自动分层算法在农村公路县道工程路基碾压施工中的应用

仇继跃

摘 要：为减少农村公路县道工程路基碾压施工的人工误差，提高碾压精度，本文研究建立了自动分层算法，在GPS定位和路基层位自动辨识的基础上，根据距离加权差值计算控制点高程，自动判别是否满足设计要求，并提出逻辑算法，建立完整的自动分层碾压流程。通过实例工程分析可知，实例工程的165个断面，碾压遍数、各碾压层厚度、碾压层总厚度全部达标，碾压效果十分良好。

关键词：分层算法;农村公路;县道工程路基碾压;网格矩阵;碾压层厚度

0 前言

传统的农村公路县道工程路基施工碾压主要将施工场地按条形分区，并由施工人员手动记录、控制各层碾压厚度，分区逐个施工。此施工方法容易因为各类错误（包括施工人员记录错误、施工机械分配与碾压分区分层不对应、测量误差等）导致路基碾压实效与设计值相差较大。据不完全统计，目前路基碾压施工返工率高达7.35%，浪费大量人力物力，并严重影响工期。不少专家学者已针对这一情况，提出通过信息化控制手段减小施工误差，提高施工效率、提升建设实效。

县道公路作为农村公路的主骨架，技术等级一般为三级及以上标准，施工要求高。为进一步响应中共中央、国务院号召和交通运输部及我省有关部署，服务新发展阶段优先发展农业农村、全面推进乡村振兴战略要求，本文将进一步探索，借助定位系统、计算机编程，对建立控制农村公路县道工路基工程自动分层碾压施工的算法系统进行研究探讨。

1 分层碾压施工控制算法研究

分层碾压施工控制算法通过以下步骤：

（1）碾压设计。根据施工要求对具体路基工程碾压进行设计，包括碾压分层、各碾压层层厚，各层碾压分区等具体参数。

（2）碾压区域网格划分。对各层碾压面进行网格划分，确定网格间距，形成网格矩阵，并对每一个网格节点进行编号（图1）。

（3）碾压参数赋值：

①碾压遍数赋值。根据碾压设计，确认每个网格节点的碾压遍数需求，即点的设计碾压遍数记为，实际碾压遍数记为。

②碾压厚度赋值。根据碾压设计，对碾压层设计厚度记为。

③碾压层位赋值。设碾压工具所在的层位记为，目标监测点所在的层位记为。

（4）测点数据实时监测。对范围研究监测点的数据按设定时间间隔进行监测控制， 确定各测点是否在碾压工具施工范围内。对当前时刻碾压工具定位数据记为，对上一个时刻的定位数据记为，通过对比生成碾压工具实时工作区域。对于任一测点进行判断，若其位于工作区域内，则对其实时高程值记为，对该点的实际高程设计值记为，并对二者差值记为。

（5）测点碾压设计值自检。分析各测点的与，若二者相等，则进入下一步算法流程，若≤，则控制碾压工具对该测点的碾压遍数再+1。

对监测点的层厚及所在层位进行检测，若≥且≥，则控制碾压工具进入下一层作业。如这两个条件中有一个不满足，则该层碾压遍数+1。

（6）判断碾压层位是否正在施工。调取碾压工具所在层位信息，若本次碾压层位是否有未进行碾压作业的碾压工具编号。若不存在编号，则通知客户端和数据库，对应的碾压层已完成作业，并进入下一层作业，若存在编号，则继续开始自动碾压。

2 提高碾压区域高程精度控制措施

通过提出控制点高程值取值及碾压层厚计算两种措施来保证提高碾压区域高程精度。

2.1 控制点高程值计算

调取控制点所在层的碾压数据，根据控制点周边网格节点最后一遍碾压后的高程值，并根据控制点与这些实测网格节点的实际距离加权计算，综合得到控制点的高程值。

在确认各网格节点的高程数据以后，对实际高程值与设计高程值进行复核。对于高程差超过范围的测点，通过加权平方的办法处理，增大区域圆形的半径，以包含到周围其他高程位置正确的控制點位（图2）。

（1）控制点高程加权计算

（2）控制点取值范围扩大

2.2 控制点所在层层厚计算

调取控制点所在层的碾压数据，得到各层最终压实后的高程，记为，表示同一个碾压层位中的矩阵序列情况，为碾压层编号，表征施工顺序。则碾压层的层厚可记为。

3 实例工程分析

以南京市江北新区2019-2020年“四好农村路”建设工程中的农村公路县道建设工程青玉线为例，研究自动分层算法在农村公路路基碾压施工中的应用。

3.1 工程概况

青玉线位于南京市江北新区长芦街道，连接三水厂路和黄玉线，全长10.6公里;设计时速为40公里/小时，设计年限为20年，汽车荷载为城—A级。

工程地质为第四系地层覆盖，系江河、湖泊沉积形成，为粉土、粉质粘土、粘土、粉细砂、砂砾石、卵石土层，软土和松软土分布广泛，工程地质条件较差。

3.2 实例工程路基碾压设计

由于实例工程段地基承载力较差，为保证项目的高平顺性、稳定性要求路基工程高稳定性、小沉降和沉降匀质性，通过现场试验确定本工程路基碾压参数：碾压次数大于6遍，各碾压层厚度控制在30 cm～35 cm之间，碾压层总厚度控制在120 cm～140 cm之间，设计值为130 cm。

3.3 自动分层算法应用

运用建立的自动分层算法来监控实例工程路基碾压施工。根据系统记录的碾压数据，将碾压效果图绘于图3，并选择K1+300至K1+500三个典型断面，将实际碾压数据列于表1。分析图3与表1可知：

（1）实例工程分4层碾压，各碾压层的碾压厚度都较为一致，碾压厚度比较均匀。

（2）各断面的碾压次数及碾压层厚度都符合碾压设计要求。

（3）三个典型断面的碾压总厚度分别为127.28 cm、129.52 cm、127.29 cm，这与设计目标值130 cm分别相差2.72 cm、0.48 cm、2.71 cm。误差较小。进一步统计可知，本工程的165个断面，碾压总厚度最大值为137.22 cm，最小值为125.48 cm，均在目标要求值（120 cm～140 cm）范围内。

（4）总体来看，本文建立的自动分层算法在实例工程中的应用效果十分良好。

4 结论

本文以农村公路县道建设工程新青玉线为例，研究自动分层算法在农村公路县道工程路基碾压施工中的应用。从应用效果来看，工程的165个断面，碾压遍数全部达标，碾压总厚度最大值为137.22 cm，最小值为125.48 cm，均在目标要求值（120 cm～140 cm）内，碾压效果十分良好。本文建立的自动分层算法可有效降低人工误差，大幅提高农村公路县道路基碾压施工精度，可在同类工程中应用推广。

参考文献：

[1]刘建粉，张睿哲，吕海莲.基于智能客户端的ERP系统设计[J].河南科学，2008（5）：601-603.

[2]李先允.自动控制系统[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]尤昌龙，刘彬，孙红林.客运专线路基沉降问题探讨[J].铁道标准设计，2006（7）：8-10.