利用智能碾压系统评价沥青路面碾压均匀性方法研究

2018-11-20 15:44:03 中城华宇
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摘要:利用智能碾压设备能够连续采集路面碾压过程中各个碾压区域的碾压次数,并绘制碾压彩图。通过彩图可以直观地看出碾压次数的分布状况,但是只能定性地分辨碾压的均匀性。该文从碾压均匀性、是否达到标准碾压次数两个方面进行控制,通过定义碾压均匀性指数和碾压达标指数,定量评价沥青路面碾压均匀性,为施工管理提供辅助支撑。

 

关键词:沥青混合料;路面碾压;碾压均匀性;评价方法

 

引言

 

沥青路面的碾压均匀性关系到路面的使用质量和使用寿命,路面的一些早期损坏现象,都与路面碾压不均匀性有极大的关系。目前国内外关于沥青混凝土均匀性的定量评价不多,已有研究主要集中在利用一些非直接的参数指标来间接评价均匀性,如摊铺温度、密度等,而这些参数指标多数是通过大量实践建立的经验指标来评价路面碾压的程度,并都有各自的局限性。常用的路面碾压均匀性评价方法有视觉识别、铺砂试验、核子密度仪等。关于沥青路面的压实度在智能碾压中的测试一般通过加速度信号反馈反演得到,这种方法相关性不高,只是对压实度进行估计。

 

然而,利用碾压次数的均匀性可以间接反映压实度的均匀性。沥青路面智能碾压系统,可以实时采集碾压过程中碾压次数、碾压速度和碾压温度数据,并且关于碾压次数的采集单位面积可精确到0.01m2。因此对某一段路或某一段时间的施工,可以积累大量的碾压次数样本数据,基于这些数据,如果能够提出碾压次数均匀性指标,将可以准确地评价某一段路或某一段时间内,整体施工碾压次数的均匀性,并可以准确地找出碾压次数均匀性区域和不均匀性区域。

 

因此,该文采用数学分析的方法,从碾压均匀性、是否达到标准碾压次数两个方面进行控制,通过定义碾压均匀性指数和碾压达标指数,定量评价沥青路面碾压均匀性。研究确定碾压次数均匀性评价标准,并通过试验段确定基准碾压次数,以实现“双控”指标。

 

系统设计及研究方法

 

沥青路面智能碾压系统

 

经过对智能压实系统的优化设计和软件开发,通过直观的碾压次数彩图、实时温度信息和速度信息,指导压路机操作手施工,从而保证完成预定的碾压次数,避免欠压或者超压。

 

(1)系统硬件组成。根据智能碾压控制参数的需求,在调研相关硬件设备的基础上,设计了硬件模块,主要包括中心控制模块,电源模块,卫星定位模块,温度传感模块。其中中心控制模块是整个系统的核心。

 

(2)系统分析软件研发。基于传统碾压工艺、智能碾压关键控制参数分析,该文开发了智能碾压系统软件。

 

碾压均匀性评价方法

 

通过智能碾压设备获取了压实路面大量离散的单点碾压次数数据,目前对于碾压均匀性的判断没有准确的参数来标定,尚缺乏统一的规范来对碾压均匀性进行全面而客观的评价。因此,该文利用碾压次数数据并通过网格单元划分,建立以碾压均匀性指数和碾压达标指数为双控指标的评价方法,进而完善沥青路面碾压均匀性的评价方法。

 

网格单元的划分首先需要确定评价大单元,其次需要确定小单元。对于大单元的确定,在实际工作中,道路管理者需对不同时间、不同路段的碾压次数进行比较分析,进而评价它们的碾压水平及均匀性,因此,根据道路管理者的目的,评价对象可以是100m或者1km碾压路段,也可以是0.5或1d的碾压次数数据。对于小单元的确定,可以根据不同需求取不同的单元格大小,该文取1m×1m单元格为小单元。

 

碾压均匀性指数。通过定义碾压均匀性指数作为评价路面碾压均匀性的指标,碾压均匀性指数的计算指标是基于各单元碾压次数和平均碾压次数的大小来计算的,是将道路平面进行分割后,得到各单元的碾压次数,然后对各单元碾压次数相对于平均值的波动进行分析。

 

可以看出P≥0,并且P值越大,碾压均匀性越差;P值越接近于0,碾压均匀性越好。因此可以利用P值准确评价所统计路段的碾压均匀性,更加清晰全面地了解沥青路面的碾压次数均匀性状况。

 

碾压达标指数。上节对碾压均匀性的计算是建立在平均碾压次数基础上,并考虑了单元面积的影响,但各单元碾压次数与平均碾压次数只是一个相对值,并没有考虑规范规定的与碾压次数的影响。该文引入碾压达标指数这一参数作为控制指标,评价铺面混合料碾压次数是否满足碾压要求。

 

可以看出:Q≥0,并且Q值越大,碾压达标性越差;Q值越小,碾压达标性越好。因此可以利用Q值准确评价所统计路段的碾压达标性。并且用该标准对碾压段进行控制,可以保证绝大多数区域满足最低碾压要求。

 

案例分析及讨论

 

选取某高速公路进行指标设定合理性验证。在进行沥青路面碾压施工时,通过智能碾压设备采集施工路段铺面碾压次数数据,并绘制碾压次数云图。

 

碾压均匀性指数评价

 

为验证碾压均匀性指数评价方法的适用性和有效性,选择某代表性路段进行碾压均匀性分析。选择路段面积为10m×10m,划分为10×10,共100个网格。

 

每一横排作为一断面,即单元1到单元10为断面1;单元11到单元20为断面2;…;单元91到单元100为断面10。

 

可以看出:通过碾压均匀性指数可以明显区分不同断面碾压均匀性情况。在该施工区域,碾压均匀性最好的断面为断面1与10,碾压均匀性指数分别为0.23和0.22,说明该区域碾压次数大致相同,波动性较小。而断面3与8碾压均匀性较差,碾压均匀性指数高达0.73和0.83,说明这两个断面碾压次数差异较大,碾压次数的波动性较大。

 

同样,可以根据以上原理求出整个路段的碾压均匀性指数为0.47。若以该路段为第一路段,每10m划分一个路段。

 

可以看出:通过碾压均匀性指数同样可以区分不同路段碾压均匀性情况。在该100m施工区域,碾压均匀性最好的路段为路段1与路段4,碾压均匀性指数分别为0.47和0.45,说明该路段碾压次数波动性较小。而路段5碾压均匀性较差,碾压均匀性指数高达0.62,说明该路段碾压次数差异较大。同样可以看出,整个路段的碾压均匀性指数波动范围要明显小于断面碾压均匀性指数的波动范围,整个路段的碾压均匀性指数波动范围为0.45~0.62,而断面碾压均匀性指数的波动范围为0.22~0.83。这是由于在路段的碾压均匀性指数计算过程中,统计单元数量较多,正负波动相互抵消造成的。

 

碾压达标指数评价

 

为验证碾压达标指数评价方法的适用性和有效性,选择同一路段进行碾压达标性分析,标准碾压次数为12次。选择路段面积为10m×10m,划分为10×10,共100个网格。

 

可以看出:通过碾压达标指数可以明显区分不同断面碾压达标情况。在该施工区域,碾压达标性最好的断面为断面2与6,碾压达标性指数分别为0.99和1.08,说明该区域碾压次数接近达标次数。而断面5与8碾压达标性较差,碾压均匀性指数高达1.55和1.63,说明这两个断面碾压达标性较差,与达标次数差异较大。

 

同样,可以根据以上原理求出整个路段的碾压达标指数。若以该路段为第一路段,每10m划分一个路段。

 

可以看出:通过碾压达标指数同样可以区分不同路段碾压达标情况。在该100m施工区域,碾压均匀性最好的路段为路段3,碾压均匀性指数为1.26,说明该路段碾压次数与标准值较为接近。而路段6与7碾压达标指数较大,说明该路段碾压次数差异较大。同样可以看出,整个路段的碾压均匀性指数波动范围要明显小于断面碾压均匀性指数的波动范围。

 

结论

 

采用数学分析的方法,从碾压均匀性、是否达到标准碾压次数两个方面进行控制,通过定义碾压均匀性指数和碾压达标指数,定量评价沥青路面碾压均匀性。得到以下主要结论:

 

(1)利用碾压均匀性指数,可以对某个断面或者整个路段的碾压均匀性进行定量评价,评价结果较为客观,有一定的指导意义。

 

(2)利用碾压达标指数,同样可以对某个断面或者整个路段的碾压达标性进行定量评价,其结果与均匀性并不存在广泛相关性。