CN108049291A - 一种沥青混凝土路面3d摊铺施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，步骤如下：施工准备；确定施工段落；建立施工段落的三维数字模型；布设激光发射器控制点；确定摊铺面的设计要素，按照设计要求计算出摊铺区域的纵坡及摊铺带起点的设计高程；根据摊铺带所在的位置安置激光发射器，将待摊铺区域的设计要素输入到激光发射器中并检核激光发射器中设置的摊铺面的精度；创建摊铺机和摊铺机参数；控制点、摊铺面信息、激光接收器和发射器数据导入控制系统，控制系统确定摊铺机布料器的高度；组织摊铺实施。通过本发明中的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，实现了沥青混凝土路面摊铺施工时对摊铺厚度、摊铺宽度和路面高程等参数的精确化、自动化控制。

Description

一种沥青混凝土路面3D摊铺施工方法

技术领域

本发明属于公路工程技术领域，特别涉及一种沥青混凝土路面3D摊铺施工方法。

背景技术

摊铺技术作为公路工程沥青路面施工的重要内容之一，其技术水平的高低直接影响到工程的整体质量。目前在沥青路面摊铺施工过程中，中、边桩测量放样为摊铺施工前测量的主要工作内容，断面设计坐标与设计标高相隔l0m进行铺装，根据指定位置在完成放样复测检测后摊铺。为有效控制基层标高误差，必须选取沥青摊铺机整体浮动基准梁和施工接缝方式进行摊铺机行走基准线上面层、下面层的施工。下面层选用张拉钢丝绳(0. 5 mm)在单幅路面两侧分布，如进行弯道内侧施工，需加密处理，以此对路面标高进行有效控制。

上述常规的测量控制方法不仅效率低精度也不能得到保证，还不能对有坡度或者复杂曲面的进行有效施工。摊铺好的沥青路面表面平整度若达不到施工标准的要求就必须重新施工，由于摊铺施工的不可重复性以及材料价格的不菲，因此使得一旦某个环节发生问题，导致摊铺厚度及路面平整度不符合规范值，所造成的损失会是巨大的。

鉴于上述现有的摊铺施工方法所存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，通过本发明中的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，实现了沥青混凝土路面摊铺施工时对摊铺厚度、摊铺宽度和路面高程等参数的精确化、自动化控制，极大的保证了施工质量，同时降低了施工难度和施工成本，避免了因返工而造成的巨大资金损失。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，包括以下步骤：

1.1施工准备，包括设备种类及参数的确定，以及设备的安装；

1.2确定施工段落；

1.3建立施工段落的三维数字模型；

1.4布设激光发射器控制点；

1.5确定摊铺面的设计要素，按照设计要求计算出摊铺区域的纵坡及摊铺带起点的设计高程；

1.6根据摊铺带所在的位置，选择合适的激光发射器控制点安置激光发射器，将待摊铺区域的设计要素输入到激光发射器中并检核激光发射器中设置的摊铺面的精度；

1.7创建摊铺机和摊铺机参数；

1.8控制点、摊铺表面和激光接收器和发射器数据导入控制系统，控制系统确定摊铺机布料器的高度；

1.9组织摊铺实施。

进一步地，三维数字模型在建立时，采用载波相位差分技术确定平面坐标，采用水准仪确定纵向坐标。

进一步地，激光发射器控制点的布设需满足以下要求：

1.4.1激光发射器控制点安装在浇筑的固定基座上；

1.4.2控制点周围为遮挡的空旷地带，且无施工干扰；

1.4.3控制点间需通视；

1.4.4控制点间距需相同。

进一步地，在组织摊铺实施时，首先将摊铺面的设计要素输入到激光发射器中，建立激光发射器与激光接收器的连接，随后确定工作平面起点以及摊铺路线，从而使得摊铺工作自平面起点沿摊铺路线进行。

进一步地，摊铺机参数包括摊铺机的行进速度、摊铺作业层的虚铺系数、摊铺作业层的摊铺厚度、激光接收器到未摊铺平面距离。

进一步地，摊铺区域的路面坡度信息通过坡度传感器采集并作为控制依据。

进一步地，激光发射器控制点在施工道路两侧沿线设置。

进一步地，控制点到摊铺机的距离不大于200m，相邻两控制点间的距离为190~200m。

进一步地，设备包括GPS基准站、控制箱、激光发射器、信号接收机、天线和激光接收器以及配套软件。

进一步地，天线和激光接收器通过安装结构安装于摊铺机上，安装结构包括上下相对设置的上部磁座和下部磁座，上部磁座和下部磁座相对设置的表面上均设置有永磁铁以及电磁铁，永磁铁环绕于电磁铁外围；

上部磁座上还设置有安装架，安装架底部设置有万向球，万向球套设于位于上部磁座顶部的固定支座内，且通过设置于固定支座上螺纹通孔内的至少一螺栓挤压固定；安装架还包括导向杆以及沿导向杆滑动设置的调节支座，调节支座通过设置于其上螺纹通孔内的至少一螺栓挤压导向固定；天线和激光接收器安装于调节支座上。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：

（1）本发明使用激光发射和接收装置结合传感器控制施工，不需要人工放桩，节约了施工时间；

（2）本发明的控制系统自动控制摊铺机进行摊铺作业，一次施工就能达到设计的施工精度，杜绝了返工现象，提高了施工质量，节约了施工成本；

（3）本发明的3d摊铺施工方法可用于已有的摊铺机械，不需要对已有的摊铺机械进行改动就可以使其具有3d摊铺功能；

（4）本发明可有效提高沥青路面摊铺后的平整度，在沥青路面摊铺施工上具有较大的应用潜力和优势；

（5）本发明的3d摊铺施工方法不仅可以用于沥青路面的摊铺施工还可以用于沥青路面基层的施工。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中安装结构的结构示意图；

附图标记：上部磁座1、下部磁座2、永磁铁3、电磁铁4、固定支座5、导向杆6、调节支座7。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本实施例中沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，包括以下步骤：

1.1施工准备，包括设备种类及参数的确定，以及设备的安装；

设备包括：GPS基准站、控制箱、激光发射器、信号接收机、天线和激光接收器以及配套软件，其中，主要设备的技术参数如下：

①GPS基准站

平面10mm+1ppm，高程15mm+1ppm

足够的通用跟踪通道

G3跟踪技术（GPS/GLONASS/GALILEO）

100Hz 精湛高精度RTK定位输出

防尘防水等级 IP66

防震等级 可抗2米水泥地面自然坠落

②控制箱

防尘防水等级：IPX6

可以加载无线数据传输模块

Windows XP操作系统

具有亮度调节和多视角查看功能的LCD显示屏

可调节明暗度，即使在刺眼的强光下也可以清晰的读取屏幕；

③激光发射器

精度 5秒

测量半径：300m

内置自动调平

工作时间：≥50小时

防尘防水等级：IPX6

测量带宽：±100（0～30m）、±50（30～300m）

④接收机

平面10mm+1ppm，高程15mm+1ppm

跟踪技术（GPS/GLONASS/GALILEO）

支持无线数据传输

内置数字电台

防尘防水等级 IP66

防震等级 可抗2米水泥地面自然坠落

⑤天线和激光接收器

防尘防水等级：IPX6

ID号码可使关联的激光发射器准确无误的锁定目标

可见LED灯，操作员确定目标状态。

上述3D摊铺设备准备完成后，进行设备安装，具体安装步骤如下：

1）配件加工

①安装之前，需要根据每种摊铺机型号、大小安装天线和激光接收器，天线和激光接收器通过安装结构安装于摊铺机上，安装结构包括上下相对设置的上部磁座1和下部磁座2，上部磁座1和下部磁座2相对设置的表面上均设置有永磁铁3以及电磁铁4，永磁铁3环绕于电磁铁4外围；上部磁座1上还设置有安装架，安装架底部设置有万向球，万向球套设于位于上部磁座1顶部的固定支座5内，且通过设置于固定支座5上螺纹通孔内的一螺栓挤压固定；安装架还包括导向杆6以及沿导向杆6滑动设置的调节支座7，调节支座7通过设置于其上螺纹通孔内的一螺栓挤压导向杆6固定；天线和激光接收器安装于调节支座7上； 上述安装支架在使用的过程中改变了原有的通过内壁管来固定天线和激光接收器的形式，可实现预定位以及工作中的牢固定位，其中，预定位通过上下两极性不同的永磁铁3实现，只需通过将上下两永磁铁3分别设置于摊铺机上任何固定的结构件的上下两表面，通过异性相吸的原理即可实现安装结构的预定位，通过合理选择永磁铁的磁性大小可调节预定位的磁力大小，预定位在设备不启动的过程中完全可满足安装支架的稳定性，当设备启动后，因为设备的运动而产生颠簸震动，因此此时只需在设备中引出一部分电流分别为上下两电磁铁4供电，并通过控制电流走向来使得两电磁铁4产生不同的极性，即可在设备通电后将固定的力有效的增强，同时必须保证位于上部或者下部的两不同磁体磁性相同；当安装结构安装于不同角度的结构件表面时，可通过将挤压万向球的螺栓释放类调节导向杆6的角度，从而保持导向杆6竖直，位置确定后，旋紧螺栓即可；关于天线及激光接收器高度位置的调节则通过调节支座7在导向杆6上的位置调节来实现，且调节支座7可绕导向杆6转动，二者固定方式简单有效，可实现任何方向的调节，调节支座7在其中所起到的作用相当于原有的内壁管的作用，但通过对其安装形式的改变以及多方向多角度的调节机理，使得整个安装结构具有通用性，不再受到摊铺机种类及大小的限制，只需选择合适的结构件表面进行安装即可，且接线容易，固定牢固；

②激光发射器的校准，确保摊铺工作范围内有2-5个控制点，用来校准激光高程和检测激光高程，并在实际工作范围内可以随机做点校准。

2）安装的位置要确定好，安装之前一定要摊铺机放平调到摊铺状态，双边控制系统需要左右两边相对称并保持竖直，尽量往后安装，如遇特殊情况比如后边比中间振幅大，可以安装中间；天线和激光接收器安装好后要高于摊铺机。

3）GPS天线电缆的布设

天线电缆有两根，一根电缆的头儿是黑色的，一根电缆的头儿是黄色的。黄色的电缆是主电缆连接主GPS（左GPS），黑色的电缆连接辅GPS（右GPS）。电缆尽可能的盘好固定在车体，并且不能受到外力的侵扰。

4）主线缆的布设

主线缆有三个：主要一端是连接控制箱的，一端是连接激光接收机的，一端是连接接线盒的，线要沿着车体分布走，根据实际情况在不影响正常摊铺工作和人员走动，固定在一个位置上，保证不受外力的干扰。

5）安装需注意的细节

天线和激光接收器两个指示灯必须朝正前方，主GPS线是接左边，接电池阀的线分左右，从开始安装就注意走线的位置，并用扎带固定好；

1.2确定施工段落；

本实施例中，在试验段根据施工进度，确定摊铺带的具体位置和摊铺的先后顺序，为控制点的布设及仪器设备的进场和周转做好铺垫，保证施工有条不紊的进行；

1.3建立施工段落的三维数字模型；

在施工前对施工段落采用载波相位差分技术（RTK）确定平面坐标，采用水准仪进行高精度的高程测量，根据测量结果生成施工段落的三维数字模型，作为3D摊铺施工的依据，详细的测量工作对提高路面施工精度有重大的意义；

1.4布设激光发射器控制点

为了使摊铺的沥青表面具有高度的平顺性，激光发射器控制点的布设及其重要，激光发射器控制点的布设要求有四点：

1.4.1激光发射器控制点安装在浇筑的固定基座上，可减少调平，干扰；

1.4.2控制点周围为遮挡的空旷地带，且无施工干扰；

1.4.3控制点间需通视；

1.4.4控制点间距需相同；

工作区域内除了布设激光发射器控制点外，还需有高精度高程控制网，保证工作区间与工作区间搭接平顺；

1.5确定摊铺面的设计要素

摊铺区域确定以后，按照设计图纸计算出摊铺区域的纵坡及摊铺带起点的设计高程，为摊铺工作的顺利进行做好技术准备工作；

1.6安置激光发射器、设置摊铺面设计要素

根据摊铺带所在的位置，选择合适的激光发射器控制点安置激光发射器，将待摊铺区域的设计要素输入到激光发射器中并检核激光发射器中设置的摊铺面的精度；

1.7创建摊铺机和摊铺机参数

将摊铺机的行进速度、摊铺作业层的虚铺系数、摊铺作业层的摊铺厚度、光学靶标到未摊铺平面距离等参数输入到3D摊铺控制系统，3D摊铺控制系统确定布料器的具体高度；

1.8控制点、表面和激光数据导入，以及校准液压

控制点、摊铺表面和激光接收器和发射器数据导入控制系统，所述控制系统确定摊铺机布料器的高度

1.9组织摊铺实施

①建立激光发射器与激光接收器的连接

待摊铺区域的设计面输入到激光发射器中后建立激光发射器与激光接收器的连接，因为每台摊铺机上只安装一个激光接收器，摊铺区域的横坡由高灵敏传感器控制；

②确定摊铺带的起点设计高程

激光发射器可以确定一个平面，但每次工作前必须给其设定一个工作平面起点，平面起点也是本次摊铺的高程基点，因此平面起点的精度要求非常高，平面起点确定后，摊铺工作按照设定完毕的摊铺路线进行摊铺，其中，摊铺区域的路面坡度信息通过坡度传感器采集并作为控制依据。

具体施工时，在确定施工段落后，将施工图纸数字建模形成能被3D摊铺控制系统使用的3D道路图形文件，并导出到3D摊铺控制系统，3D道路图形文件包含施工路面各个点的3D坐标参数，此过程进行一次即可完成三位数字模型的建立；随后在施工道路两侧沿线设置控制点，并确定控制点的准确的3D坐标；将全站仪作为激光发射器进行安装，将全站仪架设在摊铺机前进方向道路的一侧，为了保证全站仪在施工过程中能保持良好的监测状态，优选地将全站仪架设在摊铺机安装了光学靶标一侧的道路旁。保证全站仪的架设精度，全站仪必须水平架设；为保证全站仪引导摊铺机的施工精度，全站仪到摊铺机的距离应该在200m以内，连续的两个相邻控制点的距离取190~200m，并且应该保证相邻控制点之间通视情况良好；若发现控制点出现沉降或者被破坏，需要及时测绘出该点准确的3D坐标。在施工过程中，全站仪通过所选取的控制点的准确坐标来计算出摊铺机的实时坐标，控制点起到传统施工作业中的桩线的作用，施工道路两侧的控制点交错设置。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1 施工准备，包括设备种类及参数的确定，以及设备的安装；

1.2确定施工段落；

1.3建立施工段落的三维数字模型；

1.4布设激光发射器控制点；

1.5确定摊铺面的设计要素，按照设计要求计算出摊铺区域的纵坡及摊铺带起点的设计高程；

1.6根据摊铺带所在的位置，选择合适的激光发射器控制点安置激光发射器，将待摊铺区域的设计要素输入到激光发射器中并检核激光发射器中设置的摊铺面的精度；

1.7创建摊铺机和摊铺机参数；

1.8控制点、摊铺面信息、激光接收器和发射器数据导入控制系统，所述控制系统确定摊铺机布料器的高度；

1.9组织摊铺实施。

2.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，所述三维数字模型在建立时，采用载波相位差分技术确定平面坐标，采用水准仪确定纵向坐标。

3.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，所述激光发射器控制点的布设需满足以下要求：

1.4.1激光发射器控制点安装在浇筑的固定基座上；

1.4.2控制点周围为遮挡的空旷地带，且无施工干扰；

1.4.3控制点间需通视；

1.4.4控制点间距需相同。

4.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，在组织摊铺实施时，首先将摊铺面的设计要素输入到激光发射器中，建立激光发射器与激光接收器的连接，随后确定工作平面起点以及摊铺路线，从而使得摊铺工作自所述平面起点沿所述摊铺路线进行。

5.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，所述摊铺机参数包括摊铺机的行进速度、摊铺作业层的虚铺系数、摊铺作业层的摊铺厚度，以及激光接收器到未摊铺平面距离。

6.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，摊铺区域的路面坡度信息通过坡度传感器采集并作为控制依据。

7.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，所述激光发射器控制点在施工道路两侧沿线设置。

8.根据权利要求7所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，所述控制点到所述摊铺机的距离不大于200m，相邻两所述控制点间的距离为190~200m。

9.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，所述设备包括GPS基准站、控制箱、激光发射器、信号接收机、天线和激光接收器以及配套软件。

10.根据权利要求9所述的沥青混凝土路面3D摊铺施工方法，其特征在于，所述天线和激光接收器通过安装结构安装于摊铺机上，所述安装结构包括上下相对设置的上部磁座（1）和下部磁座（2），所述上部磁座（1）和下部磁座（2）相对设置的表面上均设置有永磁铁（3）以及电磁铁（4），所述永磁铁（3）环绕于所述电磁铁（4）外围；

所述上部磁座（1）上还设置有安装架，所述安装架底部设置有万向球，所述万向球套设于位于所述上部磁座（1）顶部的固定支座（5）内，且通过设置于所述固定支座（5）上螺纹通孔内的至少一螺栓挤压固定；所述安装架还包括导向杆（6）以及沿所述导向杆（6）滑动设置的调节支座（7），所述调节支座（7）通过设置于其上螺纹通孔内的至少一螺栓挤压所述导向杆（6）固定；所述天线和激光接收器安装于所述调节支座（7）上。