毫米級GPS-3D激光數(shù)字控制系統(tǒng)在瀝青面層中的應(yīng)用研究

徐志勇 周強 陳剛 王思堯 李光明

摘 要：結(jié)合工程實例，圍繞毫米級GPS-3D攤鋪系統(tǒng)展開研討，分析闡述毫米級GPS-3D激光數(shù)字控制系統(tǒng)在瀝青路面工程中的應(yīng)用及其工作原理，研究傳統(tǒng)2D攤鋪工藝與mmGPS-3D激光數(shù)字控制攤鋪工藝對瀝青面層施工質(zhì)量（主要對厚度均勻性和平整度提升作用）的影響，明確3D攤鋪的優(yōu)勢，旨在為后續(xù)云南高等級公路瀝青路面面層的施工提供參考，以提高毫米級GPS-3D激光數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：毫米級GPS-3D激光數(shù)字控制系統(tǒng);瀝青路面;平整度

0 引言

我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平提出了更高的要求，在現(xiàn)代公路工程建設(shè)領(lǐng)域，在高速公路的建設(shè)中瀝青路面為主流的路面形式[1]。雖然傳統(tǒng)的2D施工技術(shù)目前已經(jīng)非常的成熟，但是它局限性很強，容易受到掛線鋼絲繩架設(shè)精度等方面的影響，導(dǎo)致資源投入與產(chǎn)出存在失衡的局面，然而這恰恰是3D數(shù)字化施工的著力點[2]。

本研究擬引進(jìn)國外最先進(jìn)的mmGPS-3D激光數(shù)字控制系統(tǒng)，對傳統(tǒng)瀝青面層施工設(shè)備及工藝進(jìn)行改進(jìn)，解決現(xiàn)有路面工程中存在的施工平整度不理想、均勻性差、施工效率低、人工成本高等一系列難題[3]。

1 3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)概述

mmGPS-3D攤鋪控制系統(tǒng)由GNSS基準(zhǔn)站、域激光發(fā)射器、mmGPS流動站和P63攤鋪機(jī)自動控制系統(tǒng)四部分組成。工作原理：系統(tǒng)工作時，GNSS基準(zhǔn)站通過無線通訊實時向流動站接收機(jī)發(fā)送差分信號，同時域激光發(fā)射器實時向流動站發(fā)射高程信息;mmGPS流動站接收機(jī)系統(tǒng)分別將接收到的GNSS衛(wèi)星信號、GNSS基站發(fā)送的差分信號和域激光發(fā)射器發(fā)射的高程信息，進(jìn)行實時的處理解算，實現(xiàn)了實時的厘米級的GNSS平面定位精度和毫米級的高程控制精度。

在路面攤鋪作業(yè)中應(yīng)用 mmGPS 3D 數(shù)字化攤鋪控制系統(tǒng)具有無需掛線攤鋪和自動化管理等優(yōu)勢，而且能夠自行調(diào)節(jié)攤鋪姿態(tài)，減少了人為因素的干擾，提高路面的平整度，能夠很好地滿足路面攤鋪作業(yè)在位置和高程上的要求，保證路面的攤鋪質(zhì)量[4]。

2 試驗方案

本試驗依托云南元江-蔓耗高速公路瀝青路面實體工程鋪筑情況，結(jié)合現(xiàn)場檢測結(jié)果，研究傳統(tǒng)攤鋪工藝與mmGPS-3D激光數(shù)字控制攤鋪工藝對瀝青面層施工質(zhì)量（主要對厚度均勻性和平整度提升作用）的影響。試驗路段分別為K88+745～K89+151，K90+250～K90+972，元蔓高速路面結(jié)構(gòu)總厚度為18 cm。

右幅為傳統(tǒng)掛線施工工藝，左幅為mmGPS-3D施工工藝，分析mmGPS-3D激光數(shù)字控制系統(tǒng)的試驗路段和常規(guī)路段的瀝青面層厚度均勻性和平整度差異。采用連續(xù)式平整度儀測試路面縱向相對高程的標(biāo)準(zhǔn)差，用以表征路面的平整度，采用3D攤鋪系統(tǒng)測量路面高程，用以表征瀝青面層厚度。

3 瀝青面層施工質(zhì)量對比

3.1 不同攤鋪工藝施工質(zhì)量對比

3.1.1 試驗段一平整度試驗結(jié)果分析

云南元蔓高路K88+745～K89+151路段瀝青面層平整度檢測數(shù)據(jù)如表3-1所示，以100 m為間隔對平整度進(jìn)行檢測。其中右幅為傳統(tǒng)施工工藝，左幅為mmGPS-3D施工工藝。

由表3-1檢測數(shù)據(jù)可知：瀝青面層（右幅）采用連續(xù)式平整度儀測得的平整度的平均值為1.159 mm，樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.139;瀝青面層（左幅）采用連續(xù)式平整度儀測得的平整度的平均值為0.828 mm，樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.120，即采用mmGPS-3D攤鋪工藝后瀝青面層的平整度及平整度離散性均變小，路表面更加平整，行車更加舒適。因此，相比傳統(tǒng)瀝青路面攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝施工不僅能提高瀝青面層的平整度，還能減小面層平整度的離散性，有利于對瀝青路面整體施工質(zhì)量的控制。

3.1.2 試驗段一厚度試驗結(jié)果分析

云南元蔓公路K88+745～K89+151路段瀝青面層總厚度（上面層厚度+中面層厚度+下面層厚度）檢測數(shù)據(jù)如下圖3-1所示，以10 m為間隔檢測瀝青路面總厚度。在厚度檢測數(shù)據(jù)處理及分析過程中，對瀝青面層總厚度偏差較大數(shù)據(jù)予以剔除，不進(jìn)行計算。

從圖3-1和圖3-2試驗數(shù)據(jù)可知：傳統(tǒng)攤鋪工藝下，K88+745～K89+151右幅瀝青路面超車道平均厚度為18.81 cm，厚度均方差為47.2%，與設(shè)計厚度偏差為4.5%;行車道平均厚度為18.71 cm，厚度均方差為43.4%，與設(shè)計厚度偏差為4.0%，表明在傳統(tǒng)攤鋪工藝下，K88+745～K89+151右幅瀝青路面現(xiàn)場施工總厚度超過設(shè)計總厚度18 cm，增加了施工成本，且厚度離散性較大。而在mmGPS-3D攤鋪工藝下，K88+745～K89+151左幅瀝青路面超車道平均厚度為17.93 cm，厚度均方差為29.8%，與設(shè)計厚度偏差為-0.39%;行車道平均厚度為18.25 cm，厚度均方差為36.1%，與設(shè)計厚度偏差為1.4%，與設(shè)計厚度較為接近，且厚度均勻性較好。因此，相比傳統(tǒng)攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝能有效控制瀝青路面的合理攤鋪厚度，節(jié)約工程造價。

3.1.3 試驗段一平整度試驗結(jié)果分析

云南元蔓高速K90+250～K90+972路段瀝青面層和水穩(wěn)基層平整度檢測數(shù)據(jù)如下表3-2所示，以100 m為間隔檢測平整度。

由表3-2檢測數(shù)據(jù)結(jié)果可知：瀝青面層（右幅）采用連續(xù)式平整度儀測得的平整度的平均值為1.001 mm，樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.121;瀝青面層（左幅）采用連續(xù)式平整度儀測得的平整度的平均值為0.856 mm，樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.131，采用mmGPS-3D攤鋪工藝的路段平整度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)攤鋪工藝。因此，K90+250～K90+972試路段所得結(jié)論與K88+745～K89+151試驗段基本一致：即采用mmGPS-3D攤鋪工藝施工能提高瀝青面層的平整度，有利于瀝青路面的整體施工質(zhì)量。

3.1.4 試驗段二厚度試驗結(jié)果分析

云南元蔓高速K90+250～K90+972路段瀝青面層總厚度（上面層+中面層+下面層厚度）檢測數(shù)據(jù)如圖3-4所示，以10 m為間隔對總厚度進(jìn)行檢測。

從圖3-3和3-4試驗數(shù)據(jù)可知：在傳統(tǒng)攤鋪工藝下，K90+250～K90+972右幅瀝青路面超車道平均厚度為18.66 cm，厚度均方差為48.9%，與設(shè)計厚度偏差為3.7%;行車道平均厚度為17.56 cm，厚度均方差為56.0%，與設(shè)計厚度偏差為-2.4%。而在mmGPS-3D攤鋪工藝下，K90+250～K90+972左幅瀝青路面超車道平均厚度為17.65 cm，厚度均方差為38.4%，與設(shè)計厚度偏差為-1.9%;行車道平均厚度為18.13 cm，厚度均方差為33.9%，與設(shè)計厚度偏差為0.7%，施工厚度與設(shè)計厚度基本一致，且厚度均勻性優(yōu)于傳統(tǒng)攤鋪工藝（mmGPS-3D攤鋪工藝下瀝青路面厚度均方差?。?。因此，相比傳統(tǒng)攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝更有利于對瀝青面層施工厚度的控制，減小與設(shè)計厚度的偏差，提高厚度均勻性。

4 結(jié)語

（1）相比傳統(tǒng)瀝青路面攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝施工不僅能提高瀝青面層的整體平整度，還能減小平整度的離散性，有利于瀝青路面的整體施工質(zhì)量，進(jìn)而延長路面使用壽命。

（2）在傳統(tǒng)攤鋪工藝下，實現(xiàn)瀝青面層施工總厚度的精準(zhǔn)控制難度較大，易超厚增加施工成本，且厚度離散性較大，給施工質(zhì)量和工程造價帶來隱患。在mmGPS-3D攤鋪工藝下，瀝青路面施工厚度與設(shè)計厚度較為接近，能減小與設(shè)計厚度的偏差，且厚度均勻性好，能有效控制瀝青路面的合理攤鋪厚度，減少筑路材料的用量，節(jié)約工程造價。

參考文獻(xiàn)：

[1]周志偉.3D技術(shù)在瀝青攤鋪施工中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（22）：127-128.

[2]葉學(xué)龍.3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2021（3）：136-137+140.

[3]福格勒3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)助力智能路面施工[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2021，34（1）：31.

[4]白洋.拓普康：將3D數(shù)字化施工帶入更廣闊天地[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2020，33（6）：76-78.