CN113174815B - 用于路面施工的3d智能化数字摊铺压实***及压实方法 - Google Patents
用于路面施工的3d智能化数字摊铺压实***及压实方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***及压实方法,属于路面施工技术领域,其包括摊铺厚度制定***、GPS基准站、GPS流动站、激光基准站和自动摊铺控制***,通过本发明用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***能够实现路面摊铺压实的精准控制,可以精确控制摊铺厚度和平顺度,保证了路面的摊铺压实质量。
Description
技术领域
本发明属于路面施工技术领域,涉及沥青路面摊铺技术,具体为用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***及压实方法。
背景技术
路面摊铺是指在修筑公路或者维修公路时,在公路的上基层上方铺设混凝土层、沥青层或其他材料的施工作业过程。现有技术中常用的路面摊铺方法有滑靴法和平衡梁法;滑靴法是将滑靴悬挂在牵引杆上,在滑靴上安装距离传感器,使滑靴在牵引杆的牵引下沿着路面滑行,通过距离传感器测量滑靴距离路面的竖直距离,继而判断路面的摊铺厚度是否均匀;平衡梁法是先要在公路上确定一个基准面,在路基上方搭一个平衡梁,在平衡梁上设置一个传感器,通过传感器控制基准面从而达到自动找平的目的,继而判断路面摊铺的是否平整。现有的这两种方法可实施性都非常好,但是其存在以下问题:
1、滑靴法主要控制摊铺厚度,平衡梁法主要控制平顺度,但是其对摊铺厚度以及平顺度的控制精度均较差。
2、这两种方法均属于机械式测量方法,现场需要的施工人员均较多,施工劳动量大。
发明内容
针对上述滑靴法和平衡梁法,其对摊铺厚度以及平顺度的控制精度均较差的问题,本发明提出了用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***及压实方法,其具体技术方案如下:
用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,包括摊铺厚度制定***、GPS基准站、GPS流动站、激光基准站和自动摊铺控制***,
所述摊铺厚度制定***用于根据摊铺压实经济分析和摊铺厚度标准确定实际单层摊铺厚度,并将该实际单层摊铺厚度传输给自动摊铺控制***;
所述GPS基准站实时向GPS流动站(3)发送差分信号;
所述激光基准站实时采集所处位置摊铺压实路段的高程信息,并将该高程信息发送给GPS流动站;
所述GPS流动站接收GPS基准站发送的差分信号和激光基准站发送的高程信息,对差分信号和高程信息进行解算处理,形成解算后数据,并将该解算后数据发送给自动摊铺控制***;
所述自动摊铺控制***接收实际单层摊铺厚度和解算后数据,并将实际单层摊铺厚度和解算后数据进行对比,并根据对比结果进行施工作业。
进一步限定,所述用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***还包括无线电发射器,所述GPS基准站通过无线电发射器实时向GPS流动站发送差分信号。
进一步限定,所述GPS基准站为毫米级GPS基准站,所述GPS流动站为毫米级GPS流动站。
进一步限定,所述自动摊铺控制***包括接收机、控制器和摊铺机,
所述接收机接收GPS流动站发送的实际单层摊铺厚度和解算后数据,根据解算后数据生成实际三维坐标数据,并将该实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度发送给控制器;
所述控制器接收实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度,并将实际三维坐标数据与实际单层摊铺厚度进行对比,生成高程修正信息,同时将高程修正信息换算成比例驱动信号,通过比例驱动信号控制摊铺机进行摊铺施工作业。
基于上述用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***实现用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实方法,包括以下步骤:
1)摊铺厚度制定***根据摊铺压实经济分析和摊铺厚度标准确定实际单层摊铺厚度,并将该实际单层摊铺厚度传输给自动摊铺控制***;
2)GPS基准站实时向GPS流动站发送差分信号;
3)激光基准站实时采集所处位置摊铺路段的高程信息,并将该高程信息发送给GPS流动站;
4)GPS流动站接收差分信号和高程信息,对差分信号和高程信息进行解算处理,形成结算后数据,并将该结算后数据发送给自动摊铺控制***;
5)自动摊铺控制***接收实际单层摊铺厚度和解算后数据,将实际单层摊铺厚度和解算后数据进行对比,并根据对比结果进行施工作业。
进一步限定,所述步骤1)实际单层摊铺厚度的确定过程为:
根据摊铺压实经济优化公式:
确定最优的x1值;
其中,a为单次摊铺经济系数,取值范围为0.2-0.6;b为压实遍数经济系数,取值范围为0.1-0.5;c为摊铺层数压实经济修正系数,取值范围为1.0-1.2;h为设计摊铺总厚度,单位为m;x1为单次摊铺压实经济厚度,单位为m;y为摊铺压实综合经济值;
根据摊铺厚度标准公式:
确定x2值;
其中,t为测量的已摊铺好的单次摊铺厚度,单位为㎜;λt为设计单次标准压实系数;λx为单次摊铺厚度为x2时对应的单次标准压实系数;x2为单次摊铺标准厚度,单位为㎜;
若x1≥x2,则x=x2;若x1<x2,则x=x1;
其中,x为实际单层摊铺厚度。
进一步限定,所述步骤5)具体为:
接收机接收GPS流动站发送的实际单层摊铺厚度和解算后数据,根据解算后数据生成实际三维坐标数据,并将该实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度发送给控制器;
控制器接收实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度,将实际三维坐标数据与实际单层摊铺厚度进行对比,生成高程修正信息,并将该高程修正信息换算成比例驱动信号,通过比例驱动信号控制摊铺机进行摊铺施工作业。
进一步限定,所述步骤2)中GPS基准站通过无线电发射器实时向GPS流动站发送差分信号。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、本发明用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,其包括摊铺厚度制定***、GPS基准站、GPS流动站、激光基准站和自动摊铺控制***,摊铺厚度制定***用于根据摊铺压实经济分析和摊铺厚度标准确定实际单层摊铺厚度,并将该实际单层摊铺厚度传输给自动摊铺控制***,GPS基准站和激光基准站分别向GPS流动站发送差分信号和高程信息,GPS流动站对差分信号和高程信息进行解算处理,形成解算后数据,将该解算后数据发送给自动摊铺控制***,通过自动摊铺控制***控制摊铺机进行路面摊铺施工作业。通过本发明的3D智能化数字摊铺压实***可***固定误差降至2毫米以下,将水准控制点误差降至1毫米以下,实现路面摊铺压实的精准控制,可以精确控制摊铺厚度和平顺度,保证了路面的摊铺压实质量。
2、本发明用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,其整个过程是通过自动化设备进行控制的,不需要施工人员进行人为控制,降低了施工人员的劳动强度。
附图说明
图1为GPS测量***的示意图;
其中,1-GPS基准站,2-无线电发射器,3-GPS流动站,4-激光基准站,5-自动摊铺控制***。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步地解释说明,但本发明并不限于以下说明的实施方式。
本发明用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,其包括摊铺厚度制定***、GPS基准站1、无线电发射器2、GPS流动站3、激光基准站4和自动摊铺控制***5,GPS基准站1为毫米级GPS基准站,GPS流动站为毫米级GPS流动站,激光基准站4为PZL-1激光高程基准站;摊铺厚度制定***用于根据摊铺压实经济分析和摊铺厚度标准确定实际单层摊铺厚度,并将该实际单层摊铺厚度传输给自动摊铺控制***5;GPS基准站1通过无线电发射器2实时向GPS流动站3发送差分信号;激光基准站4实时采集所处位置摊铺压实路段的高程信息,并将该高程信息发送给GPS流动站3;GPS流动站3接收GPS基准站1发送的差分信号和激光基准站4发送的高程信息,对差分信号和高程信息进行解算处理,形成解算后数据,并将该解算后数据发送给自动摊铺控制***5;自动摊铺控制***5接收实际单层摊铺厚度和解算后数据,并将实际单层摊铺厚度和解算后数据进行对比,并根据对比结果进行施工作业。
其中,自动摊铺控制***5包括接收机、控制器和摊铺机,接收机接收GPS流动站3发送的实际单层摊铺厚度和解算后数据,根据解算后数据生成实际三维坐标数据,并将该实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度发送给控制器;控制器接收实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度,并将实际三维坐标数据与实际单层摊铺厚度进行对比,生成高程修正信息,同时将高程修正信息换算成比例驱动信号,通过比例驱动信号控制摊铺机进行摊铺施工作业。
上述实际单层摊铺厚度的确定方法为:
根据摊铺压实经济优化公式:
确定最优的x1值;
其中,a为单次摊铺经济系数,取值范围为0.2-0.6;b为压实遍数经济系数,取值范围为0.1-0.5;c为摊铺层数压实经济修正系数,取值范围为1.0-1.2;a、b和c均是根据土质决定的,土质越硬,a值越大,土质越难压实,b值越大,摊铺层数越多,c值越大;h为设计摊铺总厚度,单位为m;x1为单次摊铺压实经济厚度,单位为m;y为摊铺压实综合经济值;
根据摊铺厚度标准公式:
确定x2值;
其中,t为测量的已摊铺好的单次摊铺厚度,单位为㎜;λt为单次摊铺厚度为t时对应的单次标准压实系数;λx为设计单次标准压实系数;x2为单次摊铺标准厚度,单位为㎜;
例如:土质为粘性土质,则a=0.5、b=0.2、c=1.1、设计摊铺总厚度h=1,绘制摊铺压实经济优化曲线,根据摊铺压实经济优化曲线确定x1=0.33m=330m;同样的粘性土质,在实际施工中测量上一段以摊铺压实好的路段单次摊铺厚度t=200㎜,根据《沥青路面项目施工工艺规范标准》查取对应的单次标准压实系数λt=0.97,设计单次标准压实系数λx=0.95,则对应的单次摊铺标准厚度x2=208.5㎜,则x1>x2,确定实际单层摊铺厚度x=x2=208.5㎜。
上述摊铺厚度制定***、GPS基准站1、无线电发射器2、GPS流动站3、激光基准站4、接收机和控制器均为市场上的市售设备,摊铺厚度制定***为HC-1-N5,GPS基准站1拓普康公司的毫米级GPS基准站,无线电发射器2的型号为Plc-501-N4,GPS流动站3为拓普康公司的毫米级GPS流动站,激光基准站4的型号为PZL-1,接收机的型号为MC-R3,控制器的型号为GX-60。
路面的铺设压实过程是分多段进行,传统的摊铺压实是施工前先在铺设的道路上设置一个试验段,将试验段铺设压实至达标,然后全程按照试验段的标准进行铺设压实,在这样进行施工做操时,在很长的路面上,其在实际施工时难免存在多个施工段之间路面地基的高度有差别,如果按照同一个试验段的标准施工,对于路面地基稍高的,铺设压实好的路面就会高,对于地面地基稍低的,铺设压实好的路面就会低,就会存在路面的平整度差的问题,同时整个铺设压实过程可控性差,没有办法精确控制铺设压实高度,若铺设的稍厚一点点,压实的次数稍多,相应的费用就高,无法满足经济性,若铺设的稍薄一点点,压实的次数稍少,就到不到路面质量的要求。本发明的用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***以及用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实方法,其实际单层摊铺厚度是根据经济分析和摊铺厚度标准综合确定,使每一段的铺设压实厚度既能够满足经济要求,又能够满足质量要求,且单次摊铺标准厚度是根据上一段的单次摊铺厚度计算的,铺设好的路面平整度较好。
基于上述用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***实现用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实方法,包括以下步骤:
1)摊铺厚度制定***根据摊铺压实经济分析和摊铺厚度标准确定实际单层摊铺厚度,并将该实际单层摊铺厚度传输给自动摊铺控制***5;实际单层摊铺厚度的确定方法为:
根据摊铺压实经济优化公式:
确定最优的x1值;
其中,a为单次摊铺经济系数,取值范围为0.2-0.6;b为压实遍数经济系数,取值范围为0.1-0.5;c为摊铺层数压实经济修正系数,取值范围为1.0-1.2;a、b和c均是根据土质决定的,土质越硬,a值越大,土质越难压实,b值越大,摊铺层数越多,c值越大;h为设计摊铺总厚度,单位为m;x1为单次摊铺压实经济厚度,单位为m;y为摊铺压实综合经济值;
根据摊铺厚度标准公式:
确定x2值;
其中,t为测量的已摊铺好的单次摊铺厚度,单位为㎜;λt为单次摊铺厚度为t时对应的单次标准压实系数;λx为设计单次标准压实系数;x2为单次摊铺标准厚度,单位为㎜;
例如:土质为粉性土质,则a=0.2、b=0.1、c=1.2、设计摊铺总厚度h=1.5,绘制摊铺压实经济优化曲线,根据摊铺压实经济优化曲线确定x1=0.19m=190㎜;同样的粉性土质,在实际施工中测量上一段以摊铺压实好的路段单次摊铺厚度t=220㎜,根据《沥青路面项目施工工艺规范标准》查取对应的单次标准压实系数λt=0.96,设计单次标准压实系数λx=0.92,则对应的单次摊铺标准厚度x2=239.5㎜,则x1<x2,确定实际单层摊铺厚度x=x1=190㎜。
2)GPS基准站1通过无线电发射器2实时向GPS流动站3发送差分信号;
3)激光基准站4实时采集所处位置摊铺路段的高程信息,并将该高程信息发送给GPS流动站3;
4)GPS流动站3接收差分信号和高程信息,对差分信号和高程信息进行解算处理,形成结算后数据,并将该结算后数据发送给自动摊铺控制***5;
5)自动摊铺控制***5接收实际单层摊铺厚度和解算后数据,将实际单层摊铺厚度和解算后数据进行对比,并根据对比结果进行施工作业。
自动摊铺控制***5包括接收机、控制器和摊铺机,步骤5)具体为:接收机接收GPS流动站3发送的实际单层摊铺厚度和解算后数据,根据解算后数据生成实际三维坐标数据,并将该实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度发送给控制器;控制器接收实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度,将实际三维坐标数据与实际单层摊铺厚度进行对比,生成高程修正信息,并将该高程修正信息换算成比例驱动信号,通过比例驱动信号控制摊铺机进行摊铺施工作业;这里的高程修正信息是一种偏差信号,通过这种偏差信号调整现场摊铺机牵引臂液压油缸的比例阀开度,使液压油缸使熨平板进行相应方向和角度的调整,从而使摊铺道面产生坡度和高程变化,弥补路面波动,实现设计要求的路面平整度和厚度。
将本发明用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***与现有的滑靴法和平衡梁法在相同的施工条件下进行试验对比,其结果见:表1和表2:
表1:本发明与滑靴法和平衡梁法误差对比
表2:本发明与滑靴法和平衡梁施工平整度与平顺度对比
通过表1和表2分析可知,本发明用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***与现有的滑靴法和平衡梁法相比,施工精度高,误差小,其***固定误差小于2毫米,水准控制点误差小于1毫米,摊铺机***稳定性误差小;能够对摊铺过程的高程进行准确控制,结合摊铺机的找平原理,平整度精度可小于2毫米。
Claims (5)
1.用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,其特征在于,包括摊铺厚度制定***、GPS基准站(1)、GPS流动站(3)、激光基准站(4)和自动摊铺控制***(5),
所述摊铺厚度制定***用于根据摊铺压实经济分析和摊铺厚度标准确定实际单层摊铺厚度,并将该实际单层摊铺厚度传输给自动摊铺控制***(5);
所述GPS基准站(1)实时向GPS流动站(3)发送差分信号;
所述激光基准站(4)实时采集所处位置摊铺压实路段的高程信息,并将该高程信息发送给GPS流动站(3);
所述GPS流动站(3)接收GPS基准站(1)发送的差分信号和激光基准站(4)发送的高程信息,对差分信号和高程信息进行解算处理,形成解算后数据,并将该解算后数据发送给自动摊铺控制***(5);
所述自动摊铺控制***(5)接收实际单层摊铺厚度和解算后数据,并将实际单层摊铺厚度和解算后数据进行对比,并根据对比结果进行施工作业;
实际单层摊铺厚度的确定方法为:
根据摊铺压实经济优化公式:
确定最优的x1值;
其中,a为单次摊铺经济系数,取值范围为0.2-0.6;b为压实遍数经济系数,取值范围为0.1-0.5;c为摊铺层数压实经济修正系数,取值范围为1.0-1.2;a、b和c均是根据土质决定的,土质越硬,a值越大,土质越难压实,b值越大,摊铺层数越多,c值越大;h为设计摊铺总厚度,单位为m;x1为单次摊铺压实经济厚度,单位为m;y为摊铺压实综合经济值;
根据摊铺厚度标准公式:
确定x2值;
其中,t为测量的已摊铺好的单次摊铺厚度,单位为㎜;λt为单次摊铺厚度为t时对应的单次标准压实系数;λx为设计单次标准压实系数;x2为单次摊铺标准厚度,单位为㎜;
若x1≥x2,则x=x2;若x1<x2,则x=x1;
其中,x为实际单层摊铺厚度。
2.如权利要求1所述的用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,其特征在于,所述用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***还包括无线电发射器(2),所述GPS基准站(1)通过无线电发射器(2)实时向GPS流动站(3)发送差分信号。
3.如权利要求2所述的用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,其特征在于,所述GPS基准站(1)为毫米级GPS基准站,所述GPS流动站(3)为毫米级GPS流动站。
4.如权利要求3所述的用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***,其特征在于,所述自动摊铺控制***(5)包括接收机、控制器和摊铺机,
所述接收机接收GPS流动站(3)发送的实际单层摊铺厚度和解算后数据,根据解算后数据生成实际三维坐标数据,并将该实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度发送给控制器;
所述控制器接收实际三维坐标数据和实际单层摊铺厚度,并将实际三维坐标数据与实际单层摊铺厚度进行对比,生成高程修正信息,同时将高程修正信息换算成比例驱动信号,通过比例驱动信号控制摊铺机进行摊铺施工作业。
5.基于权利要求4所述的用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***的压实方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)摊铺厚度制定***根据摊铺压实经济分析和摊铺厚度标准确定实际单层摊铺厚度,并将该实际单层摊铺厚度传输给自动摊铺控制***(5);
2)GPS基准站(1)实时向GPS流动站(3)发送差分信号;
3)激光基准站(4)实时采集所处位置摊铺路段的高程信息,并将该高程信息发送给GPS流动站(3);
4)GPS流动站(3)接收差分信号和高程信息,对差分信号和高程信息进行解算处理,形成结算后数据,并将该结算后数据发送给自动摊铺控制***(5);
5)自动摊铺控制***(5)接收实际单层摊铺厚度和解算后数据,将实际单层摊铺厚度和解算后数据进行对比,并根据对比结果进行施工作业。
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