仇繼躍

摘 要：為減少農(nóng)村公路縣道工程路基碾壓施工的人工誤差，提高碾壓精度，本文研究建立了自動分層算法，在GPS定位和路基層位自動辨識的基礎(chǔ)上，根據(jù)距離加權(quán)差值計算控制點高程，自動判別是否滿足設(shè)計要求，并提出邏輯算法，建立完整的自動分層碾壓流程。通過實例工程分析可知，實例工程的165個斷面，碾壓遍數(shù)、各碾壓層厚度、碾壓層總厚度全部達(dá)標(biāo)，碾壓效果十分良好。

關(guān)鍵詞：分層算法;農(nóng)村公路;縣道工程路基碾壓;網(wǎng)格矩陣;碾壓層厚度

0 前言

傳統(tǒng)的農(nóng)村公路縣道工程路基施工碾壓主要將施工場地按條形分區(qū)，并由施工人員手動記錄、控制各層碾壓厚度，分區(qū)逐個施工。此施工方法容易因為各類錯誤（包括施工人員記錄錯誤、施工機械分配與碾壓分區(qū)分層不對應(yīng)、測量誤差等）導(dǎo)致路基碾壓實效與設(shè)計值相差較大。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前路基碾壓施工返工率高達(dá)7.35%，浪費大量人力物力，并嚴(yán)重影響工期。不少專家學(xué)者已針對這一情況，提出通過信息化控制手段減小施工誤差，提高施工效率、提升建設(shè)實效。

縣道公路作為農(nóng)村公路的主骨架，技術(shù)等級一般為三級及以上標(biāo)準(zhǔn)，施工要求高。為進(jìn)一步響應(yīng)中共中央、國務(wù)院號召和交通運輸部及我省有關(guān)部署，服務(wù)新發(fā)展階段優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)農(nóng)村、全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略要求，本文將進(jìn)一步探索，借助定位系統(tǒng)、計算機編程，對建立控制農(nóng)村公路縣道工路基工程自動分層碾壓施工的算法系統(tǒng)進(jìn)行研究探討。

1 分層碾壓施工控制算法研究

分層碾壓施工控制算法通過以下步驟：

（1）碾壓設(shè)計。根據(jù)施工要求對具體路基工程碾壓進(jìn)行設(shè)計，包括碾壓分層、各碾壓層層厚，各層碾壓分區(qū)等具體參數(shù)。

（2）碾壓區(qū)域網(wǎng)格劃分。對各層碾壓面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確定網(wǎng)格間距，形成網(wǎng)格矩陣，并對每一個網(wǎng)格節(jié)點進(jìn)行編號（圖1）。

（3）碾壓參數(shù)賦值：

①碾壓遍數(shù)賦值。根據(jù)碾壓設(shè)計，確認(rèn)每個網(wǎng)格節(jié)點的碾壓遍數(shù)需求，即點的設(shè)計碾壓遍數(shù)記為，實際碾壓遍數(shù)記為。

②碾壓厚度賦值。根據(jù)碾壓設(shè)計，對碾壓層設(shè)計厚度記為。

③碾壓層位賦值。設(shè)碾壓工具所在的層位記為，目標(biāo)監(jiān)測點所在的層位記為。

（4）測點數(shù)據(jù)實時監(jiān)測。對范圍研究監(jiān)測點的數(shù)據(jù)按設(shè)定時間間隔進(jìn)行監(jiān)測控制， 確定各測點是否在碾壓工具施工范圍內(nèi)。對當(dāng)前時刻碾壓工具定位數(shù)據(jù)記為，對上一個時刻的定位數(shù)據(jù)記為，通過對比生成碾壓工具實時工作區(qū)域。對于任一測點進(jìn)行判斷，若其位于工作區(qū)域內(nèi)，則對其實時高程值記為，對該點的實際高程設(shè)計值記為，并對二者差值記為。

（5）測點碾壓設(shè)計值自檢。分析各測點的與，若二者相等，則進(jìn)入下一步算法流程，若≤，則控制碾壓工具對該測點的碾壓遍數(shù)再+1。

對監(jiān)測點的層厚及所在層位進(jìn)行檢測，若≥且≥，則控制碾壓工具進(jìn)入下一層作業(yè)。如這兩個條件中有一個不滿足，則該層碾壓遍數(shù)+1。

（6）判斷碾壓層位是否正在施工。調(diào)取碾壓工具所在層位信息，若本次碾壓層位是否有未進(jìn)行碾壓作業(yè)的碾壓工具編號。若不存在編號，則通知客戶端和數(shù)據(jù)庫，對應(yīng)的碾壓層已完成作業(yè)，并進(jìn)入下一層作業(yè)，若存在編號，則繼續(xù)開始自動碾壓。

2 提高碾壓區(qū)域高程精度控制措施

通過提出控制點高程值取值及碾壓層厚計算兩種措施來保證提高碾壓區(qū)域高程精度。

2.1 控制點高程值計算

調(diào)取控制點所在層的碾壓數(shù)據(jù)，根據(jù)控制點周邊網(wǎng)格節(jié)點最后一遍碾壓后的高程值，并根據(jù)控制點與這些實測網(wǎng)格節(jié)點的實際距離加權(quán)計算，綜合得到控制點的高程值。

在確認(rèn)各網(wǎng)格節(jié)點的高程數(shù)據(jù)以后，對實際高程值與設(shè)計高程值進(jìn)行復(fù)核。對于高程差超過范圍的測點，通過加權(quán)平方的辦法處理，增大區(qū)域圓形的半徑，以包含到周圍其他高程位置正確的控制點位（圖2）。

（1）控制點高程加權(quán)計算

（2）控制點取值范圍擴(kuò)大

2.2 控制點所在層層厚計算

調(diào)取控制點所在層的碾壓數(shù)據(jù)，得到各層最終壓實后的高程，記為，表示同一個碾壓層位中的矩陣序列情況，為碾壓層編號，表征施工順序。則碾壓層的層厚可記為。

3 實例工程分析

以南京市江北新區(qū)2019-2020年“四好農(nóng)村路”建設(shè)工程中的農(nóng)村公路縣道建設(shè)工程青玉線為例，研究自動分層算法在農(nóng)村公路路基碾壓施工中的應(yīng)用。

3.1 工程概況

青玉線位于南京市江北新區(qū)長蘆街道，連接三水廠路和黃玉線，全長10.6公里;設(shè)計時速為40公里/小時，設(shè)計年限為20年，汽車荷載為城—A級。

工程地質(zhì)為第四系地層覆蓋，系江河、湖泊沉積形成，為粉土、粉質(zhì)粘土、粘土、粉細(xì)砂、砂礫石、卵石土層，軟土和松軟土分布廣泛，工程地質(zhì)條件較差。

3.2 實例工程路基碾壓設(shè)計

由于實例工程段地基承載力較差，為保證項目的高平順性、穩(wěn)定性要求路基工程高穩(wěn)定性、小沉降和沉降勻質(zhì)性，通過現(xiàn)場試驗確定本工程路基碾壓參數(shù)：碾壓次數(shù)大于6遍，各碾壓層厚度控制在30 cm～35 cm之間，碾壓層總厚度控制在120 cm～140 cm之間，設(shè)計值為130 cm。

3.3 自動分層算法應(yīng)用

運用建立的自動分層算法來監(jiān)控實例工程路基碾壓施工。根據(jù)系統(tǒng)記錄的碾壓數(shù)據(jù)，將碾壓效果圖繪于圖3，并選擇K1+300至K1+500三個典型斷面，將實際碾壓數(shù)據(jù)列于表1。分析圖3與表1可知：

（1）實例工程分4層碾壓，各碾壓層的碾壓厚度都較為一致，碾壓厚度比較均勻。

（2）各斷面的碾壓次數(shù)及碾壓層厚度都符合碾壓設(shè)計要求。

（3）三個典型斷面的碾壓總厚度分別為127.28 cm、129.52 cm、127.29 cm，這與設(shè)計目標(biāo)值130 cm分別相差2.72 cm、0.48 cm、2.71 cm。誤差較小。進(jìn)一步統(tǒng)計可知，本工程的165個斷面，碾壓總厚度最大值為137.22 cm，最小值為125.48 cm，均在目標(biāo)要求值（120 cm～140 cm）范圍內(nèi)。

（4）總體來看，本文建立的自動分層算法在實例工程中的應(yīng)用效果十分良好。

4 結(jié)論

本文以農(nóng)村公路縣道建設(shè)工程新青玉線為例，研究自動分層算法在農(nóng)村公路縣道工程路基碾壓施工中的應(yīng)用。從應(yīng)用效果來看，工程的165個斷面，碾壓遍數(shù)全部達(dá)標(biāo)，碾壓總厚度最大值為137.22 cm，最小值為125.48 cm，均在目標(biāo)要求值（120 cm～140 cm）內(nèi)，碾壓效果十分良好。本文建立的自動分層算法可有效降低人工誤差，大幅提高農(nóng)村公路縣道路基碾壓施工精度，可在同類工程中應(yīng)用推廣。

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