质量监控系统和无损检测技术在广连高速公路路面工程中的应用

阙善强，包聪灵

(1.中交第四航务工程局有限公司总承包分公司,广州 510290；2.广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

传统的沥青路面质量主要是通过施工单位自检和监理、中心试验室抽检等进行控制，这种检测手段一是以局部反映整体状况，样本量较少，存在一定的主观性;二是传统检测方式多为破损性检测，对沥青路面的耐久性具有一定的影响[1-2]。针对上述问题，广连高速公路建设项目引进了质量监控系统和无损检测技术。质量监控系统的工作原理主要是通过传感器、视频监控、GPS等设备将原材料和混合料的加工、运输、生产等过程通过网络进行实时反馈，并通过终端实现可视化检测。此外，该质量监控系统还具有数据分析和统计功能，能够将混合料拌和、运输、摊铺、碾压的数据进行分析，并将分析结果反馈至前、后场，从而指导混合料的拌和与施工。无损检测技术是通过无核密度仪、激光纹理仪、高精度断面仪、横向力系数车等先进的设备对已施工的沥青路面进行检测，根据检测结果对原材料和施工过程进行动态调整，实现了质量控制的可视化和实时化，保证施工质量控制的有效性[3-5]。

1 工程概况

广州从化至清远连州高速公路起于广州市从化区鳌头镇五丰村，接在建的佛清从高速公路北段，向北经广州从化区、清远清城区、佛冈县、英德市、阳山县、连州市，终于清远连州市大路边镇凤头岭(粤湘界)，顺接湖南省衡临高速公路。路线全长212.951km。项目采用双向六车道高速公路标准，起点至大湾互通以南设计速度120km/h，路基宽度34.5m;大湾互通至终点设计速度100km/h，路基宽度33.5m。路基各部分组成为：行车道宽2×3×3.75m、硬路肩宽2×3.0m(含右侧路缘带宽2×0.5m)、中间带宽4.50m(中央分隔带3.0m、左侧路缘带宽2×0.75m)、土路肩宽2×0.75m。分离式路基宽度为17m，路基各部分组成为：行车道宽3×3.75m、右侧硬路肩宽3.0m(含右侧路缘带宽0.5m)、左侧硬路肩宽1.25m(含左侧路缘带宽0.5m)、土路肩宽2×0.75m。路拱坡度：不设超高路段，行车道、路缘带及硬路肩采用2%，土路肩采用4%。

本项目路面工程主线路面结构设计方案见表1。

表1 广连高速公路路面结构设计方案

(续表1)

2 质量监控系统

广连高速公路建设项目为了助力路面施工质量控制，引进了路面施工质量监控系统。该系统包括沥青站质量检测、施工作业现场管理、沥青原材料运输管理、沥青试验管理等4个模块，每个模块中含有不同的小类，主要是从原材料运输、检测以及混合料级配、拌和、运输、摊铺、碾压进行全过程监督，便于发现路面施工过程中存在的问题，及时分析产生的原因，提出改进措施和对策，保证路面工程施工质量，为“创国优”提供坚实的保障。

2.1 沥青站质量检测

沥青站质量检测模块包括实时日产数据、数据统计和报警监控等三类。日产数据能够反映实时的每盘混合料的掺配配比、级配，并可通过相关选项按钮选择图表和数字两种显示模式，此外还可以根据混合料级配类型和施工日期查询历史生产数据，为质量溯源提供可靠支持(图1)。数据统计主要是反映从开始生产至今每层混合料的总计量。报警系统是根据预先设置的预警条件，分三级进行预警，主要是通知管理人员拌和楼生产数据异常，如图2所示。

图1 日产数据分析

图2 报警系统

2.2 施工作业现场管理

施工作业现场管理可反映施工现场的相关信息，包括进度管理、作业区管理、摊铺作业现场、摊铺质量检测和摊铺溯源等。

2.2.1 进度管理

进度管理主要是根据不同标段路面结构实际长度和已经完成施工段落占总长度的比值进行表示，采用不同颜色反映不同的结构物和结构层，如图3所示。

图3 进度管理

2.2.2 摊铺作业现场

摊铺作业现场实时地表述了沥青路面施工现场摊铺，碾压的速度、温度、碾压遍数和施工桩号等，如图4所示。

图4 摊铺作业现场

2.2.3 摊铺质量检测

摊铺质量检测的主要目的是追查已经施工段落的摊铺、碾压质量，可通过动画的形式和最终成型状态进行显示(图5)。摊铺质量检测是质量溯源的关键，与现场摊铺效果对应很好(图6)。

图5 摊铺质量查询

图6 摊铺质量显示

2.2.4 摊铺质量溯源

摊铺质量溯源主要反映的是混合料拌和时间、运输时间和摊铺时长(图7)，从侧面反映拌和楼的控制能力和现场摊铺质量，为路面施工质量控制提供依据。

图7 摊铺质量溯源

2.3 原材料运输管理

沥青是路面施工的主要材料之一。广连高速公路建设项目对沥青采用的是甲控管理方式，施工单位委派专人进驻沥青场，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8)。

图8 混合料运输轨迹

2.4 沥青试验管理

沥青试验管理系统是将监控系统同沥青三大指标实验仪器相连接，每次试验时能够自动的采集试验结果并上传至系统，供管理者查阅(图9)。

图9 沥青混合料试验管理系统

3 无损检测技术

无损检测技术是指通过仪器设备在对路面不破损的情况下对路面的相关性能进行连续的检测。广连高速公路建设项目主要应用了无核密度仪、激光纹理仪、高精度断面仪和横向力系数车，分别就某标段上面层试验段的孔隙率、构造深度、平整度和抗滑性能等进行检测，为后续施工级配、施工工艺的调整提供依据，保证了路面施工质量。

3.1 摊铺均匀性

采用无核密度仪(PQI300)对施工的上面层进行密度、孔隙率检测，并对施工均匀性进行评价，为改进摊铺均匀性和压实方法提供依据和支撑(图10)。

图10 无核密度均匀性评价

由图10可知，施工单位全幅摊铺机伸缩板位置空隙率偏大，摊铺机中部存在一条粗离析带，经过对螺旋叶片的直径、倾角、间距等进行改进，消除了离析现象，后续施工孔隙率均匀分布在3%～6%之间。

3.2 构造深度

采用手推式激光纹理仪对上面层试验段的构造深度进行检测，为调整路面的摊铺和碾压均匀性提供支撑(图11)。

图11 某路段上面层构造深度分布

整体而言，试验段构造深度主要分布在0.9～1.4mm之间，满足技术要求。但是构造深度在横断面上分布不均匀，行车道构造深度小，路肩和超车道构造深度较大，结合现场实际情况分析可能是胶轮压路机碾压断面分布不均匀所致，经过改进碾压方案，后续施工时该现象得以消除。

3.3 平整度

采用手推式激光纹理高精度断面仪对上面层铺面的平整度进行检测(表2)，为后续碾压调整提供依据。

表2 国际平整度指数

由表2可知，各个位置的国际平整度指数IRI主要分布在0～2之间，说明施工完毕后平整度较好。

3.4 抗滑性能

采用广东华路交通科技有限公司的横向力系数车对已施工的路面进行横向力检测，目的是控制路面摊铺的均匀，调整混合料级配和施工工艺(表3)。

表3 横向力检测数据

试验段上面层横向力系数虽满足要求，但横向力系数合格率偏低，鉴于此，施工单位对拌和楼的生产参数、级配、施工工艺等进行调整，将横向力系数合格率提高至99.5%。

4 应用效果分析评价

广连高速公路沥青路面施工通过引入质量监控系统和无损检测技术，取得了较好的成效，路面芯样颗粒均匀性及压实度均匀性如图12所示。采用质量监控系统和无损检测技术，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12 上面层芯样

5 结语

工程应用表明，采用质量监控系统和无损检测技术可以从原材料检测、混合料拌和、运输、摊铺、碾压以及工后检测等各方面进行全面的表征，为管理人员提供直观可靠的质量判断依据，很大程度上提高了路面管理的效率，减少了路面施工的局部缺陷，提高了路面施工质量。