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 PDF

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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

用于路面施工的3D智能化数字摊铺压实***及压实方法
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：
Figure BDA0003046515880000021
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：
Figure BDA0003046515880000031
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：
Figure BDA0003046515880000041
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：
Figure BDA0003046515880000051
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：
Figure BDA0003046515880000061
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：
Figure BDA0003046515880000062
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
Figure BDA0003046515880000071
表2：本发明与滑靴法和平衡梁施工平整度与平顺度对比
Figure BDA0003046515880000072
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：
Figure FDA0003654116540000011
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：
Figure FDA0003654116540000012
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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