沥青路面施工质量管理信息化技术应用研究

'xxx标沥青路面施工质量管理信息化技术应用研究 目录第一章研究的目的及意义11.1沥青路面现状11.2沥青路面早期破坏的原因分析11.3研究范围和目标1第二章工程概况2第三章系统简介23.1系统介绍23.2沥青路面施工质量管控关键参数设置23.3管控系统主要功能33.4管控系统相关硬件设备33.5与传统质量控制方法比较41、温度控制42、施工设备位置、碾压速度控制43、智能振幅传感系统54、智能热成像系统6第四章物联网的沥青混合料质量监控系统的应用64.1系统安装调试64.2用户登录7第五章生成管理系统功能实现过程95.1生成管理功能所用硬件设备9（1）DTU数据采集系统9（2）红外测温采集设备95.2生成管理功能在拌合楼的实现10（1）拌合楼外观10（2）拌合楼操作室数据采集设备安装情况10（3）拌合楼出料口温度监测设备安装情况115.3拌合楼监测数据校核11第六章施工管理功能实现过程13 6.1施工管理功能所用硬件设备13（1）GPS定位测速设备13（2）红外测温装置136.2施工管理功能在摊铺和碾压设备中的实现14（1）摊铺机温度、定位等设备安装情况14（2）压路机温度、定位等设备安装情况146.3施工前场监测数据校核156.4拌合楼计量系统校核17第七章结论197.1生成管理情况197.1.1拌合楼总生产量统计207.1.2预警统计217.1.3材料误差走势237.1.4出料口温度监测257.1.5材料用量核算257.2施工管理情况267.2.1设备实时追踪267.2.2摊铺温度查询267.2.3摊铺速度查询287.2.4碾压温度查询287.2.5碾压速度查询29 一、研究的目的及意义：1.1沥青路面现状‘目前，我国高等级路面面层大部分都采用了热拌沥青混凝土结构。经过多年发展，沥青路面的施工质量虽然已经有了很大的提高，但沥青路面早期破坏现象也时常有发生，质量通病并没有得到彻底有效的解决，如：一个一个孤立的水破坏造成的网裂、形变和坑洞、局部辙槽、局部泛油、横向裂缝、新铺路面表面构造深度忽粗忽细以及路面初时平整度水平不高和不平整度发展较快等，这些都会造成沥青路面的使用性能、行车舒适性能降低、使用寿命缩短。1.2沥青路面早期破坏的原因分析热拌沥青混凝土从配合比的设计、生产、铺筑和碾压各个环节都会产生许多潜在的引起路面破坏的因素。通过分析，施工中引起沥青路面质量的因素主要有以下几个方面：（1）配合比不能被严格执行（2）沥青混合料拌合时间不达标（3）拌和机系统误差难以发现（4）生产数据可人为调整，生产消耗数据统计困难（5）摊铺碾压工艺与规范要求不符（6）沥青混合料温度无法有效控制1.3研究范围和目标随着高速公路的建设发展，为了进一步保证高速公路的工程建设质量，消除施工过程中的人为误差，同时为高速公路沥青路面施工数据采集提供一种信息化的管理手段，课题组就高速公路沥青路面施工质量管理的信息化技术的应用展开相关研究。高速公路沥青路面工程施工质量管理信息化技术的应用，既是对信息化技术与高速公路沥青路面施工质量管理有效结合的良好诠释，又响应了交通运输部2014年交通运输科技十大重点推进方向，围绕“四个交通”发展，与交通运输部确立的“基于物联网的公路智能管控技术”重点推进方向相呼应，力争形成重点科技成果，可有力支撑行业加快转型升级。为了基本消除沥青路面的多种早期破坏现象以及保证路面的使用寿命，消2 除施工环节中各种对质量造成影响的因素，真正做到对生产和施工过程进行有效监控。我公司在承建的南通至洋口港区高速公路xxx路面标中使用了物联网技术、管控平台、无线传感设备，通过实时采集数据，及时分析、评价，作出决策。达到事前、事中的动态质量管控。并对施工过程进行跟踪分析，总结得出具体的方法和措施，用以提高路面的施工水平，进而为物联网技术、管控平台用于沥青路面施工质量管控中提供经验与参考。二、工程概况通洋高速公路全线按双向四车道标准建设。高速公路全长36.6公里。全线设置兴东枢纽、西亭互通、骑岸互通、如东东互通4处互通式立交。它是xxx省高速路网“五纵、九横、五联”规划中锡如高速公路的组成部分，从南通市通州区兴东镇，接宁启高速公路，向北跨遥望港河，与海启高速公路交叉，直通南通沿海开发的前沿阵地——洋口港。三、系统简介3.1系统介绍沥青混合料质量监控系统，主要以《公路沥青路面施工技术规范》、《公路工程质量检验评定标准》、《xxx省干线公路建设施工技术指南》等相关规范标准为依据，以沥青混合料从拌和生产到施工现场管理的全过程作为管理对象，运用质量动态管理的方法，采用软硬件结合的手段，通过改造或利用现有的各类设备，充分利用基于物联网架构的传感技术和基于2G和3G的传输技术，将沥青混合料的生产过程、施工过程等数据信息进行实时采集，并采用无线网络传输，通过通信模块及时上报到服务器，动态、真实地反映工程质量状况，有效防范假数据、假资料等弄虚作假行为，实现各方对工程质量的动态控制。3.2沥青路面施工质量管控关键参数设置根据《公路工程质量检验评定标准》及多年的沥青路面技术服务工作经验，沥青路面施工质量控制关键指标：2 序号检查项目关键参数自动采集方法和频率1沥青混合料拌合、生产油石比利用管控系统平台对后场拌合楼各项参数进行监控，纳入平台管理各材料用量混合料级配沥青温度集料温度拌合时间混合料出料温度2沥青混合料现场施工摊铺温度利用智能温度传感、定位设备装置安装在摊铺碾压设备上，可精确监控沥青路面现场施工各参数，纳入平台管理摊铺速度摊铺里程碾压温度碾压速度碾压遍数压实度利用智能振幅传感系统进行压实数据实时采集，检测频率覆盖压实全断面3.3管控系统主要功能生产管理配合比设定、沥青加热温度、集料加热温度拌合时间混合料出料温度施工管理摊铺温度、摊铺速度、摊铺里程、碾压温度、碾压速度、压实度统计分析产能分析、历史查询、误差分析、总量校核、成本核算3.4管控系统相关硬件设备智能温度传感系统拌和、运输、摊路面压实度控制铺、碾压温度控制智能振幅传感系统路面压实度控制智能定位系统施工设备、施工里程、施工区域定位智能热成像系统沥青铺面热成像、温度离析控制、指导碾压2 3.5与传统质量控制方法比较1、温度控制（a）传统温度测量现场摊铺温度料车到场温度拌合楼出厂温度（b）智能温度传感温度波动分析表层温度内部温度温度采集位置温度自动采集实时预警2、施工设备位置、摊铺、碾压速度控制（a）传统方式动态监控智能定位人工人工检查人工检查29 （b）智能定位系统定位设备和预警装置动态监控平台短信报警现场预警提示3、智能振幅传感系统加速传感设备实时分析指导碾压29 4、智能热成像系统物联网技术及软件热像仪温度图像指令实时分析，指导施工四、物联网的沥青混合料质量监控系统的应用4.1系统安装调试2014年06月底技术人员开展了高速公路沥青路面施工质量管理信息化技术的安装调试工作。本系统共分为拌和站生产管理及施工管理两大方面具体见下表：表1安装设备一览表序号应用位置设备名称套数备注1拌合楼沥青混合料生产后场沥青拌和站管控系统12出料口温度监测13沥青路面施工前场摊铺机测温24摊铺机测速25胶轮压路机碾压温度1复压6胶轮压路机碾压速度1复压7钢轮压路机碾压温度2初、终压8钢轮压路机碾压速度2初、终压29 表2前后场硬件设备编号及SIM卡号统计表前后场硬件设备设备编号SIM卡号DTU数据采集系统nylq0113485130739拌合楼测温nytpcl0101134851306521号摊铺机测温nytp010101183526945502号摊铺机测温nytp0101021号摊铺机测速nyyltp01135851243932号摊铺机测速nyyltp0513585214393钢轮压路机测温（初压）nytpyl010113404297839胶轮压路机测温（复压）nytpyl010213585214370钢轮压路机测温（终压）nytpyl010313515214187钢轮压路机测速（初压）nyyltp0318352694551胶轮压路机测速（复压）nyyl010213485131021钢轮压路机测速（终压）nyyl010313515214392目前，系统软、硬件性能已经基本稳定，能够有效监控沥青混合料拌和生产到施工现场管理中的参数，可以进行正常的管控。4.2用户登录该系统目前配备了南通至洋口港区高速公路建设工程指挥部、xxx标项目部、技术服务、总监办等相关人员，并以开通短信预警功能。具体见下表。表3用户信息预警级别初级中级高级预警人员建指及中心试验室张小龙、乔亚东、陈军陆勤成、孙烨项目部韦正平、贡鑫、周克标、于会男、裔刚、尹白金张树峰、王爱斌方银喜技术服务王彬彬李华、王鹏总监办高峰、张荣、贾玉品、李亮、陆涛、李国豪张齐江、言明晨、包立刚江新、李井增29 图1部分人员登录日志课题组建议涉及相关人员特别是现场管理人员以后每日登录系统至少一次，并及时查看当日生产超节情况，对于出现影响产品生产质量现象时应做出相应合理有效的调整。对第二天的生产、施工也可做提前部署安排。29 五、生产管理系统功能实现过程5.1生产管理功能所用硬件设备（1）DTU数据采集系统设备图片DTU数据采集系统设备编号nylq01安装位置拌合楼操作室通讯卡号13485130739原理简介DTU是专门用于将串口数据转换为IP数据，通过无线通信网络进行传送的无线终端设备工作过程预先在DTU内部设置参数、端口、域名，实现DTU上线后与服务器一对一对接。再将软件采集到的数据转化为IP数据实时发送至服务器。即使在没有生产数据的情况下，DTU也会定时向服务器返回一个很小的数据包，由此可从数据包返回的时间上判断DTU是否正常工作等信息。（2）红外测温采集设备设备图片红外测温装置功率5W测量精度±1%设备编号nytpcl0101安装位置拌合出料口通讯卡号13485130652原理简介红外测温探头是通过接收目标物体发射、反射和传导的能量来测量温度。红外测温探头内的探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数显示在温控箱的LED显示屏上工作过程在拌合楼出料口、摊铺机下料口、压路机机轮上方位置安放固定红外测温探头，温控箱将实时显示红外探头检测数据。在温控箱内部集成了DTU设备核心模块，通过DTU将数据返回服务器29 5.2生产管理功能在拌合楼的实现依托南通至洋口港区高速公路建设工程，在玛连尼4000型的沥青混合料拌合楼安装了管控系统。（1）拌合楼外观图2玛连尼4000型拌合楼（2）拌合楼操作室数据采集设备安装情况DTU数据采集设备位置图3拌合楼操作室图4DTU数据采集单元29 （3）拌合楼出料口温度监测设备安装情况出料口温度监测设备安装位置图5拌合楼出料口温度监测设备出料口温度显示出料口温度预警装置图7拌合楼出料口温度监测显示装置出料口温度监测设备安装位置出料口温度显示设备安装位置图6拌合楼出料口温度监测设备安装位置5.3拌合楼监测数据校核表4出料口温度采集对比表序号水银温度计实测温度系统采集温度误差1162163.11.12162162.60.63162163.81.84165166.61.65162163.41.46168169.21.229 7161159.3-1.78165166.81.89163163.80.810162164.72.711164166.52.512166166013163163.80.814162164.72.715163164.21.216166167.71.717162161.5-0.518166167.11.119164165.31.320164165.61.6平均误差1.185图8出料口实测温度与采集温度对比29 六、施工管理功能实现过程6.1施工管理功能所用硬件设备（1）GPS定位测速设备设备图片GPS定位测速设备　功率<5W原理简介利用全球卫星定位GPS导航系统，对在沥青施工现场的摊铺机、压路机的速度运行参数进行适时显示。GPS工作主要包括距离测量、定位计算、速度计算等工作过程在GPS设备中微集成了DTU核心模块，GPS检测所得实时数据通过DTU发送至服务器，可通过访问服务器远程查看。考虑到沥青摊铺现场压路机、摊铺机的速度（2）红外测温装置设备图片红外测温装置　功率5W测量精度±1%原理简介红外测温探头是通过接收目标物体发射、反射和传导的能量来测量温度。红外测温探头内的探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数显示在温控箱的LED显示屏上工作过程在摊铺机的下料口位置安放固定红外测温探头，温控箱将实时显示红外探头检测数据。在温控箱内部集成了DTU设备核心模块，通过DTU将数据返回服务器29 6.2施工管理功能在摊铺和碾压设备中的实现（1）摊铺机温度、速度、定位采集设备安装情况摊铺温度监测设备安装位置摊铺温度显示摊铺速度、定位显示装置摊铺温度监测设备安装位置摊铺机蜂鸣预警器摊铺速度、定位显示装置摊铺温度监测设备安装位置（2）压路机温度、速度、定位设备安装情况钢轮压路机碾压温度采集装置胶轮压路机碾压温度采集装置29 压路机碾压速度装置压路机碾压温度采集装置6.3施工前场监测数据校核表5摊铺温度采集对比表序号系统采集温度现场水银温度计实测水银与系统误差1148.014802151.91510.93148.81471.84150.91500.95150.11491.16153.81521.87149.51481.58148.2150-1.89152.11511.110154.31531.311153.31521.312154.51531.513151.6152-0.414151.71510.715152.61511.616149.3150-0.729 17151.0151018149.61490.619148.7150-1.320153.41521.421153.81521.822146.2148-1.823151.11501.124150.81491.825150.41491.426149.5151-1.527152.71520.728150.31491.329151.0148330149.7151-1.3平均误差0.66图9摊铺机实测温度与采集温度对比表6碾压温度采集对比表序号系统采集温度现场温枪实测系统与温枪误差1148.1147.70.42146.8145.61.23149.5148.70.829 4142.4141.31.15147.8146.41.46143.5142.60.97144.5143.80.78146.7144.729152.3151.21.110150.21491.211146.7145.80.912144.6143.21.413149.5148.41.114147.3146.90.415146.7145.61.116148.3147.90.417151.2150.11.118150.2149.30.919149.6148.90.720150.2147.52.7平均误差1.1图10压路机实测温度与采集温度对比6.4拌和楼计量系统校核近期课题小组成员对拌和楼骨料、矿粉、沥青计量系统分别进行了校核工作。并记录现场数据。如下表：29 表7拌和楼骨料仓计量系统校核序号类型基数（kg）砝码（kg）基数+砝码（kg）误差（kg）1骨料111350116411001213021421501470-11001521031237501286-110013370表8拌和楼粉料仓计量系统校核序号类型基数（kg）砝码（kg）基数+砝码（kg）误差（kg）1矿粉02524.9-0.1505007575.20.2202524.8-0.2505007575.10.1302524.9-0.15050.10.175750表9拌和楼沥青计量系统校核序号类型基数（kg）砝码（kg）实际砝码（砝码*浮力系数）（kg）基数+实际砝码（kg）误差（kg）1沥青16.8252440.7-0.12504864.90.13757288.80*注：沥青计量时存在浮力系数：0.96，即实际砝码=砝码*浮力系数0.9629 标准砝码：25kg沥青称计量系统校核粉料仓计量系统校核骨料仓计量系统校核七、结论7.1生产管理情况现就从安装沥青拌合楼管控系统至今，通过系统对这段时间内南通至洋口港区高速公路建设工程xxx标拌和楼生产及施工的沥青混合料产能进行分析。总产量180812.3t，总生产盘数55630盘，其中预警盘数1452盘，初级预警率为2.61%，中级预警率为0.44%，高级预警率为0.08%29 7.1.1拌和楼总生产量统计图11拌和楼总生产量统计（按周统计）从拌和站总生产量统计分析图可以看出，从安装系统至今每一月的生产量统计及预警率统计。其中10月份施工量最大，但预警率与其他月份相比也较高。详见见表9表10拌合楼预警统计月份预警级别总产量（t）总盘数（盘）预警盘数（盘）预警率（%）7月初级22236.868182333.42中级10.01高级00.008月初级35723.4109052061.89中级70.06高级20.029月初级44165.8137053482.54中级920.67高级10.0129 10月初级71471.1220066342.88中级1380.63高级390.1811月初级7215.22196311.41中级40.18高级00.007.1.2预警统计表11沥青混合料材料误差预警阈值范围预警级别初级中级高级油石比%-0.1～+0.2-0.15～+0.25-0.2～+0.3骨料1(0~2.36mm)±2%±5%±10%骨料2(2.36~4.75mm)±2%±5%±10%骨料3(>4.75)±2%±5%±10%沥青-0.15%～+0.2%-0.2%～+0.25%-0.25%～+0.3%矿粉±1%±1.5%±2%添加剂±1%±1.5%±2%预警对象施工及监理一线管理人员项目经理/总工/专业监理工程师/技术服务人员指挥部/总监/中心试验室主任图12拌和楼预警统计29 通过图12看出xxx标拌合楼这段时间的初、中、高三个级别的预警率分别在2.61%、0.44%、0.08%。预警率控制较好，但也存在中级、高级预警。预警率较高的集中在5#仓、6#仓、粉料仓及沥青用量。课题组联合技术服务人员共同排查问题出现的原因。①5#仓出现预警主要出现在施工上面层SMA-13时，因为5#仓比例较少为5%，仓门开度较大，在仓门一开一合间歇过程中5#仓用量难以精确控制，但波动误差基本在初级预警范围以内。②6#仓为0~3mm筛孔由于孔径较小，在生产过程中容易出现热料仓堵塞情况。③粉料仓出现预警较高也主要出现在施工上面层SMA-13时，因为SMA-13矿粉比例较高为10%。有时一个粉料罐不足以供给混合料生产，因此会出现同时使用两个粉料罐的情况，但由于在两个粉料罐切换过程中拌合楼操作手采用手动控制，造成平台理论值存在差异。针对以上问题在施工前或结束后对定期拌合楼对每个料仓的计量装置、投放设备进行检查标定。对于5#仓预警较高问题，对仓门进行焊封。进一步降低拌合楼的预警频率，控制沥青混合料的质量波动。出现高级预警情况时，现场技术服务人员在收到预警短信之后严格把关，对可能会对施工质量有较严重影响的沥青混合料做出废料处理，详见表12。并拍摄照片为证，以便于日后追溯。表12出现高级预警采取解决方式日期施工层面预警级别预警情况描述预警原因描述处理方式备注10月01日中面层高级理论值：4.5%，实际值：4.2%，误差：-0.3%，沥青用量偏小沥青罐调换过程中，沥青温度偏低，导致沥青喷洒量偏低废弃已抽提试验验证，验证结果为：4.15%10月23日上面层高级理论值6.0%，实际值：6.3%，误差：+0.3%，油石比偏大拌合楼沥青用量计算有误，导致沥青用量偏高废弃已抽提试验验证，验证结果为：6.31%29 图13  高级预警中混合料废弃情况7.1.3材料误差走势图14材料误差走势图（2#仓、3#仓、4#仓、5#仓、6#仓）通过图14材料误差走势图（2#仓、3#仓、4#仓、5#仓、6#仓）可以看出，骨料仓误差波动较小，质量控制相对较好。基本都保持在初级预警范围之内。但5#仓波动较大出现超出初级预警范围之外情况。29 图15材料误差走势图（粉料1、粉料2）通过图15粉料误差走势图（粉料1、粉料2）可以看出，粉料2误差相对波动较大。因此建议xxx标注意对粉料2的投放，检查其计量设备，并定期对粉料2的投放设备进行维护，从而总体减低预警率，进一步提高沥青混合料生产质量。图16材料误差走势图（油石比）通过图16材料误差走势图（油石比）可以看出，油石比误差波动相对较小，基本都在初级预警范围之内，但也有存在初级预警的情况。建议施工队注意对沥青的投放，检查其计量设备，并定期对沥青用量的投放设备进行维护，从而总体减低预警率，进一步提高沥青混合料生产质量。29 7.1.4出料口温度监测图17加装出料口温度监测走势图从出料口温度监控走势图可以看出，xxx标出料温度基本维持着可控范围内，其中温度较低的数据可能与下料的均匀性有关。7.1.5材料用量核算根据选择的各种条件统计各种材料用量的理论用量、实际用量以及误差情况，以图形方式显示，便于查看各种材料的累计用量。目的是为了统计各种材料累计实际用量和理论用量，便于分析各种材料的消耗情况，并可从总体上把握材料实际用量与理论用量的计量误差。图18材料用量核算图29 从图18可以看出xxx标这段时间内各档材料实际用量、理论用量以及误差情况。其中主要偏差集中在2#仓、3#仓、4#仓、5#仓、6#仓及粉料仓，且都为负偏差。因此建议xxx标项目部加强对2#仓、3#仓、4#仓、5#仓、6#仓及粉料的控制，以保证沥青混合料的质量。7.2施工管理情况7.2.1设备实时追踪图19设备定位查询图从设备GPS定位图可以看出，xxx标摊铺设备及碾压设备都在摊铺现场，并未出现设备不足、随意调动施工设备等情况。7.2.2摊铺温度查询图201号摊铺机摊铺温度走势图29 图212号摊铺机摊铺温度走势图从摊铺温度的走势图可以看出，摊铺机的摊铺温度存在低于160℃的情况。希望施工队能够有效控制现场摊铺温度。因此课题组建议：根据南通至洋口港区高速公路建设工程沥青混合料类型、下卧层的表面温度及其设计厚度，热拌沥青混合料的最低摊铺温度不得低于下表的要求。每天施工开始阶段宜采用较高温度的混合料。表13沥青混合料的最低摊铺温度下卧层的表面温度(℃)相应于下列不同摊铺层厚度的最低摊铺温度(℃)道路石油沥青混合料改性沥青混合料或SMA沥青混合料<50mm50～80mm>80mm<50mm50～80mm>80mm<5不允许不允许140不允许不允许不允许5～10不允许140135不允许不允许不允许10～1514513813216515515015～2014013513015815014520～2513813212815314714325～30132130126147145141>3013012512414514013929 7.2.3摊铺速度查询图222号摊铺机摊铺速度走势图从摊铺机的摊铺速度可以看出，摊铺机摊铺速度大致保持在4m/min以内，但也会出现超速的情况。因此课题组建议摊铺机必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，不得随意变换速度或中途停顿，以提高平整度，减少混合料的离析。摊铺速度宜控制在2～4m/min的范围内。对改性沥青混合料及SMA混合料宜放慢至1～3m/min。当发现混合料出现明显的离析、波浪、裂缝、拖痕时，应分析原因，予以消除。7.2.4碾压温度查询图23压路机碾压温度走势图（初压）29 图24压路机碾压温度走势图（终压）通过压路机碾压温度走势图来看。初压碾压温度控制相对较好。但终压存在行驶到初复段落的情况，还有温度存在过低现象。课题组分析谈论发现温度较低的情况出现在一段时间内，课题组与现场技术服务人员沟通得知出现温度较低的原因为钢轮压路机水箱加水。根据南通至洋口港区高速公路建设工程各混合料类型的碾压温度课题组建议如下：表14碾压温度建议表混合料类型SMASuperpave沥青型号道路石油沥青改性沥青道路石油沥青改性沥青初压开始温度≥140≥150≥140≥150复压最低温度≥120≥130≥120≥130终了温度≥70≥110≥70≥907.2.5碾压速度查询图25压路机碾压速度走势图（初压）29 图26压路机碾压速度走势图（复压）图27压路机碾压速度走势图（终压）碾压速度如图25、26、27所示。其中终压碾压较为随意，速度过快。因此课题组建议：压路机应以缓慢而均匀的速度碾压，压路机的适宜碾压速度随初压、复压、终压及压路机的类型而别，按下表选用。表15碾压速度建议表压路机类型初压复压终压适宜最大适宜最大适宜最大钢轮式压路机1.5-232.5-3.552.5-3.55轮胎压路机--3.5-4.584-68振动压路机1.5-2(静压)5(静压)4-5(振动)4-5(振动)2-3(静压)5(静压)29'