非接触式找平系统在沥青路面摊铺中的应用及研究.pdf

特 刖 策 如 Special Plan 非接触式找平系统在沥青路面 摊铺中的应用及研究 Appl i c a t i on a n d r e s e a r c h o f n on c on t a c t i n g l e v el l i n g s y s t e m i n a s p h a l t p a v e me n t c on s t r u c t i on 路 面平整度是路面使 用性能重要的 评价指标之一 近年来 随着高速公路 广泛使用沥青混凝土做面 层 公路建设 管理 部 门对平 整度 的 重视 程度 愈来 愈 高 研究结果表明 平整 度的优 劣直接 影响高速公路通车后的路 面使 用效果 尤 其是 高 速公 路行 车 速度 快 交通 量 大 为 了保证路面具有良好 的行车舒适 性和使 用耐久性 较高的平整 度指标显 得十分必要 沥青混凝土摊铺从早期的 走钢 丝 发展到 走雪橇 浮动式平衡 梁 lJ 2 1 世纪初开始较多地采用非接 触式找平系统 随着施工工艺的不 断改 进 沥 青 面层 的平 整 度 有 了很大 的提 高 在沥青混凝土的生产水平 和施 工工 艺 已基本成熟的今天 要进一步提高路 面平整度水平 首要的问题是如何 为摊 铺机提供一个更为准确的平整度参照 系 毫无疑问 采用更先进 的找平 系统 是 完全 必 要 的 为此 我 们在 南 京雍 庄 六合高速 公路的沥青路面施工 中 首次采用了非接触式找平系统 并与当 时常用的浮动式平衡梁进行 了对比试验 从2 1 世纪初 国内开始 大规模采用非 接触找平系统到今天 非接触 式找平系 统也经历 了一个不断改进 不 断完善的 庄月明 过程 主要表现在平衡 梁的尺寸更加轻 巧 声纳装置的采样频率和精度更高等 方面 但是其工作机理 并没有发生根本 的变化 结合 雍 庄 六 合高 速 公路 的施 工 对非接触式找平 系统 的使 用情况进 行总结 通过应用新技术 在保证压实 度的前提下 提高沥青混凝土面层的平 整度 为高速 公路沥青混凝土路面平整 度水平的提高起抛砖引玉的作用 1沥青路面平整度的主要影响因素 1 1 路面平整度的测定 1 断面类平整度测定 断面类平整度测定是直接沿行驶车 辆轮迹 量测路面 表面的高程 得到路表 纵断面 通过数学分析后采用综合性统 计量表 征其平 整度 属于 这 一 类 的方 法 主要采用水准测量仪 梁式断面仪 惯性断面仪 纵断面分析仪等来测定 2 反应类平整度测定 反应类平整度测 定系统 是在车上 安装 由传感器和显示器组成 的仪器 可 以传感和积累车辆以一定速度驶经不平 整路面时悬挂系的竖向位移量 仪器得 到的测定值 通常是一个计数数值 每 计一 个数相应于一定的悬挂 系位移量 R M 8 c M 2 o o 5 年5 期 例如英国的颠簸累积仪 B I 美国的P C A 仪和Ma y s 仪 澳大利亚的N A A S R A 仪等 目前中国沥青面层平整度测量采用 连续式平整度仪量测路面不平整度的标 准差 路床顶面 底基 层 基层可采 用3 m直尺量测最大间隙的方法 平整度测量与量测长度有关 一般 采 用1 o 0 m为一个量测单 元 计 算其平 均值 实测结果表明 路面的平整度测 定结果与量测仪器的精度 量测长度 表面清扫的好坏等有关 1 2 影响路而平整度的 紊分析 在现代施工条件 下 沥 青路面的平 整度与施工 队伍综合素质 施工工艺的 合理性以及施工设备可靠性等因素有关 1 2 1采用现代化的机械设备是基础 目前 高速公路沥青路面施工的主 导设备 为间歇式沥青混合料拌和机和大 型沥青混合料摊铺机 根据测定 沥青路面的平整度在设 备方面主要与下列因素有关 1 沥青混合料拌和的均匀性 沥 青混合料的粒径 2 沥青混合料拌和机的出料速度 与运输 摊铺的协调性 3 沥青路面摊铺机的操作灵活性 和可靠性 维普资讯 特别策娜 Sp e c ia l P l a n 4 沥青混合料摊铺作业的连续均 匀性 5 基层的平整性 6 摊铺机找平系统的精度等 实践证 明 性能优 良的拌和与摊铺 设备可以有效地保证沥青混合料的均匀 性 使摊铺作业能够连续均匀前进 以 提高沥青路面的平整度 1 2 2沥青混合料碾压对沥青路面平整度 的影响 碾压是沥青路面施工的最后一道工 序 必须严格控 制压实度和压实工艺 保证沥青路面的压实度 提高沥青路面 的平整度 根据实际测定 沥青路面平整度在 碾压 方面主要与下列因素有关 1 碾压速度与碾压 方式 碾压时 除按规定要求碾压外 还 应注意碾压路线和碾压方向 不应 突然 改变而使混合料产生推移 压路机 的数 量 规格与碾压速度应与摊铺机 的施 工 宽度 摊铺速度相 匹配 2 碾压温度的变异 沥青混合料的温度是沥青路面整个 施工过程 中的关键 现场应做到专人负 责 对 来料 车 摊铺后 碾压前 碾压 中及碾压终了的沥青混合料的温度进行 测试 温度愈高 混合料塑性愈大 容 易改变空隙而获得较好的平整度 但是 碾压时应不致产生推移 同时温度的变 化同样将导致路面平整度的降低 1 I 2 3 施 工队伍的综合素 质对路 面的平 整度有很大的影响 在设 备基本相 同的条件下 施工队 伍 的综合素质对路面的平整度影 响非常 大 同样的设备 有的队伍施工的平整 度 为 0 5 6 4 mm 0 5 8 6 mm 有 的 为 0 6 4 6 mm 0 7 9 0 mm 实 际结果相 差 较大 根据 多年的施 工实际 沥青路面的 平整度控制的影响因素 十分复杂 通过 技术改进 提高路面平整度 已经成为一 种有效的途径 现 结合南京市重点工程 雍庄 六合高速公路的施工 研 究新 技术在沥青路面施工中的应用 以提高 沥青路面的施工质量 2非接触式找平系统 T OP CON S A S 2 1 嘶 况 沥青路面摊铺施 工时 为控 制路面 的平整度 一般在 下面层采用走钢丝的 控制方式 这种 方式主要为 了控制路面 的施工标高达到设计标高 的要求 在中 面层和上面层施 工时则采用接触式浮动 找平系统 的工艺 要求长度大于1 6 m 由于这种找平 系统设备重量较大 容易 在找平系统的行走路线形成压痕 而且 由于找平系统的控制电路采用模拟电 路 其反应速度较慢 不易及时调整摊 铺机的工作状态 1 9 9 7 年 美国拓普康 T O P C ON 公司首先 推出非接 触式找平 系统S o n ic A v e r a g i n g S y s t e m S A S 1 9 9 8 年通 过美国联邦运输部 的D O 认证 并推 广到世界各地 1 9 9 9 年在 中国试销 以 进一步满足高速 公路的高要求 2 0 0 0 年 在国内高速公路路面摊铺 中初步获得成 功 由于该设备采用先 进的数字 电路控 制模式 其反馈信 息更快 各测定的测 定数值 经 过统 计处 理 后反馈 给 控 制 电 路 最大 限度地提高了沥青路面的施工 平整度 2 2 发备的基本原理 1 构成 非接触式找平系统 为在路面 以上一 定距离处使用多个声纳追踪器 一般为 企 矗 L 2 o o 5 年5 期 4 个或8 个 它以地面 为基准并精确地 测出距离平均值 控制摊铺机的升降油 缸 从 而 达到 更加 光滑平 整 的摊 铺效 果 图 1 为 非 接 触 式 找 平 系 统 的 主要 构成 黜 梁 图1 非接触式找平系统 T OP C ON S AS 的主要构成 2 处理过程 声纳追踪器是一高程控 制传 感器 它发出高频声脉冲并测出从物理参照物 反射 回来 的回脉的时间 然后发 出信息 给控制盒 控 制盒检测此信 息并提升或 下降调节油缸以维持适当的面层厚度 本声纳追踪器每秒发射 3 9 次声脉 并对 距离求平均值 如图2 所示 由于路面原始状态平整 度较差 而 非接触式找平系统的安装距 离只需7 3 m 折叠长度为3 9 m 在 一 定的范围内可 以有效地采集数据 并 进行峰值处理 减少特殊点对平整度的 影响 由此可 以保证经过分层铺 筑后的 路面平整度达到最佳状态 以上是T O P C ON S A S 的工作机理 但是 目前使 用的非接触找平系统其平衡 维普资讯 爨 特 刖 策 划 Special Plan 梁的长度已大大缩短 它是如何来保证 采样 的数量和精度是一个需要研究的问 题 其实很简单 解决 的方案就是让 电 脑处理系统 存储 前一 时段 内 或一定长 度内 采集到的部分数据 结合实时采 集到的数据 通过综合分析来控制油缸 的升降以维持适 当的摊铺标高 图2 数值 处理 示意 图 2 3 非接触式找平系统 的探 方式 非接触 式找平 系统操作十分简单 一 般不到1 0 mi n l p 可安装完毕 工作时 只需在控制盒面板上轻拨开关 进行测 量 S u r v e y 一 下 然 后开 启 自动 A u t o 开关即可 操作十分方便 通常 可以在摊铺机两侧 的大臂上 各安装1 个或4 个声纳传感器来跟踪基准 绳线或基准面 当系统正常启动 后 传 感器将探测到的信号反馈到控 制盒 进 行 分析 处理 后 来控 制传 感 器探 头 的升 降 使其与基准绳线或基准面的竖向距 离始终保 持为一恒 定的数值 由于传感 器 固定于摊 铺机两侧 的大臂 因此熨平 板将随大臂按基准面 线 的高程作相 应的升降 进而达到对沥青面 层标高的 控 制 但是 T OP C O N S A S 对高程变化的 响应速度并不是一 成不 变的 摊铺机的 行进过程实际上也是声纳传感器对基准 面 线 的跟踪过程 并且还要使两者 的间距趋于恒定 为了使铺 出的面层更 加平 整 T OP C O N S A S 给 我们 提供 了 3 种响应模式 1 当高程变化小于1 5 c m时 系 统控 制大臂升降的速 度很快 也即传感 器很快能复位使其与基 准绳线或基准面 的距离趋于恒定 2 当高程变化大于1 5 c m 小于 6 0 c m时 系统控 制大臂升降的速 度较 慢 也即传感器不会很快复位 这样 如果下层 被当成基准面 表面 凹凸不 平 时 也不致于完全反映到正在摊铺的 上层 这就是所谓的 削峰处理 3 当高程变化大于6 0 c m时 系 统将锁定 大臂的升降 也即传感器 的行 走路线如遇较大的坑洞或障碍物 时 摊 铺机将按锁定前的高程继续工作 由上可 知 经非接触式找平 系统找 平后所得到的上层纵面线形与参照 面的 纵面线形已完全不是一个概念 毫无疑 问 它将会更加平滑而且更趋合理 从 某种程度上讲这正是平整度提高的关键 所在 图3多声纳控制 图4单声 纳控 制 2 4非接触式找平系统的基本特点 由于非接触 式找平系统采用非接触 数字处理技术 它与其他接触式设备相 比具有以下优点 1 非接触 不会有 粘轮及压 痕 现象 2 外观轻巧 操作方便 3 数字控制 没有机械误差 4 结构紧凑 可折叠 运输过程 方便 5 前进 后退变换 自如 压路机 可紧随碾压 R M C M 2 0 0 5 5 M 6 可用于匝道 变坡 互通立交 及钢板桥面的摊铺控 制 7 接缝处理 良好 8 可以与各种品牌的摊铺机相 连接 3 施工对比分析 3 1南 京 维 庄 六 宙 高速 公 路 T OP C O N S A S 傍 十 况 在南 京雍庄 六合高速公路路面 面 层施 工 中 采用 非接 触 式找平 系统 S A S 和接触式浮动平衡梁进行 了对 比试验研究 如表1 所示 表1测试平整度 口 mm 桩号基 层 丽 下 面 层 中 面 层 上 面 层 采 用 机 械摊 铺 机 两摊 铺 机两 侧 安 装摊 铺 机两 摊 铺 以侧装 j 接j 接 触式 找 平 系侧安 装 非 钢丝 绳 为触式 技 平统 4 个 声 纳 追 踪接 触 式拄 找平方式 基准 装 置 单器 3 个 声 纳 追平 系 统 4 个 声 纳 追踪 器 在未 摊 铺 路个 声纳 追 踪 器 面 1 个 在已 摊 踪 器 铺 路面 混合料类型 平 整 A C 2 5 1 A C 2 0 1 A C 1 6 1 各层厚度 B I m m 7 c m 5 c m 5 c m K 8 0 6 6 K 9 0 0 0 7 2 1 1 9 0 7 1 0 5 1 K 9 0 0 0 K1 0 0 0 0 6 9 1 1 0 0 6 7 0 4 8 K 1 0 0 0 0 K 1 1 0 0 0 8 1 1 0 9 0 8 2 0 5 4 K l l 0 0 0 K 1 2 0 0 0 6 4 1 0 3 06 5 0 4 5 K 1 2 O O O K I 3 O 0 0 9 1 0 9 7 n7 8 0 4 9 K 1 3 0 0 0 K 1 4 0 0 0 7 2 1 0 2 0 6 9 0 5 1 K 1 4 0 0 0 K 1 5 0 0 0 7 4 0 9 8 0 7 1 0 柏 K 1 5 0 0 0 K 1 6 0 0 0 7 1 0 9 6 06 2 0 4 5 Z 2 K Z 2 K 1 3 3 0 6 9 0 9 9 0 7 8 0 5 0 Z 3 K 0 0 0 0 Z 3 K 0 7 6 0 8 0 1 0 8 0 7 4 0 5 2 K o 0 0 洲 4 2 7 8 1 0 9 2 0 8 6 0 5 2 均 m m 7 4 9 1 0 3 0 7 2 8 0 4 9 5 标准差 m m 0 7 6 2 0 0 7 8 4 0 0 7 2 8 0 0 2 8 7 采用3 m直尺测定 其他路段的检测数据见表2 3 2 数据综台分析 通过以上的数据分析 采用非接触 式找平 系统可以改善沥青面层的平整 度 其平整度的改善状况与路面的原始 平整状况有关 一般在5 8 的范 围 内 但 是 如 果路 面 基层平 整 度较 差 如表面十分粗糙 甚至还有空洞 由于 非接触式找平系统 传感器较强的跟 踪能力 因此 很有可能将下层的不平 整 复制 到上层来 此时其改善量将 减少或其路面的平整度可能差于接触式 维普资讯 特5 尹 I 策如 S p e c i a l P l a n 找平设备 表2面层的检测数据 中面层 上面层 j 接 麓 式 按 平系 统接 触式找平系 统接 触式找平系 统 接 麓 式 找平 系 统 0 8 5 0 8 2 0 5 4 0 6 6 0 6 9 1 3 9 0 5 6 0 6 4 0 7 1 0 7 0 5 3 0 5 9 0 8 3 0 9 0 5 4 0 6 8 0 7 2 0 8 3 0 51 0 63 1 0 4 0 5 4 0 57 0 64 0 87 0 5 8 1 0 5 8 0 99 0 6 7 1 37 0 66 O 6 7 O 5 8 0 5 8 0 6 0 6 0 5 7 0 56 0 5 8 0 5 7 0 5 9 0 59 0 6 6 0 7 0 6 0 55 0 6 2 0 7 6 0 5 7 0 71 0 72 Q 7 1 Q 5 5 Q 65 Q 6 0 6 7 0 9 0 6 1 0 6 9 0 7 8 0 8 7 0 5 6 0 6 6 0 6 9 1 2 5 0 5 3 0 6 8 08 6 0 9 4 0 7 2 0 5 5 0 5 4 0 7 0 7 0 5 2 0 6 4 0 71 0 6 1 0 6 0 6 5 0 6 6 0 5 4 0 5 5 1 01 0 61 0 6 4 0 5 7 0 61 0 6 7 1 0 5 4 0 5 3 0 87 0 5 9 0 5 4 0 51 0 7 9 0 6 3 0 57 0 5 0 6 5 0 6 5 0 57 0 5 1 27 0 6 0 5 5 0 8 7 0 7 0 5 5 0 5 7 1 0 7 0 6 9 0 5 0 5 6 0 8 4 0 6 4 0 5 4 0 5 2 0 6 9 0 5 8 0 5 7 0 71 0 5 5 0 6 7 0 7 5 0 5 9 0 61 0 81 0 5 9 1 0 2 0 6 7 0 5 4 0 5 9 0 6 6 0 6 2 0 7 7 0 9 4 0 6 7 0 7 7 0 7 3 0 5 4 0 7 6 0 8 3 0 51 0 7 9 0 6 0 5 6 0 6 8 0 6 0 9 1 0 6 6 0 8 7 0 6 1 0 5 0 5 7 1 1 2 0 7 1 0 6 0 5 9 0 7 2 0 5 8 0 5 8 0 5 8 0 5 2 0 5 3 0 61 0 7 5 均值 0 7 4 6 均值 0 7 9 2 均值 0 6 4 4 均值 0 5 9 9 5 8 改进7 0 4 结论及建议 本文通过大量试验 对非接触式找 平系统在路面施工中的应用进行了试验 及研究 通过试验 分析 对比 可以 得出以下基本结论 1 路表平整度与面层以下各层的 平整度有一定的关系 但控制路表平整 度的关键是沥青面层的各层平整度 2 对影响沥青面层平整度的主要 影响因素进行了分析 沥青混合料的结 构对平整度有一定影响 当混合料配合 比设计合理 材料选择恰当 在交通荷 载及高温因素的作用下 平整度将维持 良好的状态 实践证 明 性能优良的拌 和与摊铺设备可以有效地保证沥青混合 料的均匀性 使摊铺作业能够连续均匀 地前进 以提高沥青路面的平整度 3 采甩非接触式找平 系统可以改 善沥青面层的平整 度 其平整度的改善 状况与路面的原始平整状况有关 可以 提高路面的平整度 一般在5 一 8 的范 围内 4