建筑行业水泥稳定碎石高精度D摊铺施工工法

水泥稳定碎石高精度3D摊铺施工工法1.前言公路工程基层是路面重要承重层，会严重影响路面使用性能和服役寿命。目前高等级路面基层常用的类型是水泥稳定碎石基层。为严格控制路面施工完成后整体厚度及平整度，基层施工过程中需要精确控制高程并充分碾压。目前，水泥稳定碎石基层施工过程中控制高程常用的方法是钢丝标线法。在水泥稳定碎石基层两侧边线外20cm处安放两条标高基准线，控制水泥稳定碎石层的摊铺厚度和标高。标高基准线为两条直径3mm的钢丝绳，钢丝绳的张拉力不小于1KN，施工过程中根据钢丝绳的伸长量来控制张拉力，钢丝绳顶面的标高通过整10m桩处的钢钎来控制，钢丝绳安装在钢钎的横杆上。这种确定标高方法精确度较低，无法进行实时坡度控制，弯道作业难以严格达到设计要求。且事先需要测量放样、打桩，效率较低，工作量大。为保证压实度及防止碾压过程中水泥稳定碎石侧向外移，需要在侧边加装支挡模板，常用的为简单连续排列的木模板或钢模板，模板相连处缺少连接加固措施，由此造成碾压过程中模板容易被挤压变形或开裂。为有效解决上述问题，当前先进的技术方案是采用毫米级高精度3D摊铺控制系统。该系统是结合了GNSS精密定位技术和激光找平技术，用于对施工作业面进行高精度整平的光机电液一体化3D自动控制系统，是专门与相关施工机械配套并提高其自动化水平的重要手段。GNSS三维点位控制通过GNSS接收机采用RTK技术，实时获取摊铺机熨平板的3D点位信息并计算出对应的高程设计信息。激光高程控制则通过激光发射器和接收器的相对关系，将3D点位接收到的激光信号转换为电信号，根据电信号的量值与变化计算出实测高程与设计高程的差值，并控制电磁比例液压换向阀，最终控制摊铺机熨平板提升或下降的液压缸，实现毫米级平整作业。水泥稳定碎石高精度3D摊铺施工工艺自投入市场以来，已在高速公路建设过程中得到了规模化应用，技术工艺成熟，使用效果良好。在应用该技术过程中积累了大量工程经验，在此基础上经过不断总结和完善，形成了本工法。2.工法特点相对于传统水泥稳定碎石基层施工工艺，本工法特点及优势主要体现在以下方面：2.1高精度3D摊铺系统特点及优势（1）简化工序，提高效率，降低人力成本支持设计数据的导入，省去人工架设参照基准的工作，只需少量检测人员即可，摊铺机就绪后即可直接开始摊铺作业。省去传统施工方法中测量人员进行计算、设计、测量、放样、打桩、拉线等准备工作。（2）超高标准的平整度、平顺性与厚度控制，节省材料整个过程中精确控制摊铺的绝对高程，实现材料成本节约最大化。排除人为误差影响，实现过程控制，确保施工的精度。由于是针对过渡段、超高曲线以及横坡频繁边坡的情况，3D摊铺系统全数字显示，精确控制高程和坡度；实时显示摊铺坡度与设计面差值，严格控制坡度和厚度。相比传统施工方法显现出明显优势。（3）施工数据与设计数据完美结合传统施工方法只能以方格网形式显示CAD设计数据，无法真实呈现每个格网中任意一点真实坐标。3D摊铺系统严格按照设计院设计的项目数据，能有效地按1:1的比例在现场进行施工，真实呈现施工现场每一点坐标值，将施工数据与设计数据完美结合。（4）全天候作业，缩短工期相比传统作业模式，不受环境光照影响，作业精度一致，可全天候作业，缩短工期。（5）数字化管理，全流程控制控制箱实时显示当前作业状态，方便查看；数字化控制，严格控制施工质量。2.2侧模挡板布置特点及优势侧模在槽钢两端槽内拐角处分别焊上一个螺母，共计4个。5号槽钢作为侧模的支撑杆，支撑杆一端打孔用于穿钢钎，另一端焊接圆钢。圆钢垂直于支撑杆焊接牢固。支模板时支撑杆一端的圆钢插入相邻两块模板的螺母，且上下支撑杆的圆钢相对插入，另一端由钢钎固定。通过以上操作可以使模板形成有力相互咬合的支撑方式，模板整体性好，防止涨模。3.适用范围本工法适用于高速公路、一级公路路面的水泥稳定碎石基层施工，其他道路可参照执行。4.工艺原理4.1高精度3D摊铺原理毫米级高精度GPS3D摊铺控制系统由GNSS基准站、域激光发射器、毫米级高精度GPS流动站和P63摊铺机自动控制系统四部分组成。系统工作时，GNSS基准站通过无线通讯实时向流动站接收机发送差分信号，同时域激光发射器实时向流动站发射高程信息；毫米级高精度GPS流动站接收机系统分别将接收到的GNSS卫星信号、GNSS基站发送的差分信号和域激光发射器发射的高程信息，进行实时的处理解算，实现了实时的厘米级的GNSS平面定位精度和毫米级的高程控制精度。P63摊铺机自动控制系统利用配套的PZS-MC域激光接收器和MC-R3GNSS接收机同时进行厘米级的RTK平面定位和毫米级的高程定位，并实时的将三维坐标数据传输到GX-60控制箱，控制箱将获得的当前3D坐标信息与事先导入的基层设计数据进行对比，并实时生成对应点位的高程修正信息模型，这些高程修正信息通过一系列算法，再由控制箱生成对应比例的驱动信号，通过电磁阀驱动摊铺机牵引臂的液压油缸，进而使熨平板在相应方向上进行调整，弥补路面基层波动，实现设计要求的平整度和厚度。在整个摊铺过程中，使用毫米级高精度GPS流动站实时检测路面的摊铺质量状况，按照设计需求，及时做出调整，真正实现施工过程的全流程监控，以充分满足高质量的摊铺设计要求图1毫米级高精度GPS3D摊铺控制系统组成4.2侧模支挡原理模板架设采用相互咬合的支撑方式，每个模板边上焊接螺母，模板与模板连接通过圆钢连接螺母，从而使所有侧模连接为一个整体，可以使模板形成有力的咬合力，提高模板整体性和稳定性，防止涨模现象出现。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程水泥稳定碎石高精度3D摊铺施工工序流程图如图1所示。下承层准备下承层准备固定侧边支挡侧模固定侧边支挡侧模前期施工数据准备前期施工数据准备施工数据制作控制点、水准点布设仪器架设施工数据导入自动摊铺碾压检测压实度封闭交通养生分项检测验收踩点布设测量GPS基站架设激光高程站架设流动站数据导入数据检核自动控制系统数据导入初压复压终压不合格图1水泥稳定碎石高精度3D摊铺施工工序流程图5.2操作要点5.2.1下承层准备严格按照《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2017）的相关规定对水泥稳定碎石基层的下承层进行自检和报验，凡验收不合格的路段，及时组织人员进行处理，使其达到标准后，方可进行上一层的施工。5.2.2固定侧边支挡侧模（1）布设侧边支挡模板模板可采用28a型槽钢等型号钢模板，模板加工时在槽钢两端槽内拐角处分别焊上一个螺母，共计4个，焊接要牢固。可采用5号槽钢作为侧模的支撑杆，支撑杆一端打孔用于穿钢钎，另一端焊接圆钢。圆钢垂直于支撑杆焊接牢固。支模板时支撑杆一端的圆钢插入相邻两块模板的螺母，且上下支撑杆的圆钢相对插入，另一端由钢钎固定。通过以上操作可以使模板形成有力相互咬合的支撑方式，模板整体性好，防止涨模。（2）固定模板外侧钢钎钢钎穿过支撑杆端部圆孔，并打入土质路肩中一定深度，用以支撑固定侧模。可采用手持式小型打桩机对模板外侧钢钎夯击，将其打入土中。打桩机由小型汽油机作为动力带动打桩机锤头，整台机器重量15kg左右，功率1.9kw，单人完全可以操作，使得打钢钎的工作2人就可以完成，显著提高工作效率，并节省人力。钢钎的打入深度和土质性质、钢钎直径等因素有关，正常可达约0.5~1m左右，完全能满足模板支撑需要。该机体积小，移动方便，操作灵活。5.2.3前期数据准备设计数据准备主要是根据设计图纸，将纸质设计文件转换为电子设计文件和数据资料，为施工数据制作做准备。原始设计数据统计整理主要包含以下几部分：①直线、曲线及转角表主要统计整理数据有起始点坐标、桩号，交点坐标、桩号以及曲线要素值。②纵坡、竖曲线表主要统计整理数据有起始点高程、桩号和竖曲线要素。③路基设计表主要统计整理数据有里程桩号、路基宽度、路基横坡。④逐桩坐标表利用逐桩坐标对输入的道路信息是否正确进行检核。5.2.4施工数据制作根据原始设计数据在Topcon3D-Office软件中进行道路平曲线、竖曲线、横坡以及宽度的编辑。主要编辑操作步骤如下：（1）在摊铺机机载设备中打开3Doffice软件，依次点击“新建工程”、“新建道路工程”。（2）新建道路工程完成后，依次点击道路工程“对齐（Alignment）”、“水平定线（Hprizontalcenterline）”，打开输入界面。根据前期统计整理的直线曲线及转角表数据，按元素法格式输入数据。（3）水平定线完成后，点击“垂直定线（Verticalprofile）”，打开输入界面。根据前期统计整理的纵坡竖曲线表，按元素法格式输入数据。（4）垂直定线完成后，点击“横坡模型（Templates）”，根据路基设计表输入正常路段和超高路段横坡模型。（5）横坡模型添加完成后点击“确定（OK）”，然后添加所要施工的起止桩号及相对应的横坡、左幅、右幅，完成后点击确定。（6）横坡数据添加完成后点击“形成3D表面数据（GenerateTINfrom3Dalignment）”选项，输入成网间距（直线段推荐值1.5m，超高路段推荐值0.2m），点击“确定（OK）”生成表面数据。5.2.5控制点和水准点布设（1）施工区域内选点在施工现场周围选取平整、坚硬、无遮挡且不易被扰动的位置，供布设控制点、水准点使用。（2）控制点和水准点布设选点完成后，分别确定控制点、水准点的位置，然后进行布设。控制点、水准点布设要牢固，不被施工机械等干扰晃动。布设完成后控制点、水准点网型如图2所示。图2控制点、水准点布设网型控制点布设要求如下：①控制点的布设要在施工区域形成网状，并将所施工区域全部覆盖在内。②控制点布设要考虑GPS基站架设，不能架设在太高的位置或离施工区域很远的位置。③控制点布设要远离高压线、房屋、河边、沟壑等位置，防止影响GPS基站接收卫星信号。水准点布设要求如下①水准点布设时，应考虑摊铺时激光站架设，保证激光站发射的激光信息能被摊铺机上的MC-R3接受机接收到。②水准点布设一般在施工道路两侧进行布设，由于激光发射范围在发射器所在水平面±5m范围内，再考虑道路纵坡影响，水准点点位一般高于路基顶面1~2m。③为保证施工的连续不间断进行，需要两台激光高程基准站交替进行架设，为保证高程精度，激光的最远接收距离一般控制在100m以内，最远不超过150m。因此，水准点的布设间距一般控制在100m一个水准点。④水准点布设时，离施工路段在20米以上（道路施工时机械振动过大会使激光站停机）。（3）控制点、水准点测设控制点的测量按照一级导线精度要求进行测设，水准点按照四等水准测量要求进行测设。5.2.6仪器架设（1）GPS基准站架设①摊铺前选择离施工路段最近的控制点架设毫米GPS基准站。②对准整平仪器，量取仪器高。③打开基准站，等正常工作的提示语音响起后，设置基准站的点号、仪高、电台频道等各项参数。④观察基准站电池电量情况、卫星接收情况以及电台信号发射情况，所有指示灯正常工作后，连接流动站接收机，看是否能正常工作。⑤放样已知的其他控制点，平面位置误差控制在±2cm以内。以此来检核GPS基准站架设是否正确。（2）PZL-1激光高程基准站架设①开始施工前确定第一站激光站的架设位置，选择离摊铺机侧后方20~30m的水准点为第一站架设激光站点。第一站激光站架设太远容易造成高程信息精度不准确。架设到摊铺机侧面或前方激光高程信息容易被遮挡，而导致自动摊铺系统无法正常工作。②确定水准点架设位置后，打开伸缩三脚架，将激光基准站架设到三脚架上，先不打开仪器，首先进行整平仪器，使气泡居中，打开激光对中器，挪动三角架腿，准确对中水准点，等仪器自动整平后，进一步精确对中水准点。③量取激光站的仪器架设高度（从水准点到仪器侧面标示处）。④通过蓝牙连接，手部与激光站相连，设置仪器高、型号、架站点点位、激光发射频道等各项参数。⑤连接流动站，距离激光站5m以外的位置，将流动站激光接收器对中激光站，检查激光站是否正常工作。⑥待激光站一切正常工作后，将流动站放置在周围最近的水准点，放样水准点三维坐标，高程误差不超过3mm，则不需要进行激光站仪器高校准。⑦当放置在水准点上高程误差超过3mm时，进行仪器高的校准，校准完成后，放样此水准点高程，误差不超过3mm。⑧校准完激光站仪器高后，去另外一个水准点检核所校准的激光站仪器高是否准确，高程误差控制在3mm以内。⑨激光站校准时，校准激光站的水准点离架设激光站的水准点距离以40--80m为宜，离激光站20m以内不得进行激光站仪器高校准。⑩激光站仪高校准完成后，必须用第三个水准点进行校核验证仪高的准确性，保证高程信息的准确性。⑪GPS基准站、激光高程基准站架设完成后，用流动站放样控制点、水准点2-3个，检核三维坐标，确认各个仪器全部正常工作，各项数据准确无误。5.2.7施工数据导入（1）设计施工数据导入毫米GPS流动站将提前做好的摊铺表面数据（.TN3格式）和道路数据（.RD3格式）导入流动站手部，加载设计数据到手部。（2）现场原地面校核数据加载完成后，放样几个横断面，测量所做的面数据是否正确，确认松铺厚度是否是设计松铺厚度，以此来校核所做设计数据的高程、横坡、纵坡等各项数据的准确性。（3）摊铺机控制系统施工数据导入数据确认正确无误后，将面数据、控制点、水准点等各项数据导出，拷贝到U盘中（一般以当天的施工日期为工程文件名）。在摊铺机工作前，连接GX-60控制箱电源，打开电源将从手部中导出的工程文件拷贝到软件根目录下。打开3DMC软件，根据文件名日期选择工程数据，加载完成即可。5.2.8摊铺（1）摊铺前准备①仪器架设完成并进行校正，各项数据导入流动站和GX-60控制箱，确认各项准备工作完成后，进行摊铺作业。②利用流动站，根据设计宽度和偏距，对将要摊铺的施工道路进行边线放样。③在摊铺机就位前，用流动站测量放置熨平板垫块，使摊铺机在就位时熨平板处于设计松铺面，调整摊铺机左右标尺读数。（2）自动摊铺①摊铺机准备就绪，指挥料车倒料、布料，摊铺机起步，起步时先关闭自动，行走2m~3m用流动站进行测量，所铺筑的松铺面是否与设计面向重合，如有偏差，手动升降左右两侧标尺，使摊铺面高程横坡达到设计值。②高程、横坡等各项参数接近设计值时，打开自动开关，进行自动找平摊铺。③随着摊铺机的行走，离起始位置的激光站距离不断增大，当距离达到100m左右时，对流动站、摊铺机自动摊铺系统的激光接收频道进行更换，切换到离摊铺机工作区域较近的激光站。④激光站交替向摊铺前进方向进行换站架设，进行连续不间断摊铺作业。⑤用流动站实时测量摊铺面是否与设计相符，出现波动时及时进行调整。（3）摊铺后数据整理①需要测定松铺系数时，提前在原地面采集原地面点的高程，等摊铺完成后，未碾压之前测定松铺高程，碾压完成后测量压实后高程，待摊铺碾压结束后，导出所测量数据。②摊铺结束后整理仪器和各个配件，放入相对应的箱子。③施工结束后，按照一定格式将施工过程中测量的坐标信息、高程信息等导出到U盘中，拷贝到电脑上，以备进行总结分析施工过程中出现的问题。5.2.9碾压（1）采用双钢轮初压2~3遍，再用激振力大于35t的重型压路机或25t以上的轮胎压路机继续碾压密实，最后采用双钢轮压路机碾压，消除轮迹。（2）安排专人负责碾压，严禁漏压和产生轮迹，碾压完成后表面平整。5.2.10养生对碾压完成段落覆盖透水土工布洒水养生，并封闭交通，养生7d以上，并至下一道工序施工前2天揭开土工布。6.材料与设备6.1材料水泥稳定碎石拌和主要材料为水泥和集料。侧边支挡模板主要为槽钢和钢钎。表1主要材料一览表序号材料名称型号规格用途1普通硅酸盐水泥32.5及以上拌和混合料2饮用水/拌和混合料3粗集料4.75～9.5mm拌和混合料9.5～19mm19～26.5mm4细集料0～2.36mm拌和混合料2.36～4.75mm5槽钢28a支挡模板5#支撑模板6圆钢直径10cm配合5#槽钢支撑模板7钢钎50cm长支撑模板6.2机械设备机械设备及要求如表2所示。表2主要施工设备序号设备名称规格型号数量1HiperV基准站HiperV一套2HiperV流动站HiperV一套3RTK控制手部FC-2501台4GX-60控制箱GX-601台5MC-R3接收机MC-R32台6LZ-T5激光发射器LZ-T52套7PSZ-1激光接收器PSZ-11台8拌和站WCB8001座9自卸运输车25吨20台10装载机厦工506台11摊铺机中大DT16001台12胶轮压路机中大37T1台13单钢轮压路机中大32T1台14双钢轮振动压路机中大17T1台15小型平板夯机\1台16全站仪\1套17水准仪DS-22套18洒水车8T2台19水泥浆洒布车4m31台7.质量控制7.1材料质量控制进场前，各种原材料应以“批”为单位取样检测，水泥等重要材料应提交正式的检测报告，不符合要求的材料不得进厂。水泥和集料性能须满足《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF20-2015）7.2施工质量控制施工质量控制要点：（1）在输入横坡数据时横坡变化的里程都需输入，不得漏输、错输或跳输，横坡模型输出完成后要仔细检查一遍是否输入有误。（2）在制作设计数据时，输入结构层宽度要比最大的设计宽度左右各宽1m，防止自动摊铺系统无法获得面数据信息，保证摊铺时不会超出设计面宽度。（3）在制作正常路段（路基横坡不变的路段）的面数据，在形成网数据时，网格间距宜设置为1.5m；间距太小，会造成数据太大，导入流动站和GX-60时会导致其无法正常工作。（4）在制作变坡路段（横坡发生变化路段或超高路段）的面数据时，为了保证摊铺时熨平板变坡时的连续性，网格间距宜为0.1~0.2m，且每段长度不宜超过300m；当要制作的面数据长度超过1000m时，宜分段制作，在摊铺时切换数据即可。（5）控制点、水准点布设时要选择坚硬、平坦、无遮挡的位置，控制点间距宜在300~500m之间，水准点间距在100m左右。在水准点之间再加一部分用来校正激光站仪器高的临时水准点，每隔50m设一临时水准点。（6）当仪器架设完成，校准激光站仪器时，要确认流动站仪高是否输入正确。激光站仪高校正完成后，选取另外2~3个水准点进行检核仪高是否正确。（7）摊铺过程中要时时注意自动摊铺系统对激光高程信息的接收情况，出现中断，或者无信号时，要及时关闭自动开关，并注意摊铺机标尺是否有波动，待有信号后再打开自动开关。（8）摊铺机上的自动摊铺控制系统选择激光高程信息时，左右两侧的接收器要选择同一台激光基准站发射的激光信号，不得同时接收两台仪器的激光信号。（9）摊铺机正在摊铺时，所连接的激光基准站不宜在正在碾压的路段，压路机振动时，会使激光基准站发射的激光高程信息出现波动。因此，要选择远离碾压路段的激光基准站所发射的激光高程信号。（10）摊铺机在前进的过程中，激光基准站要交替向前进方向进行架设，每次架设完成后，都要进行仪器高的校正，待校正完成后记录仪高跟点位点号，在GX-60控制箱中修改其相对应的数据。（11）在调整摊铺机标尺时，要缓慢均匀的上升或下降，不得猛升猛降，防止出现坑包，影响铺筑面平整度。7.3质量检查与验收交工验收检查项目和频率应符合《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2017）的相关规定。8.安全措施（1）坚持“安全第一，预防为主，综合治理”的原则，认真学习岗位安全职责和安全操作规程，提高劳动技能和安全意识，树立安全生产、标准操作的思想，防患于未然。制定施工现场意外伤害应急预案，对突发安全事件能够及时妥善处理。（2）确保机械设备状态良好，安全使用。机械操作人员和机动车驾驶人员必须有特殊机械作业的上岗证，严禁无证操作、无证上岗。机械设备操作人员必须遵守设备操作规程，严禁机械设备违章作业。（3）施工路口及施工路段设立明显的警示标志，路口处设专人指挥交通，以确保施工现场的安全。（4）施工过程中，搞好各工序、各环节之间的衔接，施工人员必须统一着装，挂牌上岗。各类标志标牌醒目，现场整洁有序。（5）在施工现场，各种车辆、机械一定要按照线路、分道限速行驶。严格执行机械安全操作规程，定期保养维修。（6）施工时，进行基站架设时要避开道路、基坑边缘等位置，防止影响道路交通或损坏仪器。9.环保措施（1）成立对应的施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方有关环境保护的法律、法规和章程。所有作业人员应进行环保培训，提高环保意识。（2）加强对施工燃油、废水、生产生活垃圾、废渣等工程材料和废弃物的控制和治