廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司，廣州 510623；2.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

現(xiàn)有的路面質(zhì)量管理主要依靠現(xiàn)行規(guī)范對(duì)路面用原材料、配合比及實(shí)體工程進(jìn)行常規(guī)指標(biāo)的檢測(cè)，可對(duì)路面質(zhì)量起到一定的保證作用，但常常存在常規(guī)手段難以甄別路面用原材料的優(yōu)劣、配合比波動(dòng)較大、破壞性檢測(cè)無(wú)法進(jìn)行全覆蓋評(píng)價(jià)路面施工的均勻性等問(wèn)題[1-2],進(jìn)而導(dǎo)致管理人員無(wú)法全面掌握瀝青路面整體質(zhì)量，鋪筑的瀝青路面因配比波動(dòng)較大、均勻性不佳等缺陷而出現(xiàn)車轍、坑槽等早期病害，嚴(yán)重影響瀝青路面的使用壽命[3-5]。

針對(duì)傳統(tǒng)路面施工質(zhì)量管理的不足，惠清高速公路引入路面智慧監(jiān)控咨詢單位，采用無(wú)核密度儀、激光紋理儀、信息化監(jiān)控技術(shù)、智能碾壓監(jiān)控系統(tǒng)、紅外攝像技術(shù)等開展拌和樓計(jì)量系統(tǒng)、碾壓智能控制、瀝青路面密度、顆粒離析及滲水狀況均勻性等快速無(wú)損的智慧監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用，以保證路面質(zhì)量管理的有效性，提高路面的工程質(zhì)量和使用性能。本文主要介紹智慧監(jiān)控技術(shù)在惠清高速公路路面工程中的應(yīng)用及效果，可供類似工程參考借鑒。

1 工程概況

廣東省汕頭至湛江高速公路惠州至清遠(yuǎn)段(以下簡(jiǎn)稱“惠清高速公路”)起于惠州市龍門縣龍華鎮(zhèn)，終于清遠(yuǎn)市清新區(qū)太和鎮(zhèn)，全長(zhǎng)約125 km。該項(xiàng)目途經(jīng)多處生態(tài)自然保護(hù)區(qū)、環(huán)境敏感區(qū)，存在橋隧比例大、路面結(jié)構(gòu)類型多、原材材料用量大、優(yōu)質(zhì)石料匱乏、施工點(diǎn)多面廣、質(zhì)量控制難度大等特點(diǎn)。該項(xiàng)目是交通運(yùn)輸部綠色公路、科技示范工程、品質(zhì)工程試點(diǎn)項(xiàng)目，對(duì)路面質(zhì)量管理提出了更高的要求。

2 智慧監(jiān)控技術(shù)

惠清高速公路采用路面質(zhì)量智慧監(jiān)控技術(shù)助力路面品質(zhì)工程的建設(shè)。路面施工質(zhì)量智慧監(jiān)控主要包括原材料質(zhì)量智慧監(jiān)控(瀝青質(zhì)量指紋識(shí)別、集料質(zhì)量深度檢測(cè)評(píng)價(jià))、路面施工過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控(混合料拌和過(guò)程信息化監(jiān)控及攤鋪、碾壓智慧監(jiān)控)、瀝青路面全段面滲水狀況和均勻性快速檢測(cè)評(píng)價(jià)等。開展智慧監(jiān)控的主要目的是發(fā)現(xiàn)路面施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，及時(shí)分析產(chǎn)生的原因，提出改進(jìn)的措施和對(duì)策，保證路面工程的建設(shè)質(zhì)量，打造交通運(yùn)輸部“品質(zhì)工程”示范工程。

2.1 原材料質(zhì)量智慧監(jiān)控技術(shù)

2.1.1 瀝青運(yùn)輸采用GPS進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控

惠清高速公路路面工程所用的瀝青采用統(tǒng)一采購(gòu)、集中供應(yīng)管理，并派駐監(jiān)控人員駐庫(kù)監(jiān)管。從瀝青采購(gòu)到岸開始，對(duì)瀝青取樣進(jìn)行檢測(cè)合格后，采取入庫(kù)封存、電子監(jiān)控、發(fā)貨監(jiān)測(cè)、車輛GPS定位等一系列措施，實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的全過(guò)程監(jiān)控管理，確保瀝青供應(yīng)、使用的可追溯性(圖1)。

圖1 瀝青車輛運(yùn)輸線路GPS監(jiān)控

2.1.2 瀝青指紋識(shí)別快速檢測(cè)技術(shù)

每種瀝青都具有其特殊的分子和結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)獨(dú)有的指紋圖譜，采用傅里葉變換紅外(FTIR)光譜技術(shù)可以對(duì)瀝青的指紋圖譜進(jìn)行識(shí)別，判斷瀝青的結(jié)構(gòu)組成、添加劑(SBS、SBR)摻量、純度、老化程度等。廣東華路交通科技有限公司依托交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目開發(fā)了瀝青指紋識(shí)別快速檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)具有先進(jìn)的智能分析軟件，檢測(cè)速度快，方法簡(jiǎn)單易用，且擁有廣東省各種品牌瀝青的數(shù)據(jù)庫(kù)，可快速檢測(cè)改性瀝青中SBS摻量及基質(zhì)瀝青的品質(zhì)，與傳統(tǒng)瀝青檢測(cè)方法結(jié)合使用，有效提高了檢測(cè)效率，可實(shí)現(xiàn)瀝青全覆蓋檢測(cè)與質(zhì)量控制，保障了施工過(guò)程中瀝青供應(yīng)的質(zhì)量(圖2)。

圖2 瀝青圖譜分析

2.1.3 掃描電鏡檢測(cè)集料微觀形貌

采用規(guī)范試驗(yàn)指標(biāo)及掃描電鏡檢測(cè)路面用集料的微觀形貌對(duì)承包人初步選定的集料的路用性能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)與分級(jí)，提出集料選用建議與原則，確保用于本項(xiàng)目各結(jié)構(gòu)層的集料質(zhì)量可靠、性能優(yōu)良(圖3～圖4)。

圖3 集料放大2 000倍SEM圖像

圖4 集料放大5 000倍SEM圖像

2.2 路面施工過(guò)程智慧監(jiān)控技術(shù)

2.2.1 配合比優(yōu)化驗(yàn)證及拌和樓信息化監(jiān)控

為了確保惠清高速公路路面工程的品質(zhì)，根據(jù)本項(xiàng)目集料、瀝青的實(shí)際情況，對(duì)三個(gè)路面標(biāo)段分別開展水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青面層配合比優(yōu)化驗(yàn)證。同時(shí)以現(xiàn)行瀝青路面標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程為依據(jù)，運(yùn)用質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理方法，采用軟、硬件相結(jié)合的手段，建設(shè)信息化質(zhì)量管理平臺(tái)，對(duì)水穩(wěn)拌和站、瀝青拌和站的混合料拌和、現(xiàn)場(chǎng)攤鋪、碾壓等影響路面施工質(zhì)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸、分析、反饋，對(duì)異常的施工數(shù)據(jù)以報(bào)警方式實(shí)時(shí)報(bào)告給管理人員，管理人員根據(jù)質(zhì)量管理制度及時(shí)對(duì)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的工程情況進(jìn)行閉合處理，實(shí)現(xiàn)路面施工質(zhì)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控(圖5～圖6)。

圖5 施工過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)管平臺(tái)

圖6 誤差分析效果

2.2.2 瀝青路面智能壓實(shí)技術(shù)

瀝青路面碾壓遍數(shù)和速度受人為因素影響大，存在過(guò)壓和欠壓等現(xiàn)象。該項(xiàng)目引進(jìn)智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)瀝青路面施工過(guò)程中的碾壓溫度、碾壓速度、碾壓遍數(shù)及壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，生成壓實(shí)質(zhì)量報(bào)告并歸檔存儲(chǔ)，形成可永久保存、可追溯查詢的電子檔案。該技術(shù)可顯著提高壓實(shí)作業(yè)的規(guī)范性，對(duì)規(guī)范瀝青路面施工、提高作業(yè)效率，保障路面壓實(shí)質(zhì)量發(fā)揮了重要作用(圖7～圖8)。

圖7 北斗定位

圖8 液晶屏實(shí)時(shí)顯示碾壓軌跡

2.3 瀝青路面滲水狀況及均勻性全斷面評(píng)價(jià)技術(shù)

2.3.1 瀝青路面全斷面滲水狀況檢測(cè)

2.3.1.1 滲水狀況全斷面快速檢測(cè)系統(tǒng)

采用廣東華路交通科技有限公司自主開發(fā)的瀝青路面滲水狀況全斷面快速檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)瀝青路面全斷面滲水狀況進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，該技術(shù)同時(shí)可以對(duì)路面的均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)，保證濕熱地區(qū)瀝青路面的密實(shí)性和均勻性(圖9)。

圖9 瀝青路面滲水狀況全斷面檢測(cè)車

2.3.1.2 評(píng)價(jià)方法

對(duì)采集到的全斷面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(對(duì)采集區(qū)域進(jìn)行分區(qū))，計(jì)算不同區(qū)域滲水系數(shù)，以測(cè)試結(jié)果對(duì)路面滲水狀況進(jìn)行范圍劃分，并計(jì)算其各自所占比例，以評(píng)價(jià)瀝青路面的滲水狀況。初步確定的GAC-16、GAC-20、GAC-25滲水系數(shù)等級(jí)范圍見表1～表3。

表1 上面層GAC-16滲水系數(shù)范圍劃分

表2 中面層GAC-20滲水系數(shù)范圍劃分

表3 下面層GAC-25滲水系數(shù)范圍劃分

2.3.2 瀝青路面質(zhì)量無(wú)損快速檢測(cè)技術(shù)

采用無(wú)核密度儀對(duì)壓實(shí)后的瀝青路面進(jìn)行壓實(shí)度、密度無(wú)損檢測(cè)及壓實(shí)均勻性分析評(píng)價(jià)，為提高瀝青路面的壓實(shí)均勻性提供技術(shù)支持。也可在瀝青混合料壓實(shí)過(guò)程中，采用該設(shè)備檢測(cè)評(píng)價(jià)混合料的壓實(shí)特性，為制定合理的碾壓工藝提供依據(jù)(圖10～圖11)。

圖10 無(wú)核密度儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

圖11 瀝青路面壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)

采用手推式激光紋理儀對(duì)瀝青路面表面紋理進(jìn)行測(cè)試，依此評(píng)價(jià)表觀紋理的均勻性，為調(diào)整路面攤鋪工藝提供依據(jù)(圖12～圖13)。

圖13 瀝青路面斷面構(gòu)造均勻性評(píng)價(jià)

3 應(yīng)用效果分析

惠清高速公路瀝青路面攤鋪的效果如圖14和圖15所示，路面芯樣顆粒均勻性及壓實(shí)密度均勻性如圖16和圖17所示。相比常規(guī)的點(diǎn)狀、損壞檢測(cè)，采用智慧監(jiān)控技術(shù)，效率更高、覆蓋面更廣，可全面、快速地評(píng)價(jià)瀝青路面的施工質(zhì)量，為項(xiàng)目管理者提供決策依據(jù)，保障了瀝青路面的施工質(zhì)量，提高了瀝青路面施工的均勻性。

圖14 瀝青面層全斷面攤鋪

圖15 下面層攤鋪效果

圖16 中面層芯樣切面

圖17 中面層均勻性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

工程應(yīng)用表明，路面質(zhì)量智慧監(jiān)控技術(shù)使建設(shè)單位在材料控制、混合料拌和、攤鋪、碾壓及工后評(píng)價(jià)中能夠快速、準(zhǔn)確、高效地判斷路面施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，提高了項(xiàng)目的管理效率和技術(shù)管理水平，減少了路面的局部缺陷，提高瀝青路面的均勻性，可延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。建議將可借鑒、可推廣、可復(fù)制的智慧監(jiān)控技術(shù)經(jīng)驗(yàn)形成指南，甚至上升到地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并在全國(guó)范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，對(duì)高速公路路面質(zhì)量的精準(zhǔn)控制、管理水平的提高，都具有很好的推動(dòng)作用。