土石混填路基智能压实技术探析

阮庆

（中国土木工程集团有限公司，北京 100038）

1 引言

路基施工是公路工程施工中的一个重要环节， 也是影响公路工程质量和使用寿命的关键因素之一。 由于受到施工工艺、施工环境等多种因素的影响，路基压实度不足或者不均匀现象十分常见。 在当前我国公路建设工程项目施工过程中，路基土石混填技术是公路建设项目施工工程项目质量控制的重点内容。 在土石混填路基施工过程中，合理选择并应用智能压实技术， 可以有效提升压实质量控制水平， 降低施工成本投入，保证公路建设项目施工工程项目质量。

2 工程概况

某公路工程项目施工过程中， 针对路基土石混填路基进行了详细设计，将该路段分为左右两幅，左幅全长约为12 km，右幅全长约为13 km。该公路工程项目地形平坦，地势起伏小，以平原地形为主。 工程施工区域位于亚热带季风气候区，全年气温高、雨量充沛、光照充足，并且气候湿润多雨。 根据该路段的地质情况和气候特点， 对公路工程项目施工过程中的土石混填路基施工提出了科学合理的技术方案。

3 智能压实技术的施工应用

3.1 基本原理

在智能压路机的应用中， 压实效果可以通过智能压路机自身的传感器来进行检测，以确定具体的碾压厚度，通过控制系统来自动调整碾压轮的速度，从而保证最终的碾压效果。 智能压路机通过内部传感器能够感知路面的平整度， 并且及时对压实度不足的部分进行调整。 与此同时，智能压路机还能够自动记录整个施工过程中每一段的施工速度和碾压次数，并将其传输到监控系统中， 从而为数据分析提供数据基础。通过智能压路机能够对施工现场的实时动态进行掌握， 并且在压实效果不佳时及时调整压路机工作参数， 从而保证施工质量[1]。

3.2 智能压实技术监控系统的组成

智能压实技术监控系统由网络GNSS （Global Navigation Satellite System）定位基准站、动态GNSS 定位流动站、温度传感器、车载压实引导屏、无线传输共享网络、GSM 网络传输系统组成。

3.2.1 网络GNSS 定位基准站

在智能压实技术中， 准确获取压实机械的行驶轨迹对于沥青路面的施工至关重要。 为此，可以通过高精度GNSS 定位设备， 对压实机械实际的行驶路径进行获取。 通过这样的方式，可以从中收集到更多压实遍数、速度等具体参数。 想要定位精度更高，则需要让GNSS 定位保持在动态平面厘米级。 所以， 在此过程中应该建立一个网络定位参考基站。 在此基站中， 可以借助GNSS-RTK 定位技术进行实时动态定位技术，并可以为相应的检测站点提供指定坐标系中的三维定位结果。 通常在RTK 作业过程中，基准站通过数据链会将所有检测到的信息同时传递到流动站。 以往所使用的电台式GNSS定位基准站， 由于性能问题， 其辐射范围只能达到10 km 以内。 但现代高速公路沥青路面工程中，通常施工标准长度都达到20 km 以上。 经过多方考量，可以选择网络型GNSS 定位基准站来进行相应的监测。 其基准站包含GNSS 定位接收机、GNSS 定位处理终端、无线传输模块和电源等部分。此外，想要及时接收到更精准的卫星数据， 一般需要将GNSS 定位接收机安装到地势高、无遮挡物的空地。 如房顶等。 利用所构建的网络型GNSS 定位基准站， 能够有效且精准地获取压实机械行驶轨迹，同时还可以快速地获取压实遍数、速度等参数，有效提升智能压实技术在沥青路面施工中实效性[2]。

3.2.2 动态GNSS 定位流动站

流动站装置需牢固安装在压路机顶部， 以接收卫星数据动态GNSS 定位。 通过数据链路，流动站接收网络GNSS 基准站数据，实时组合差分观测值，并在不到1 s 的时间内处理得到高精度压路机定位。 流动站支持GPS、GLONASS、北斗3 种卫星轨道信号，确保定位更加精确。 考虑到沥青路面压实环境的恶劣性，流动站具备快速初始化、防水、防尘、抗干扰和高稳定性等特点。

3.2.3 红外温度传感器

在沥青路面压实作业时， 可以利用红外温度传感器测量碾压温度。 值得一提的是，由于压实机械在作业过程处于高速行驶状态，所以必须要采用灵敏度较高的红外温度传感器。 在借助红外温度传感器测量过程中， 主要是检测目标体的红外辐射强度来计算其温度， 同时还可以通过光发射率修正来确保整个测量工作的精准度。 红外温度传感器通常会安装在离路面10~15 cm 的位置（见图1），同时不会对压实机械的正常作业造成任何干扰。 通过实时监测施工过程中的压实温度，红外温度传感器能够辅助压路机操作员在合理的温度范围内进行碾压，从而提升施工效果。

图1 双钢轮压路机红外温度传感器安装示意图

3.2.4 车载压实引导屏

智能压实技术的应用旨在直观地向压路机操作人员展示测量的各项参数， 以辅助其在不同碾压环境下选择合适的碾压方案。 动态GNSS 定位流动站可以实时获取压路机的碾压轨迹、碾压遍数和工作面积信息，而红外温度传感器则能够准确测量压路机的表面温度。 通过数字信号传输，不同传感器的数据可以汇集到车载平板显示器上， 并以彩图形式呈现给压路机操作手。 这样的反馈机制为操作手提供了直观且全面的信息，以助其做出优化的碾压决策。

3.2.5 无线传输共享网络

在沥青路面的施工过程中， 需要采用5~8 台压路机组成压路机群对整个路面开展施工。 若要让整个机群能够协同作业，并通过信息交换共享的方式来提高作业效率，则应该在施工任务现场配备高功率的WiFi 路由器。 通过组建无线传输共享网络的方式， 让整个压路机群可以实时开展信息交流和数据共享。 参与压实作业的工作人员，能够在压路机操作台上直观地观察自身的行驶轨迹， 并通过信息共享来获取其他机械的压实数据。 通过共享网络，让每一台压路机可以及时了解作业过程中的漏压和超压情况，并进行相应的工艺调整。 这项技术的应用，能够更好地协调机群操作，提高施工效率。

3.2.6 GSM 网络传输系统

传统压实技术在开展压实检测过程中， 很难对整个过程以及数据进行追溯。 智能压实技术， 则可以利用网络传输系统，让施工管理人员能够以远程查看的方式，对整个机群作业的压实数据进行查看， 还可以及时将相关数据传输至后台服务器。 通过与规划中路线以及GIS 技术的结合，快速生成作业操作的各类图表、地形图等，直观地反映出压实作业的实施情况。 通过GSM 网络传输系统，让所有施工数据可以得到实时分析和评估，并能够为管理人员提供全面而准确的数据支持，以助力决策者做出更有针对性的措施[3]。

3.3 施工方法

1）准备工作：在正式施工前，要先进行道路和管线的调查工作，了解并收集现场情况，明确施工的目标与要求。 根据不同的施工路段和施工方法， 选择合适的智能压实设备和相关设备。

2）检测压路机及辅助设备：在智能压实技术应用之前，需要对其进行检测，确保其各项性能指标均达到设计要求。 通常情况下，检测可以分为两种：一种是检测机械本身是否满足设计要求；另一种是通过智能压路机压实后的质量来确定。

3）填方碾压：首先，需要先将路基基底清理干净，然后再用压路机对其进行碾压处理。 通常情况下，填方路基的压实度为95%左右， 而对于石质路基来说， 其压实度往往需要达到98%以上。

4）智能压实：智能压路机在使用过程中要进行全路段的碾压作业。 智能压路机有两个工作模式：第一个是自动模式；第二个是人工控制模式。 其中自动模式是最重要的一个工作模式，即当压实过程中出现异常情况时，自动控制系统会发出警报信号。 人工控制模式主要是针对一些特殊路段和特殊时期而设定的工作模式，比如在雨季施工时要进行人工控制，而在冬季施工时则需要由智能控制系统来进行远程控制。

3.4 压实效果分析

为了验证智能压实技术在公路工程中的应用效果， 本工程中选择了一个试验段进行现场施工应用。 在该试验段中，先将试验路段上的部分区域进行了开挖， 然后使用智能压路机对其进行碾压。 根据施工单位提供的数据，使用智能压路机对碾压后的路基进行检测。 在整个试验段中，智能压实技术的平均压实度和压实度标准差都能达到规范要求。 说明智能压实技术在土石混填路基中能够发挥出良好的作用。 在整个试验段中，智能压路机的平均速度能达到60 km/h 以上，这说明智能压路机在整个试验段中能够稳定地行驶。 通过对试验段智能压实技术的应用效果进行分析可以看出， 使用智能压实技术后，试验段的各项指标都能够达到规范要求。 在试验段中，施工单位选择使用了普通振动压路机和智能压实技术对其进行了碾压。 通过对比分析发现使用智能压实技术后的施工质量明显要优于普通振动压实技术。 采用智能压实技术后，施工单位能够节省10%以上的压实度检测费用[4]。

4 结语

综上所述， 智能压实技术是针对传统压实机械性能和施工工艺不足而开发的一项新技术。 它以高精度振动压路机为核心，集成了路基检测、振动压实、材料检测等功能，形成了一种集压实和质量检测于一体的智能压实作业系统， 具有高精度、高效率、低成本的特点。 在施工过程中，通过智能压实技术的应用，实现了对施工参数的实时监控和质量控制。 本文通过智能压实技术在公路施工过程中的应用， 分析了其应用过程中存在的问题，并提出了相应改进建议，从而能够为实际的施工过程提供一定的参考， 提升智能压实技术在道路施工过程中的应用水平。