3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)在經(jīng)烏高速公路水穩(wěn)層施工中的試點(diǎn)應(yīng)用

文／內(nèi)蒙古路橋集團(tuán)有限責(zé)任公司 張軍 盧海峨

關(guān)鍵字：3D mmGPS；控制系統(tǒng)；水穩(wěn)層；降本增效

1 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，交通強(qiáng)國(guó)理念的日益深入，品質(zhì)工程建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，在我國(guó)路面施工中幾十年的平地機(jī)+人工、攤鋪機(jī)+鋼絲線基準(zhǔn)線法、攤鋪機(jī)+平衡梁施工工藝，已不能滿足道路高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)代需求。應(yīng)運(yùn)而生越來(lái)越多的“四新技術(shù)”正在我國(guó)交通建設(shè)領(lǐng)域中發(fā)揮出越來(lái)越明顯的助推效應(yīng)，其中3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)在路面施工中的應(yīng)用就表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)[1][2]，無(wú)論在施工質(zhì)量還是在施工效率都是首屈一指，在數(shù)字化高速發(fā)展的今天，利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)手段也將是土建工程中必然的趨勢(shì)。

2 3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)控制原理

3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)是事先將控制高程數(shù)據(jù)建立3D模型，控制系統(tǒng)與攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)接，在攤鋪過(guò)程中通過(guò)LZ-T5激光發(fā)射器將信號(hào)傳輸?shù)絼傂怨潭ㄔ跀備仚C(jī)上帶GNSS接收天線的PZS-MC定位感應(yīng)器，由GNSS相位中心和激光接收原件的幾何中心可精確推斷出熨平板底部的實(shí)時(shí)3D位置與高程，從而可以與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)直觀的顯示在GX-60控制器上，并通過(guò)控制攤鋪機(jī)液壓系統(tǒng)對(duì)熨平板進(jìn)行升/降控制，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)高程精度[3]，另設(shè)2名專(zhuān)人通過(guò)PZS-1檢測(cè)接收機(jī)移動(dòng)檢測(cè)控制數(shù)據(jù)，以達(dá)到雙重校核。

圖1 3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)配置圖

3 3D攤鋪控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)施工工藝技術(shù)對(duì)比分析

采用3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)，可以有效修復(fù)原路面的起伏，同時(shí)兼顧路面攤鋪的平整度和厚度，避免傳統(tǒng)施工測(cè)量放樣采用掛鋼絲繩引導(dǎo)高程過(guò)程中由于鋼絲繩自重下垂和測(cè)量放線中人為因素的影響，解決了高程放樣不精準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)層厚度不均勻，確保攤鋪質(zhì)量。同時(shí)提高施工效率，有效減降低施工成本，3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)施工方法的對(duì)比如表1所示。通過(guò)對(duì)比分析，使用3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)對(duì)于前場(chǎng)施工無(wú)需勞務(wù)人員掛線，施工放樣精準(zhǔn)可靠、高效快捷，有效提高施工效率，同時(shí)可以實(shí)時(shí)對(duì)施工過(guò)程中各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。該技術(shù)較傳統(tǒng)的掛鋼絲繩施工可節(jié)省大量的勞動(dòng)力及材料，同時(shí)縮短工期，降本增效。

表1 3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)施工方法對(duì)比表

4 3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)在經(jīng)烏高速公路試點(diǎn)應(yīng)用

經(jīng)烏高速公路項(xiàng)目位于氣候寒冷地帶，年均無(wú)霜期為60-130天，個(gè)別年份達(dá)140天，初霜在9月中旬初，終霜在5月中旬，路面工程有效施工期僅有將近5個(gè)月。路面6層結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)，單層單幅長(zhǎng)度近1200Km。由于項(xiàng)目具有氣候寒冷、工期緊、任務(wù)重等特點(diǎn)，為優(yōu)質(zhì)高效完成項(xiàng)目建設(shè)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析研究，引入3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)，并在路面水穩(wěn)層開(kāi)展試點(diǎn)應(yīng)用研究。

試點(diǎn)應(yīng)用范圍為K2+500--K14+000左幅11.5Km水穩(wěn)碎石下基層，K0+500--K10+800左幅10.3Km水穩(wěn)碎石上基層。

4.1 試點(diǎn)應(yīng)用段不同維度數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4.1.1 縱斷高程、橫坡

現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取5.8Km（K0+500--K2+500、K6+000-K6+800、K8+000-K9+000、K10+000--K11+000、K13+000-K14+000）139個(gè)斷面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中417個(gè)高程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理計(jì)算分析如下：標(biāo)高誤差在5mm以內(nèi)數(shù)據(jù)達(dá)到80%，5-10mm為18%，超過(guò)10mm的為2%。《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中縱斷高程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)+5～-10mm，合格率達(dá)到91.6%，傳統(tǒng)基準(zhǔn)線法的標(biāo)高控制合格率一般為50%左右，合格率提高83.2%；139個(gè)橫坡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理計(jì)算，合格率達(dá)到100%，與傳統(tǒng)施工方法一致。

4.1.2 厚度

現(xiàn)場(chǎng)厚度檢測(cè)下基層172個(gè)點(diǎn)，上基層143個(gè)點(diǎn)，根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中厚度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)均值h≥19cm即滿足規(guī)范要求，合格率為100%，傳統(tǒng)施工方法的合格率基本為80%，合格率提高25%。

4.1.3 施工進(jìn)度

先 后 對(duì)K2+500--K14+000左 幅11.5Km下 基 層，K0+500--K10+800左幅10.3Km上基層的施工進(jìn)度統(tǒng)計(jì)，平均日進(jìn)度994m，傳統(tǒng)工藝施工平均進(jìn)度800，比傳統(tǒng)工藝施工平均日進(jìn)度提高24.3%。

4.2 試點(diǎn)應(yīng)用效果總結(jié)

通過(guò)3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)在經(jīng)烏高速路面水穩(wěn)層攤鋪中的試點(diǎn)，取得了如下的應(yīng)用效果：

全天候作業(yè)：攤鋪過(guò)程可以做到連續(xù)控制，系統(tǒng)施工不受光線的影響，可以24小時(shí)的全天候連續(xù)作業(yè)，施工效率高、周期短。

無(wú)樁化攤鋪：在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中無(wú)需打樁放樣和架設(shè)鋼絲線，全部采用數(shù)字化信息傳送，便于現(xiàn)場(chǎng)施工管理。

過(guò)程化施工精準(zhǔn)控制：施工作業(yè)過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示圖形和數(shù)據(jù)信息，攤鋪過(guò)程實(shí)時(shí)連續(xù)控制，系統(tǒng)根據(jù)施工要求，準(zhǔn)確按照設(shè)計(jì)高程進(jìn)行施工，精準(zhǔn)可靠、高效快捷。

過(guò)程質(zhì)量控制均勻，離散性小：施工過(guò)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制，測(cè)量全方位無(wú)死角，質(zhì)量控制均勻，數(shù)據(jù)離散性小，有益于道路使用長(zhǎng)壽命。

經(jīng)濟(jì)效益與工效顯著：顯著降低人工費(fèi)直接成本，直接降低機(jī)械費(fèi)直接成本，通過(guò)對(duì)比研究，施工日進(jìn)度比傳統(tǒng)方法可提高24.3%，即可降低機(jī)械費(fèi)用直接成本4792元/日。從現(xiàn)場(chǎng)攤鋪進(jìn)度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，采用3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)，日進(jìn)度可提高24.3%，此項(xiàng)技術(shù)高工效的優(yōu)越性更適合北方地區(qū)。

5 結(jié)束語(yǔ)

3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)是測(cè)量定位、機(jī)械控制和工程施工等諸多技術(shù)領(lǐng)域的融合，現(xiàn)階段歐美等一些國(guó)家的普及率僅為5%～10%及以上的水平，受限于行業(yè)發(fā)展規(guī)范，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才儲(chǔ)備，傳統(tǒng)觀念固化等因素影響，國(guó)內(nèi)施工領(lǐng)域應(yīng)用率不足千分之一，在內(nèi)蒙地區(qū)基本空白。通過(guò)試點(diǎn)應(yīng)用效果來(lái)看，3D mmGPS攤鋪控制系統(tǒng)的使用充分體現(xiàn)出自動(dòng)化控制的科技先進(jìn)性。從水穩(wěn)層的攤鋪過(guò)程控制，到檢測(cè)人員的實(shí)地檢測(cè)，每一層標(biāo)高、橫坡合格率都比傳統(tǒng)方法上都大大提高，而且具有控制的數(shù)據(jù)離散性小的優(yōu)勢(shì)。此項(xiàng)技術(shù)不但為后續(xù)的高質(zhì)量瀝青路面攤鋪奠定了基礎(chǔ)，更有助于減少路面波浪、坑槽、推移等病害，提升路面行車(chē)舒適性，延長(zhǎng)道路使用壽命，而且對(duì)施工企業(yè)降本增效、提高項(xiàng)目管理都有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也將開(kāi)啟我區(qū)道路建設(shè)從傳統(tǒng)的施工工藝邁入數(shù)字化自動(dòng)控制工藝的大門(mén)，給區(qū)內(nèi)公路工程建設(shè)帶來(lái)新的突破和質(zhì)的飛躍，更為“交通強(qiáng)國(guó)”事業(yè)添光增彩。