3D mmGPS摊铺控制系统在经乌高速公路水稳层施工中的试点应用

文／内蒙古路桥集团有限责任公司 张军 卢海峨

关键字：3D mmGPS；控制系统；水稳层；降本增效

1 引言

随着我国交通事业的不断发展进步，交通强国理念的日益深入，品质工程建设的持续推进，在我国路面施工中几十年的平地机+人工、摊铺机+钢丝线基准线法、摊铺机+平衡梁施工工艺，已不能满足道路高质量发展的时代需求。应运而生越来越多的“四新技术”正在我国交通建设领域中发挥出越来越明显的助推效应，其中3D mmGPS摊铺控制系统在路面施工中的应用就表现出独有的优势[1][2]，无论在施工质量还是在施工效率都是首屈一指，在数字化高速发展的今天，利用先进科学技术手段也将是土建工程中必然的趋势。

2 3D mmGPS摊铺控制系统控制原理

3D mmGPS摊铺控制系统是事先将控制高程数据建立3D模型，控制系统与摊铺机控制系统对接，在摊铺过程中通过LZ-T5激光发射器将信号传输到刚性固定在摊铺机上带GNSS接收天线的PZS-MC定位感应器，由GNSS相位中心和激光接收原件的几何中心可精确推断出熨平板底部的实时3D位置与高程，从而可以与设计数据对比，数据实时直观的显示在GX-60控制器上，并通过控制摊铺机液压系统对熨平板进行升/降控制，实现毫米级高程精度[3]，另设2名专人通过PZS-1检测接收机移动检测控制数据，以达到双重校核。

图1 3D mmGPS摊铺控制系统配置图

3 3D摊铺控制系统与传统施工工艺技术对比分析

采用3D mmGPS摊铺控制系统，可以有效修复原路面的起伏，同时兼顾路面摊铺的平整度和厚度，避免传统施工测量放样采用挂钢丝绳引导高程过程中由于钢丝绳自重下垂和测量放线中人为因素的影响，解决了高程放样不精准，结构层厚度不均匀，确保摊铺质量。同时提高施工效率，有效减降低施工成本，3D mmGPS摊铺控制系统与传统施工方法的对比如表1所示。通过对比分析，使用3D mmGPS摊铺控制系统对于前场施工无需劳务人员挂线，施工放样精准可靠、高效快捷，有效提高施工效率，同时可以实时对施工过程中各项质量指标进行检测。该技术较传统的挂钢丝绳施工可节省大量的劳动力及材料，同时缩短工期，降本增效。

表1 3D mmGPS摊铺控制系统与传统施工方法对比表

4 3D mmGPS摊铺控制系统在经乌高速公路试点应用

经乌高速公路项目位于气候寒冷地带，年均无霜期为60-130天，个别年份达140天，初霜在9月中旬初，终霜在5月中旬，路面工程有效施工期仅有将近5个月。路面6层结构层设计，单层单幅长度近1200Km。由于项目具有气候寒冷、工期紧、任务重等特点，为优质高效完成项目建设，通过数据对比分析研究，引入3D mmGPS摊铺控制系统，并在路面水稳层开展试点应用研究。

试点应用范围为K2+500--K14+000左幅11.5Km水稳碎石下基层，K0+500--K10+800左幅10.3Km水稳碎石上基层。

4.1 试点应用段不同维度数据对比分析

4.1.1 纵断高程、横坡

现场随机选取5.8Km（K0+500--K2+500、K6+000-K6+800、K8+000-K9+000、K10+000--K11+000、K13+000-K14+000）139个断面进行统计分析，其中417个高程实测数据整理计算分析如下：标高误差在5mm以内数据达到80%，5-10mm为18%，超过10mm的为2%。《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）施工质量标准中纵断高程质量标准+5～-10mm，合格率达到91.6%，传统基准线法的标高控制合格率一般为50%左右，合格率提高83.2%；139个横坡数据统计整理计算，合格率达到100%，与传统施工方法一致。

4.1.2 厚度

现场厚度检测下基层172个点，上基层143个点，根据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）施工质量标准中厚度质量标准均值h≥19cm即满足规范要求，合格率为100%，传统施工方法的合格率基本为80%，合格率提高25%。

4.1.3 施工进度

先 后 对K2+500--K14+000左 幅11.5Km下 基 层，K0+500--K10+800左幅10.3Km上基层的施工进度统计，平均日进度994m，传统工艺施工平均进度800，比传统工艺施工平均日进度提高24.3%。

4.2 试点应用效果总结

通过3D mmGPS摊铺控制系统在经乌高速路面水稳层摊铺中的试点，取得了如下的应用效果：

全天候作业：摊铺过程可以做到连续控制，系统施工不受光线的影响，可以24小时的全天候连续作业，施工效率高、周期短。

无桩化摊铺：在摊铺作业中无需打桩放样和架设钢丝线，全部采用数字化信息传送，便于现场施工管理。

过程化施工精准控制：施工作业过程中实时显示图形和数据信息，摊铺过程实时连续控制，系统根据施工要求，准确按照设计高程进行施工，精准可靠、高效快捷。

过程质量控制均匀，离散性小：施工过程实时动态控制，测量全方位无死角，质量控制均匀，数据离散性小，有益于道路使用长寿命。

经济效益与工效显著：显著降低人工费直接成本，直接降低机械费直接成本，通过对比研究，施工日进度比传统方法可提高24.3%，即可降低机械费用直接成本4792元/日。从现场摊铺进度统计数据可以看出，采用3D mmGPS摊铺控制系统，日进度可提高24.3%，此项技术高工效的优越性更适合北方地区。

5 结束语

3D mmGPS摊铺控制系统是测量定位、机械控制和工程施工等诸多技术领域的融合，现阶段欧美等一些国家的普及率仅为5%～10%及以上的水平，受限于行业发展规范，专业技术人才储备，传统观念固化等因素影响，国内施工领域应用率不足千分之一，在内蒙地区基本空白。通过试点应用效果来看，3D mmGPS摊铺控制系统的使用充分体现出自动化控制的科技先进性。从水稳层的摊铺过程控制，到检测人员的实地检测，每一层标高、横坡合格率都比传统方法上都大大提高，而且具有控制的数据离散性小的优势。此项技术不但为后续的高质量沥青路面摊铺奠定了基础，更有助于减少路面波浪、坑槽、推移等病害，提升路面行车舒适性，延长道路使用寿命，而且对施工企业降本增效、提高项目管理都有着独特的优势。同时也将开启我区道路建设从传统的施工工艺迈入数字化自动控制工艺的大门，给区内公路工程建设带来新的突破和质的飞跃，更为“交通强国”事业添光增彩。