質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和無損檢測技術(shù)在廣連高速公路路面工程中的應(yīng)用

闕善強，包聰靈

(1.中交第四航務(wù)工程局有限公司總承包分公司,廣州 510290；2.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

傳統(tǒng)的瀝青路面質(zhì)量主要是通過施工單位自檢和監(jiān)理、中心試驗室抽檢等進行控制，這種檢測手段一是以局部反映整體狀況，樣本量較少，存在一定的主觀性;二是傳統(tǒng)檢測方式多為破損性檢測，對瀝青路面的耐久性具有一定的影響[1-2]。針對上述問題，廣連高速公路建設(shè)項目引進了質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和無損檢測技術(shù)。質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理主要是通過傳感器、視頻監(jiān)控、GPS等設(shè)備將原材料和混合料的加工、運輸、生產(chǎn)等過程通過網(wǎng)絡(luò)進行實時反饋，并通過終端實現(xiàn)可視化檢測。此外，該質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計功能，能夠?qū)⒒旌狭习韬?、運輸、攤鋪、碾壓的數(shù)據(jù)進行分析，并將分析結(jié)果反饋至前、后場，從而指導(dǎo)混合料的拌和與施工。無損檢測技術(shù)是通過無核密度儀、激光紋理儀、高精度斷面儀、橫向力系數(shù)車等先進的設(shè)備對已施工的瀝青路面進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果對原材料和施工過程進行動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)了質(zhì)量控制的可視化和實時化，保證施工質(zhì)量控制的有效性[3-5]。

1 工程概況

廣州從化至清遠連州高速公路起于廣州市從化區(qū)鰲頭鎮(zhèn)五豐村，接在建的佛清從高速公路北段，向北經(jīng)廣州從化區(qū)、清遠清城區(qū)、佛岡縣、英德市、陽山縣、連州市，終于清遠連州市大路邊鎮(zhèn)鳳頭嶺(粵湘界)，順接湖南省衡臨高速公路。路線全長212.951km。項目采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，起點至大灣互通以南設(shè)計速度120km/h，路基寬度34.5m;大灣互通至終點設(shè)計速度100km/h，路基寬度33.5m。路基各部分組成為：行車道寬2×3×3.75m、硬路肩寬2×3.0m(含右側(cè)路緣帶寬2×0.5m)、中間帶寬4.50m(中央分隔帶3.0m、左側(cè)路緣帶寬2×0.75m)、土路肩寬2×0.75m。分離式路基寬度為17m，路基各部分組成為：行車道寬3×3.75m、右側(cè)硬路肩寬3.0m(含右側(cè)路緣帶寬0.5m)、左側(cè)硬路肩寬1.25m(含左側(cè)路緣帶寬0.5m)、土路肩寬2×0.75m。路拱坡度：不設(shè)超高路段，行車道、路緣帶及硬路肩采用2%，土路肩采用4%。

本項目路面工程主線路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案見表1。

表1 廣連高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

(續(xù)表1)

2 質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

廣連高速公路建設(shè)項目為了助力路面施工質(zhì)量控制，引進了路面施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括瀝青站質(zhì)量檢測、施工作業(yè)現(xiàn)場管理、瀝青原材料運輸管理、瀝青試驗管理等4個模塊，每個模塊中含有不同的小類，主要是從原材料運輸、檢測以及混合料級配、拌和、運輸、攤鋪、碾壓進行全過程監(jiān)督，便于發(fā)現(xiàn)路面施工過程中存在的問題，及時分析產(chǎn)生的原因，提出改進措施和對策，保證路面工程施工質(zhì)量，為“創(chuàng)國優(yōu)”提供堅實的保障。

2.1 瀝青站質(zhì)量檢測

瀝青站質(zhì)量檢測模塊包括實時日產(chǎn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報警監(jiān)控等三類。日產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠反映實時的每盤混合料的摻配配比、級配，并可通過相關(guān)選項按鈕選擇圖表和數(shù)字兩種顯示模式，此外還可以根據(jù)混合料級配類型和施工日期查詢歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為質(zhì)量溯源提供可靠支持(圖1)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計主要是反映從開始生產(chǎn)至今每層混合料的總計量。報警系統(tǒng)是根據(jù)預(yù)先設(shè)置的預(yù)警條件，分三級進行預(yù)警，主要是通知管理人員拌和樓生產(chǎn)數(shù)據(jù)異常，如圖2所示。

圖1 日產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

圖2 報警系統(tǒng)

2.2 施工作業(yè)現(xiàn)場管理

施工作業(yè)現(xiàn)場管理可反映施工現(xiàn)場的相關(guān)信息，包括進度管理、作業(yè)區(qū)管理、攤鋪作業(yè)現(xiàn)場、攤鋪質(zhì)量檢測和攤鋪溯源等。

2.2.1 進度管理

進度管理主要是根據(jù)不同標(biāo)段路面結(jié)構(gòu)實際長度和已經(jīng)完成施工段落占總長度的比值進行表示，采用不同顏色反映不同的結(jié)構(gòu)物和結(jié)構(gòu)層，如圖3所示。

圖3 進度管理

2.2.2 攤鋪作業(yè)現(xiàn)場

攤鋪作業(yè)現(xiàn)場實時地表述了瀝青路面施工現(xiàn)場攤鋪，碾壓的速度、溫度、碾壓遍數(shù)和施工樁號等，如圖4所示。

圖4 攤鋪作業(yè)現(xiàn)場

2.2.3 攤鋪質(zhì)量檢測

攤鋪質(zhì)量檢測的主要目的是追查已經(jīng)施工段落的攤鋪、碾壓質(zhì)量，可通過動畫的形式和最終成型狀態(tài)進行顯示(圖5)。攤鋪質(zhì)量檢測是質(zhì)量溯源的關(guān)鍵，與現(xiàn)場攤鋪效果對應(yīng)很好(圖6)。

圖5 攤鋪質(zhì)量查詢

圖6 攤鋪質(zhì)量顯示

2.2.4 攤鋪質(zhì)量溯源

攤鋪質(zhì)量溯源主要反映的是混合料拌和時間、運輸時間和攤鋪時長(圖7)，從側(cè)面反映拌和樓的控制能力和現(xiàn)場攤鋪質(zhì)量，為路面施工質(zhì)量控制提供依據(jù)。

圖7 攤鋪質(zhì)量溯源

2.3 原材料運輸管理

瀝青是路面施工的主要材料之一。廣連高速公路建設(shè)項目對瀝青采用的是甲控管理方式，施工單位委派專人進駐瀝青場，從瀝青采購到岸開始，對瀝青取樣進行檢測合格后，采取入庫封存、電子監(jiān)控、發(fā)貨監(jiān)測、車輛GPS定位等一系列措施，實行點對點的全過程監(jiān)控管理，確保瀝青供應(yīng)、使用的可追溯性(圖8)。

圖8 混合料運輸軌跡

2.4 瀝青試驗管理

瀝青試驗管理系統(tǒng)是將監(jiān)控系統(tǒng)同瀝青三大指標(biāo)實驗儀器相連接，每次試驗時能夠自動的采集試驗結(jié)果并上傳至系統(tǒng)，供管理者查閱(圖9)。

圖9 瀝青混合料試驗管理系統(tǒng)

3 無損檢測技術(shù)

無損檢測技術(shù)是指通過儀器設(shè)備在對路面不破損的情況下對路面的相關(guān)性能進行連續(xù)的檢測。廣連高速公路建設(shè)項目主要應(yīng)用了無核密度儀、激光紋理儀、高精度斷面儀和橫向力系數(shù)車，分別就某標(biāo)段上面層試驗段的孔隙率、構(gòu)造深度、平整度和抗滑性能等進行檢測，為后續(xù)施工級配、施工工藝的調(diào)整提供依據(jù)，保證了路面施工質(zhì)量。

3.1 攤鋪均勻性

采用無核密度儀(PQI300)對施工的上面層進行密度、孔隙率檢測，并對施工均勻性進行評價，為改進攤鋪均勻性和壓實方法提供依據(jù)和支撐(圖10)。

圖10 無核密度均勻性評價

由圖10可知，施工單位全幅攤鋪機伸縮板位置空隙率偏大，攤鋪機中部存在一條粗離析帶，經(jīng)過對螺旋葉片的直徑、傾角、間距等進行改進，消除了離析現(xiàn)象，后續(xù)施工孔隙率均勻分布在3%～6%之間。

3.2 構(gòu)造深度

采用手推式激光紋理儀對上面層試驗段的構(gòu)造深度進行檢測，為調(diào)整路面的攤鋪和碾壓均勻性提供支撐(圖11)。

圖11 某路段上面層構(gòu)造深度分布

整體而言，試驗段構(gòu)造深度主要分布在0.9～1.4mm之間，滿足技術(shù)要求。但是構(gòu)造深度在橫斷面上分布不均勻，行車道構(gòu)造深度小，路肩和超車道構(gòu)造深度較大，結(jié)合現(xiàn)場實際情況分析可能是膠輪壓路機碾壓斷面分布不均勻所致，經(jīng)過改進碾壓方案，后續(xù)施工時該現(xiàn)象得以消除。

3.3 平整度

采用手推式激光紋理高精度斷面儀對上面層鋪面的平整度進行檢測(表2)，為后續(xù)碾壓調(diào)整提供依據(jù)。

表2 國際平整度指數(shù)

由表2可知，各個位置的國際平整度指數(shù)IRI主要分布在0～2之間，說明施工完畢后平整度較好。

3.4 抗滑性能

采用廣東華路交通科技有限公司的橫向力系數(shù)車對已施工的路面進行橫向力檢測，目的是控制路面攤鋪的均勻，調(diào)整混合料級配和施工工藝(表3)。

表3 橫向力檢測數(shù)據(jù)

試驗段上面層橫向力系數(shù)雖滿足要求，但橫向力系數(shù)合格率偏低，鑒于此，施工單位對拌和樓的生產(chǎn)參數(shù)、級配、施工工藝等進行調(diào)整，將橫向力系數(shù)合格率提高至99.5%。

4 應(yīng)用效果分析評價

廣連高速公路瀝青路面施工通過引入質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和無損檢測技術(shù)，取得了較好的成效，路面芯樣顆粒均勻性及壓實度均勻性如圖12所示。采用質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和無損檢測技術(shù)，效率更高、覆蓋面更廣，可全面、快速地評價瀝青路面的施工質(zhì)量，為項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12 上面層芯樣

5 結(jié)語

工程應(yīng)用表明，采用質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和無損檢測技術(shù)可以從原材料檢測、混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓以及工后檢測等各方面進行全面的表征，為管理人員提供直觀可靠的質(zhì)量判斷依據(jù)，很大程度上提高了路面管理的效率，減少了路面施工的局部缺陷，提高了路面施工質(zhì)量。