广东省南粤交通投资建设有限公司广州市510101
摘要：为保证高速公路沥青路面施工质量，应用智能压实监控系统对沥青路面施工压实过程中碾压遍数、碾压速度、碾压振动和碾压温度等关键参数进行实时监控，对碾压遍数分别与压实度、空隙率和渗水系数之间的关系进行了相关分析。结果表明：智能压实监控系统可对沥青路面施工碾压过程中的压实关键参数进行实时控制，及时调整；碾压遍数与压实度之间呈对数相关关系，与空隙率、渗水系数呈线性相关关系；施工过程中应尽量避免欠压，以免沥青路面空隙率过大，导致渗水指标不合格；对于碾压施工时容易忽视边部区域，建议采用小型压路机对边界区域进行补压，确保压实效果。
关键词：道路工程；沥青路面；智能压实监控系统；应用研究；碾压遍数
引言
沥青路面发生早期病害的原因是多方面的，其中一个最重要的原因就是施工质量存在问题，而路面压实效果直接影响路面的施工质量和耐久性，是沥青路面施工中重要的工序之一。但是，目前传统沥青路面碾压施工工艺存在压实盲目性，对碾压速度、碾压遍数、压实区域、压实度等关键指标不能实时监控、记录，受人为主观因素影响大，在低视条件下（如夜间施工）容易造成漏压、过压区域，导致压实不均匀，严重影响路面施工质量。碾压结束后，采用钻孔取芯测密度法检测路面压实度，属于事后质量控制，如果路面检测出现质量问题则需要返工，重新铺筑沥青路面，势必造成大量材料浪费。因此，对沥青路面压实质量进行过程控制十分迫切。
因此，许多研究者考虑采取新的技术手段，参照在铁路路基、公路路基、机场和大坝施工过程中得到了广泛的应用的智能压实监控系统，对沥青路面进行压实控制[1-4]。但是，国内关于沥青路面智能压实研究和应用较少开展，也无较全面的参考文献[5-7]。为此，本文以云湛高速公路阳春至化州段沥青上面层施工为依托，通过智能压实监控系统对沥青混合料施工压实质量进行实时监控，并对压实效果进行评价，以便为广东省应用智能压实监控系统施工沥青路面提供经验支持。
1智能压实监控系统介绍
1.1工作原理
智能压实监控系统采用三星座GNSS定位模块，通过网络RTK技术精确定位压路机的实时三维坐标，采用微机电传感器实时测量压路机的振捣状态（静压、弱振和强振），采用温度传感器采集沥青路面碾压温度。采集的数据通过移动互联网或现场无线网络发送至远程或现场数据中心，服务器实时计算当前工作面的碾压状态，车载终端、监控终端实时向服务器请求碾压状态或碾压结果，压路机手、质量监管人员可通过车载终端、监控终端的信息交互轻松融入压实作业监控的业务流程，实时查看当前的碾压状态和碾压结果。
1.2系统构成
路面智能压实监控系统包括：现场服务器、远程服务器、远程监控终端、现场监控终端和至少一台压路机。每一压路机中均设置有互相连接的车载采集站和车载终端，现场服务器分别与车载终端和现场监控终端连接，远程服务器分别与车载采集站和远程监控终端连接，现场服务器与远程服务器通过移动网络连接。系统构成如图1所示。
图1智能压实监控系统构成
1.3主要监控参数
智能压实控制系统可实时监控沥青路面碾压过程中的碾压遍数、碾压速度、碾压振动和碾压温度等压实参数，通过车载终端实时显示，对沥青路面压实质量实现全面的过程控制，见图2。
（1）碾压遍数
一般压实包括初压、复压和终压，碾压遍数是沥青路面施工过程中最重要的监控参数，由压实监控系统根据实时定位技术计算得出。施工开始前，通过往监控系统输入试验段确定的初压、复压和终压碾压遍数。施工过程中，压路机行走每次经过同一地点时，系统将会自动累加碾压遍数，现场监控终端以不同颜色区分不同碾压遍数的区域，实时可知哪些路段未达到试验段要求的碾压遍数，为漏压区域。如图2所示，碾压遍数为1遍-7遍时，分别以绿色、蓝色、橙色、灰色、浅蓝色、紫色和红色表示。
（2）碾压速度
碾压速度的控制对路面压实效果很重要，如果碾压速度过快，压路机在一定长度的振动碾压速度太少，在路面表层会形成波纹；碾压速度慢，压实厚度增大，压实质量提高，会导致作业效率低，降低生产效率。因此，碾压速度应当控制合理的范围内。传统的施工方式只能凭机手的经验控制车速，对驾驶员的经验要求比较高。智能压实监控系统可以实时显示压路机行走速度，因此，机手可以精准地控制碾压速度并适时调整。
（3）碾压振动
碾压振动包括频率和振幅两个关键参数，频率是单位时间内钢轮冲击次数，振幅是钢轮轴处的最大运动距离，不同的振动频率和振幅对压实效果有不同的影响。同样地，现场监控终端可以监控碾压振动频率，及时调整。
（4）碾压温度
温度沥青混合料的压实性能影响极为显著，通过试验段铺筑，可掌握沥青混合料压实过程中各阶段的温度要求，并有效运用在压实施工过程中，保证沥青路面的压实度和使用性能。
图2压实过程中参数实时监控
1.4压实质量控制
施工完成后，最终的压实质量控制结果包括压实遍数统计和压实质量统计报表等数据。如图3、图4所示，压实质量控制统计表格可直观地看出哪些区域未达到要求的碾压遍数，存在质量问题，从而及时检测相关质量控制指标，采取补救措施。根据以往经验判断，施工过程中压实合格率达80%的路段，则认为其质量合格。
（3）沥青路面碾压施工工艺
为保证上面层施工质量，施工时采用全断面大功率摊铺机进行摊铺。试验段对比结果表明，采用全断面大功率摊铺机摊铺沥青面层，施工均匀性较单机摊铺有很大的提高。因此，沥青上面层施工的难点在于碾压施工工艺和压实情况。通过试验段的总结，具体的碾压施工工艺为：
初压采用2台双钢轮压路机各半幅碾压2遍，1/3错轮，其中2台压路机之间搭接部分控制在50cm左右；复压采用2台胶轮压路机各半幅碾压4遍，1/3错轮；终压采用一台双钢轮压路机全幅静压1遍，直到轮迹消除，总碾压遍数为7遍。碾压速度初压2-3km/h，复压3-5km/h，终压3-6km/h。
2.2智能压实监控系统安装
沥青路面施工前，在每台压路机上安装智能压实监控系统安装，实时监控沥青路面施工过程中碾压遍数、碾压速度、碾压振动和碾压温度等压实参数，如有异常实时调整，保证沥青路面施工质量。智能压实监控系统安装过程见图5。
图5智能压实监控系统安装
3数据统计与分析
3.1压实结果分析
施工完成后，通过智能压实监控系统查看压实施工过程表、压实质量统计表等统计数据报表，发现部分路段压实合格率未达80%，初步判断为质量不合格路段，如图6、图7所示。
图6、图7可以直观地看出质量不合格路段的桩号范围、施工时间、碾压速度、碾压遍数和合格率为75.47%等详细施工参数，为分析质量不合格的原因提供极大的方便。分析图6、图7和相关数据可以得出：
（1）施工过程中碾压速度符合试验段标准，导致该路段压实合格率未达80%的原因主要是边部碾压不到位，碾压遍数未达到试验段7遍的标准。
（2）通过对边部部位取芯验证、检测压实度、渗水系数等相关技术指标发现，少量检测点技术指标未达到设计要求。考虑边部行车频率较低，对路面使用功能影响不大，经专家审查，采取撒布改性乳化沥青的方式，对路面进行封水、补压，直至检测所得的技术指标达到设计要求。
3.2数据相关性分析
对不同压实遍数的区域进行现场检测，获得压实度和渗水系数，抽取芯样测空隙率等指标，路面压实的关键参数—碾压遍数分别与压实度、空隙率和渗水系数之间的关系如图8-图10所示，数据的拟合曲线见表3。
从如图8--图10可以看出：
（1）随着碾压遍数的增多，沥青混合料逐渐由松散状态过渡到密实状态，压实度增加，空隙率和渗水系数减少。碾压遍数与压实度之间呈现对数相关关系，与空隙率、渗水系数呈现线性关系，相关系数均为0.7以上。
（2）在复压末期和终压阶段，随着碾压遍数的增加，压实度增加不大，而空隙率、渗水系数变化较大。因此，复压末期和终压阶段对压实度贡献不大，而对空隙率、渗水系数指标有较大影响，施工过程中应尽量避免欠压，以免沥青路面空隙率过大，导致渗水指标不合格。
（3）空隙率和渗水系数较大的区域，基本上位于施工时容易忽视的边部区域，该区域未达到试验段总结要求的碾压遍数，处于欠压状态，导致空隙率和渗水系数较大，影响沥青路面施工质量。所以，施工过程中应对边部不易压实的区域加强控制，建议采用小型压路机对边界区域进行补压，确保压实效果。
4结论
(1)智能压实监控系统可对沥青路面施工碾压过程中的碾压遍数、碾压速度、碾压振动和碾压温度等压实关键参数进行实时控制，直观查看施工结果，及时调整，有效地提升沥青路面施工过程中的质量控制水平，提高沥青路面施工质量，减少返工浪费。
(2)碾压遍数与压实度之间呈对数相关关系，与空隙率、渗水系数呈线性相关关系，复压末期和终压阶段对压实度贡献不大，而对空隙率、渗水系数指标有较大影响，施工过程中应尽量避免欠压，以免沥青路面空隙率过大，导致渗水指标不合格。
(3)沥青路面施工时容易忽视边部区域的碾压，应对边部不易压实的区域加强控制，确保空隙率和渗水系数等路面主要验收指标合格，建议采用小型压路机对边界区域进行补压，确保压实效果。
(4)目前，智能压实监控技术在广东省沥青路面施工质量控制中的应用还不是太广泛，仍存在许多问题待完善，如过压和欠压区域的精确统计、系统太复杂不利于施工技术人员精确掌握相关压实数据等，但智能压实监控系统作为沥青路面施工标准化和精细化的有效工具，具有较好的发展前景。
参考文献：
[1]王海峰，马涛.路基压实连续检测系统在兰新二线路基工程中的应用[J].路基工程，2015(2):131-136.
[2]范娟，宋晓东，田利锋等.高速铁路路基连续压实质量检测指标CMV影响因素分析[J].铁道科学与工程学报，2015,12(3):463-467.
[3]于子忠，黄增刚.智能压实过程控制系统在水利水电工程中的试验性应用研究[J].水利水电技术,2012,43(12):44-47.
[4]王强.路基智能压实系统施工技术应用与探讨[J].科技视界，2011(3):142-143.
[5]邱渝峰，杨博，聂现会等.沥青路面施工温度影响压实质量的敏感性分析[J].中外公路，2014,34(5):58-61.
[6]胡建强，张学金.智能化压实在沥青路面施工中的应用[J].北方交通，2015,11:91-95.
[7]张学金，魏连雨，曹东伟等.沥青路面智能压实的适用性研究[J].中外公路，2016,36(6):69-73.