沥青AC13配方(公路工程沥青路面施工中3D摊铺技术的应用分析)

Posted 2023-05-31

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沥青AC13配方(公路工程沥青路面施工中3D摊铺技术的应用分析)

摘要：在经济发展不断发展过程中，交通运输业也得到了突飞猛进的发展，在此前提下，高等级公路沥青路面建设要求也随之提高，为了使路面摊铺精度进一步提高，施工单位可借助3D摊铺技术对其进行施工。在使用3D摊铺技术进行施工时，施工单位应对其应用过程进行控制，使其施工质量进一步提高。本文首先对3D摊铺技术的原理以及优势进行阐述，再以实际工程为例，对3D摊铺技术的应用过程进行分析，旨在为今后3D摊铺技术应用提供借鉴。

关键词：公路沥青路面；3D 摊铺技术；应用

前言

在对沥青路面进行施工过程中，3D摊铺技术不但可以使摊铺水平精度进一步提高，还可以使摊铺的高程精度进一步提高，其应用越来越广泛。为了使沥青路面摊铺效果进一步提高，施工单位应以工程实际情况为依据，科学合理的应用3D摊铺技术，从而达到提高沥青路面整体施工质量的目的。

1 3D摊铺技术的原理以及优势

1.1 3D摊铺技术的主要原理

在3D摊铺施工技术应用过程中，其基础主要为Topcon-mmGPS 数字化自动摊铺控制系统，通过该系统可以达到自动控制摊铺系统以及测量系统的目的。在实施施工之前，施工单位应以设计图纸为依据，使用3D数据信息表示设计参数，并将其录入操作系统中。在施工时，系统会以信息为依据，实现信号接收以及高程测量等操作，随后，通过对数据进行处理，将其转换成操作指令，系统可以根据质量，修正、控制、调整以及操作摊铺机熨平板以及液压油缸等，使摊铺平整度以及厚度达到设计要求。

在3D摊铺施工时，其系统主要有控制器、mmGPS流动站、激光发射器以及GNSS基准站等。在其运行过程中，施工单位应在已知坐标点位位置对基准站进行设置，借助无线电将修正数据集差分信号、RTK测量数据等实时发送给外界，得到定位基准点信息（厘米级精度），便于mmGPS流动站应用，在mmGPS流动站运行过程中，可以以实现输入系统的设计数据为依据，对摊铺的精度以及质量进行控制和检测。通常情况下，通过激光发射器可产生激光墙，其接收距离通常为-5~5m、高程信息转速为1000r/min，与此同时，激光发射器还可以提供高程基准信息（毫米级精度）。通过控制器的运算，可以得到高程设计值和实际值之间的差值，并可以将该差值转化成电信号，根据电信号可以驱动摊铺机的电磁阀，随后，对熨平板摊铺角度加以调整，从而达到调整标高的目的。

1.2 3D摊铺技术的优势

（1）节约人工成本。相较于传统摊铺技术，3D摊铺技术无需进行水准检测、挂线、打桩、放样、现场测量，也没有内业数据准备等相关工作，具有无桩化施工的优势。与此同时，在传统摊铺技术应用过程中，通常需要6~10个人，但是，使用3D摊铺技术，只需要3个技术人员完成摊铺机系统控制、实时激光检测、激光换站工作，自动化水平较高，解放劳动力，不但可以使施工效率进一步提高，还可以达到节约人工成本的目的。

（2）平整度控制精度较高。在使用传统摊铺技术进行施工时，其平整度精度与系统工作方式以及参考线（面）的误差息息相关，平整度控制较为困难。而3D摊铺技术可以通过对绝对高程的控制，平整度控制，其每4米的路面平整度控制误差通常不大于2mm，具有精度较高的优势。

（3）精确控制各项误差。当前常见的传统摊铺技术主要包含平衡梁和滑靴两种形式，平衡梁摊铺技术主要控制平顺性的误差，而滑靴主要控制厚度误差，均无法兼顾高程、厚度以及平顺性的控制，而3D摊铺技术则可以对多项指标的误差进行精确控制，可以使摊铺整体精度进一步提高。

（4）提高智慧公路建设的社会效益。相较于传统摊铺技术，使用3D摊铺技术可以使智慧公路建设智能化水平进一步提高，保障智慧公路的整体建设效率和质量，使其社会效益进一步提高。

2工程概况

在对某高速公路施工时，其路线长31.57km，路面设计里程起讫桩号为K3399+980，终止桩号为K3431＋550.274，该公路的设计行车速度为120km/h，横坡设计最小坡度值为2%，整体式路基宽度42.0m，地震动峰值加速度0.10g，双向八车道高速公路。该公路的路面结构主要如下：垫层级配碎石20cm，底基层水泥稳定碎石36cm，基层C40水泥混凝土25cm，下面层ATB-25沥青混凝土，厚度为12cm；中面层AC-20C沥青混凝土，厚度为6cm；上面层为AC-13沥青混凝土，厚度为4cm。如果使用传统的摊铺工艺对其进行施工，需要采取人工方式对道路基线、中线以及边线等进行测放作业，其精度容易受到机械振动、人为因素等影响，且具有操作工序复杂等问题。因此，为了对施工成本以及精度进行控制，在对该公路沥青路面进行摊铺时，主要使用3D摊铺施工技术进行施工。

3 3D摊铺施工技术的应用

为了使3D摊铺技术的优势得到充分地发挥，在实施摊铺施工时，施工单位应严格按照流程进行施工，图1为其流程图。

图1 3D摊铺施工流程

3.1摊铺前准备工作

为了使沥青路面摊铺精度进一步提高，在使用3D摊铺技术进行摊铺之前，施工单位应做好各项准备工作，主要内容如下：

（1）建立高精度控制系统

在摊铺之前，施工单位应先对施工控制网进行构建，保障其精度符合要求，根据相关要求和标准，其摊铺精度应为-2mm~2mm。与此同时，在对沥青路面进行施工时，施工单位还应以平面控制网和二等水准网为基础，通过导线和GPS结合的形式，合理应用高程控制网。除此之外，施工单位还应以坐标系统为依据，对平面坐标系统进行构建，并对各测区的实际精度进行准确计算，随后，将平均高程以及测区精度设置成投影高程以及中央子午线。当独立坐标系统构建完成后，施工单位还应对施工所在地的高程系统进行设计。

（2）选取点位及布设控制点

施工单位应将控制网点布设与摊铺施工区域内，并将控制点位设置在道路两侧开阔区域，点位与线路边缘之间的距离应为10~30m，各点位之间的距离应为150~200m。与此同时，为了对高程进行运营、维护以及复测，施工单位还应将3个深埋基准点设置在控制网中，保障高程起算点的连续性、精准度以及稳定性。除此之外，施工单位还应将观测墩设置在水准点内部，通常观测墩的埋设深度应为-0.5m。

在对控制点以及水准基点尺寸以及规格进行控制过程中，施工单位不但应以规范规定为依据，还应结合所在地地质条件。在对临时控制点进行设置时，所采取的布设方式应为打钢钉的方式，若因施工导致临时点被破坏，施工单位还应使用全站仪等对数据进行重新采集和测量，并再次设置临时控制点。

（3）采集及处理控制网数据

①采集高程控制网数据。通常情况下，当测量完三个水准基点之后，施工单位还应对高程控制网进行测量。在对高程控制网进行测量过程中，该工程主要利用二等水准，施工单位应以地质条件和工程实际为依据，在控制成本、测量精度的前提下，对测量路线进行规划，保障路线的合理性。

②采集平面控制网数据。在实施GPS静态观测过程中，所选择的控制点位之间的距离应为500~700m，随后，应以观测结果为基础，使用全站仪对剩余控制点位进行测量[1]。GPS静态观测时，所使用的设备为双频GPS接收机，数量应为5~7台，且应以四等规范要求为依据进行观测，表1为测量技术要求。与此同时，在进行观测时，应在静态定位模式下，运用TBC3.0、LGO7.0以及广播星历等软件，实施GPS基线解算，实现多基线向量双差固定解的求解。除此之外，外业观测完成后，施工单位还应以大地四边形基本构网图形为依据，对观测基线进行处理，并选择相应的基线，将基线组合成基线环，对全部基线的精确度进行复核。

表1 GPS静态观测控制网测量技术要求

观测精度等级

固定误差

（mm）

基线方位角误差

（°）

比例误差

（mm）

约束平差处理后最弱边边长相对误差

约束点之间边长相对误差

四等

≤5

2.0

≤2

1/70000

1/100000

③处理水准控制网数据。当平面控制网以及高程控制网的水准测量外业完成之后，施工单位华英对数据进行处理以及检查，并对各点之间的高差进行计算，确保计算结果满足规范要求，随后，施工单位还应使用专用软件对水准网测量结果进行平差处理，明确各测点的高程指标。

3.2安装并调试设备

施工单位应以安装图纸为依据，对设备进行安装，保障安装的合理性和科学性。设备安装完成后，施工人员还应对其进行调试，主要做法如下：（1）施工人员应对激光发射器的精度进行检查和校正，复核三轴之间的关系，使发射器的Z轴、X轴以及Y轴三者之间保持两两垂直的关系。（2）施工人员应对摊铺机的液压进行调试，使其液压升降速度与3D摊铺系统一致。

3.3建立摊铺三维模型

施工单位应以设计图纸为基础，在3D摊铺施工控制箱中完整的导入施工三维模型数据。在此过程中，施工人员应先对最下层的三维模型进行设计，再在控制箱中，按照各层的松铺系数以及厚度，垂直移动设计面，得到各层数据。为了使施工更加便捷，施工单位应对施工区域进行划分，通常可分为停车场、服务道路、加速道路、进场道路及其他道路等。在对停车场、服务道路、加速道路以及进场道路等进行设计时，应借助Top on Pocket 软件。与此同时，在对停车场、服务道路、加速道路、进场道路以外的区域进行施工时，施工单位应大范围摊铺，并分区对摊铺数据进行处理[2]。图2为摊铺过程的3D简图。

图2 3D摊铺简图

3.4沥青混合料摊铺施工

（1）架设基准站

在对该工程进行施工时，施工单位应先架设基准站，范围应为摊铺5km半径内，在架设时，应保障场所通视条件符合要求。

（2）架设GNSS发射器。通常情况下，GNSS发射器的高差为12m、半径为185m。为了使GNSS发射器架设的合理性和规范性进一步提高，通常情况下，摊铺现场和发射器之间的距离应为10~150m，与此同时，在对发射器进行架设作业之前，施工单位应对仪器性能以及水准点高程进行检查。除此之外，在架设过程中，施工人员控制发射器的可靠性和安全性[3]。

（3）启动GNSS流动站并检核控制点。在GNSS流动站运行过程中，施工单位应选择控制网，并对其实施校核，控制网选取数量应不小于4个，达到明确各控制点坐标值的目的。与此同时，施工人员还应以采集的数据为依据，对摊铺表面进行检查，使其精度进一步提高。

（4）启动GNSS摊铺系统后，施工单位应以施工要求及标准为依据，将相关任务分配给各个专业的控制箱操作手，确保摊铺质量符合要求。

（5）摊铺施工工艺

①施工单位应先将摊铺机移动到相应位置处，待其就位后，应先对其进行预热处理，预热时间应为30~60min，预热后的熨平板温度应低于100℃。与此同时，为了防止摊铺机起步过程中熨平板出现拉毛问题，施工单位应将木块垫在熨平板下方，对其高度进行调整，木块厚度通常应与松铺厚度一致，随后，还应对熨平板的拱度以及仰角进行调整。

②施工单位应在设定位置处放置摊铺机的标尺，并对控制箱进行调整，随后，开始摊铺，摊铺时的振级应为4级。

③在摊铺机之前，施工单位应将料车移动到相应位置，通常料车应与摊铺机料斗中心对准，与摊铺机之间的距离应为10~30cm，挂空挡在摊铺机的推动下前进。与此同时，施工单位应将隔离剂涂抹在接料斗上，防止发生粘黏。

④施工单位应以摊铺速度为基础，对沥青混合料拌和设备的生产能力进行控制，保障摊铺连续性。在该工程施工时，为保障施工连续性，拌和生产能力要大于摊铺能力，其摊铺速度应为2~3m/min[4]。在开始摊铺时，起步速度应为1m/min，长度应为5m左右，并对机体、夯锤以及熨平板等温度进行控制。在摊铺过程中，施工单位应对料位高度进行控制，确保混合料初始疏密程度稳定性和路面平整度符合要求。与此同时，在摊铺时，应保持匀速，严禁中途停止或变换速度，若存在供料断档的情况时，施工单位应设置施工缝。

⑤在摊铺时，施工单位应派专业人员对摊铺平整度以及厚度进行检查，并对路缘石位置进行处理。一旦出现摊铺机后拖痕明显、摊铺带边缘缺料、结构物接头位置缺料、表面平整度差、横断面不符合要求以及局部离析等问题时，施工人员应及时进行处理[5]。在摊铺结束且未实施碾压之前，应严禁施工人员踩踏路面，防止破坏路面。

在对该工程进行施工时，为了防止出现纵向接缝，对停车场、服务道路、加速道路以及进场道路进行施工时，施工单位应以路宽为依据，采取1~2台摊铺机进行施工。在对其他区域道路进行施工时，应使用3台摊铺机进行施工，摊铺时，摊铺机应按“品”字进行排列，图3为其示意图。

图3 摊铺机“品”字形联铺示意图

（6）监测。在对3D摊铺技术进行监测过程中，应做到包含如下几项：第一，平整度监测。在对沥青路面施工后，施工单位应使用平整度测定仪对其平整度进行监测，确保其符合要求。第二，温度监测。为了使摊铺施工更加合理和规范，施工单位应对压实、松铺以及运输后的混合料温度实时进行监测。第三，高程监测。在实际摊铺施工之前，施工单位应借助GNSS流动站，对压实高程以及松铺高程等全程实时监测，根据GNSS摊铺系统，自动对高程偏差进行计算，并对摊铺横坡进行分析，随后，在3D摊铺控制系统中上传数据，并借助系统，对数据进行管理和修正，达到控制高程的目的[6]。

4结语

综上所述，在对沥青路面进行施工过程中，由于3D摊铺技术具有自动化水平高、可节约人力成本、施工效率较高、施工精度高等优势，其应用越来越广泛。为了使3D摊铺技术优势发挥到最大，施工单位应对其施工各环节进行控制，在施工时，施工单位应以实际工程为依据，先建立高精度控制系统，并完成点位选取及布设控制点工作，随后，应对控制网数据进行采集和处理，并完成设备安装和调试。上述准备工作完成后，施工单位应建立摊铺三维模型，并实施摊铺施工。与此同时，在摊铺时，施工单位还应对摊铺质量进行控制，使沥青路面整体施工质量进一步提高。

参考文献：

[1]张媛芳，张媛.3D 摊铺技术在沥青混凝土路面施工中的应用 [J]. 交通世界（下旬刊），2021（3）：88-89,93.

[2]黄立明. 基于3D 数字化自动摊铺控制系统的沥青混凝土路面应用研究[J]. 江西建材,2020(8):116-117,119.

[3]杨亚雄.3D自动化摊铺系统在路面工程施工中的应用[J]. 工程技术研究 ,2021,6(5):23-24.

[4]雷小磊, 李刚.3D 摊铺控制技术在沥青混凝土路面工程中的应用研究 [J]. 市政技术 ,2018,36(5):20-24.

[5]杨青. 沥青混凝土路面 3D 摊铺施工技术研究 [J]. 魅力中国 ,2020(49):9-10.

[6]祖民星.沥青混凝土路面3D智能摊铺应用研究[J].西部交通科技 ,2018(11):9-12.