智慧监控技术在惠清高速公路路面工程中的应用

李啓荣，许新权，谢光宁

(1.广东省路桥建设发展有限公司，广州 510623；2.广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

现有的路面质量管理主要依靠现行规范对路面用原材料、配合比及实体工程进行常规指标的检测，可对路面质量起到一定的保证作用，但常常存在常规手段难以甄别路面用原材料的优劣、配合比波动较大、破坏性检测无法进行全覆盖评价路面施工的均匀性等问题[1-2],进而导致管理人员无法全面掌握沥青路面整体质量，铺筑的沥青路面因配比波动较大、均匀性不佳等缺陷而出现车辙、坑槽等早期病害，严重影响沥青路面的使用寿命[3-5]。

针对传统路面施工质量管理的不足，惠清高速公路引入路面智慧监控咨询单位，采用无核密度仪、激光纹理仪、信息化监控技术、智能碾压监控系统、红外摄像技术等开展拌和楼计量系统、碾压智能控制、沥青路面密度、颗粒离析及渗水状况均匀性等快速无损的智慧监控技术应用，以保证路面质量管理的有效性，提高路面的工程质量和使用性能。本文主要介绍智慧监控技术在惠清高速公路路面工程中的应用及效果，可供类似工程参考借鉴。

1 工程概况

广东省汕头至湛江高速公路惠州至清远段(以下简称“惠清高速公路”)起于惠州市龙门县龙华镇，终于清远市清新区太和镇，全长约125 km。该项目途经多处生态自然保护区、环境敏感区，存在桥隧比例大、路面结构类型多、原材材料用量大、优质石料匮乏、施工点多面广、质量控制难度大等特点。该项目是交通运输部绿色公路、科技示范工程、品质工程试点项目，对路面质量管理提出了更高的要求。

2 智慧监控技术

惠清高速公路采用路面质量智慧监控技术助力路面品质工程的建设。路面施工质量智慧监控主要包括原材料质量智慧监控(沥青质量指纹识别、集料质量深度检测评价)、路面施工过程动态监控(混合料拌和过程信息化监控及摊铺、碾压智慧监控)、沥青路面全段面渗水状况和均匀性快速检测评价等。开展智慧监控的主要目的是发现路面施工过程中存在的问题，及时分析产生的原因，提出改进的措施和对策，保证路面工程的建设质量，打造交通运输部“品质工程”示范工程。

2.1 原材料质量智慧监控技术

2.1.1 沥青运输采用GPS进行全过程监控

惠清高速公路路面工程所用的沥青采用统一采购、集中供应管理，并派驻监控人员驻库监管。从沥青采购到岸开始，对沥青取样进行检测合格后，采取入库封存、电子监控、发货监测、车辆GPS定位等一系列措施，实行点对点的全过程监控管理，确保沥青供应、使用的可追溯性(图1)。

图1 沥青车辆运输线路GPS监控

2.1.2 沥青指纹识别快速检测技术

每种沥青都具有其特殊的分子和结构，对应独有的指纹图谱，采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术可以对沥青的指纹图谱进行识别，判断沥青的结构组成、添加剂(SBS、SBR)掺量、纯度、老化程度等。广东华路交通科技有限公司依托交通运输部建设科技项目开发了沥青指纹识别快速检测技术，该技术具有先进的智能分析软件，检测速度快，方法简单易用，且拥有广东省各种品牌沥青的数据库，可快速检测改性沥青中SBS掺量及基质沥青的品质，与传统沥青检测方法结合使用，有效提高了检测效率，可实现沥青全覆盖检测与质量控制，保障了施工过程中沥青供应的质量(图2)。

图2 沥青图谱分析

2.1.3 扫描电镜检测集料微观形貌

采用规范试验指标及扫描电镜检测路面用集料的微观形貌对承包人初步选定的集料的路用性能进行试验评价与分级，提出集料选用建议与原则，确保用于本项目各结构层的集料质量可靠、性能优良(图3～图4)。

图3 集料放大2 000倍SEM图像

图4 集料放大5 000倍SEM图像

2.2 路面施工过程智慧监控技术

2.2.1 配合比优化验证及拌和楼信息化监控

为了确保惠清高速公路路面工程的品质，根据本项目集料、沥青的实际情况，对三个路面标段分别开展水泥稳定碎石基层和沥青面层配合比优化验证。同时以现行沥青路面标准、规范、规程为依据，运用质量动态管理方法，采用软、硬件相结合的手段，建设信息化质量管理平台，对水稳拌和站、沥青拌和站的混合料拌和、现场摊铺、碾压等影响路面施工质量的数据进行实时采集、传输、分析、反馈，对异常的施工数据以报警方式实时报告给管理人员，管理人员根据质量管理制度及时对出现异常数据的工程情况进行闭合处理，实现路面施工质量的实时动态监控(图5～图6)。

图5 施工过程动态监管平台

图6 误差分析效果

2.2.2 沥青路面智能压实技术

沥青路面碾压遍数和速度受人为因素影响大，存在过压和欠压等现象。该项目引进智能压实监控系统，对沥青路面施工过程中的碾压温度、碾压速度、碾压遍数及压实质量进行评估，生成压实质量报告并归档存储，形成可永久保存、可追溯查询的电子档案。该技术可显著提高压实作业的规范性，对规范沥青路面施工、提高作业效率，保障路面压实质量发挥了重要作用(图7～图8)。

图7 北斗定位

图8 液晶屏实时显示碾压轨迹

2.3 沥青路面渗水状况及均匀性全断面评价技术

2.3.1 沥青路面全断面渗水状况检测

2.3.1.1 渗水状况全断面快速检测系统

采用广东华路交通科技有限公司自主开发的沥青路面渗水状况全断面快速检测系统对沥青路面全断面渗水状况进行测试和评价，该技术同时可以对路面的均匀性进行评价，保证湿热地区沥青路面的密实性和均匀性(图9)。

图9 沥青路面渗水状况全断面检测车

2.3.1.2 评价方法

对采集到的全断面温度数据进行分类(对采集区域进行分区)，计算不同区域渗水系数，以测试结果对路面渗水状况进行范围划分，并计算其各自所占比例，以评价沥青路面的渗水状况。初步确定的GAC-16、GAC-20、GAC-25渗水系数等级范围见表1～表3。

表1 上面层GAC-16渗水系数范围划分

表2 中面层GAC-20渗水系数范围划分

表3 下面层GAC-25渗水系数范围划分

2.3.2 沥青路面质量无损快速检测技术

采用无核密度仪对压实后的沥青路面进行压实度、密度无损检测及压实均匀性分析评价，为提高沥青路面的压实均匀性提供技术支持。也可在沥青混合料压实过程中，采用该设备检测评价混合料的压实特性，为制定合理的碾压工艺提供依据(图10～图11)。

图10 无核密度仪现场检测

图11 沥青路面压实均匀性评价

采用手推式激光纹理仪对沥青路面表面纹理进行测试，依此评价表观纹理的均匀性，为调整路面摊铺工艺提供依据(图12～图13)。

图13 沥青路面断面构造均匀性评价

3 应用效果分析

惠清高速公路沥青路面摊铺的效果如图14和图15所示，路面芯样颗粒均匀性及压实密度均匀性如图16和图17所示。相比常规的点状、损坏检测，采用智慧监控技术，效率更高、覆盖面更广，可全面、快速地评价沥青路面的施工质量，为项目管理者提供决策依据，保障了沥青路面的施工质量，提高了沥青路面施工的均匀性。

图14 沥青面层全断面摊铺

图15 下面层摊铺效果

图16 中面层芯样切面

图17 中面层均匀性统计结果

4 结语

工程应用表明，路面质量智慧监控技术使建设单位在材料控制、混合料拌和、摊铺、碾压及工后评价中能够快速、准确、高效地判断路面施工过程中存在的问题，提高了项目的管理效率和技术管理水平，减少了路面的局部缺陷，提高沥青路面的均匀性，可延长沥青路面的使用寿命。建议将可借鉴、可推广、可复制的智慧监控技术经验形成指南，甚至上升到地方标准、行业标准，并在全国范围内推广应用，对高速公路路面质量的精准控制、管理水平的提高，都具有很好的推动作用。