公路工程质量控制管理中的试验检测技术分析

胡钦强，潘玉成

(四川沿江宜金高速公路有限公司，四川 成都 610041)

公路建设对地区经济发展有重大影响，强化公路工程施工质量管理成为降低质量风险的重要组成部分。但现有调查研究发现，公路运行时间延长以及车辆荷载等外力作用影响会导致公路路基路面的力学条件发生改变，最终影响其使用年限。为解决上述问题，相关人员应进一步完善公路工程质量管理路径，寻找一种更高效、便捷的工程试验检测技术，最终全面提升公路工程施工效果。

1 便携式落锤弯沉仪技术分析

1.1 技术简介

便携式落锤弯沉仪技术又被称为落锤式弯沉仪，是一种基础填筑表面的动力承载力试验检测装置，具有携带方便、操作简单等优点，其整体结构如图1所示。其中包括数据传输系统、加载系统以及数据采集系统几方面，其中加载装置包括橡胶垫块、落锤以及锁定杆等；传输系统则包括数据处理软件与传输装置；数据采集系统则包括采集模块、位移传感器以及压力感知模块。

图1 便携式落锤弯沉仪的基本结构

1.2 装置测试流程

在公路工程路基性能检测中，以PRIMA100型便携式落锤弯沉仪为例，该装置的操作步骤包括：

(1)详细了解公路工程项目的现场资料，根据现场实际情况选定路基性能监测点位，并将便携式落锤弯沉仪运抵现场，按照说明书正确组装并连接电源。

(2)连接电源后即可启动设备，用数据线分别连接便携式落锤弯沉仪的I/O端口与电脑RS232串口；启动电脑采集软件后，观察设备是否联通，当指示灯显示为绿色时证明系统正常，可以做现场测试[1]。

(3)在数据采集软件中根据项目技术资料以及现场测试要求保存工程项目现场监测的温度、测点号、文件名、泊松比等数据，在数据采集中按“F12”键即可进入采集状态。

(4)调整落锤高度为3/4，将锁定杆固定好后，即可提起落锤并锁定。工作人员扶住便携式落锤弯沉仪的操作柄并按下保护插销；扳动锁定杆后，使落锤自由落下，此时落锤可冲击便携式落锤弯沉仪装置的橡胶垫。

(5)由设备自行记录装置的荷载以及位移时程曲线情况，获得现场测试的最大弯沉值与压力值、落锤冲击承载板的时间。此时根据系统显示的弯沉值、作用力值以及回弹模型等判断数据是否合理，若证实数据合理，可按“F2”键保存数据；若认为数据不合理可按“Esc”键取消。

(6)重复上述操作过程，确保每个检测点的测试4次以上，确保系统观测的有效数据≥3。

(7)完成一个点位的现场监测后即可将便携式落锤弯沉仪设置移动至下一检测点，重复上述操作直至现场测试过程结束，最后保存数据并按“Ctrl+F10”键关闭软件。

(8)关闭电源并拆卸设备。

1.3 便携式落锤弯沉仪现场检测的注意事项

在便携式落锤弯沉仪设备现场监测中，应根据公路工程项目实际情况注意以下5方面内容：1)在设备组装节点应分析指示灯显示为红色的原因，一般除装置连接错误外，还有可能是数据连接线自身质量问题。因此在便携式落锤弯沉仪设备现场组装阶段应重点关注数据连接线的安装问题，避免因为弯折等不合理操作而导致连接线损坏；2)测试前应结合公路工程技术资料正确设定测试参数，保证设备运行状态与现场实际情况相契合，避免获得失真的公路现场检测数据；3)在选择监测点位时应优先选择路基上的平整测试点，确保装置的承载板能与路基保持平行；对于监测点位凹凸不平等问题，可用细砂填平；4)在获取每个监测点位的现场数据期间，每个检测点应预压1～2次左右，通过预压确保路基表面接触效果。同时检测期间一旦出现承载板不稳定或者滑杆倾斜等问题都会严重影响测试结果精准度，因此在检测期间要求工作人员握紧手柄并适当施加向下的作用力，保证承载板稳定；5)对于检测结果存在较大数据偏差情况，例如本次检测结果与上一次结果的差值≥10%，则应舍弃该组数据做第二次测试。

2 便携式落锤弯沉仪在细粒土路基压实质量检测应用

2.1 工程项目简介

案例公路工程项目的总长度约为60.13km，其主线结构采用双向6车道设计，设计时速为120km/h，道路的路基宽度约为34.8m。根据现场地质勘测结果显示，地层主要是河流中下游发生大量堆积而成，因此第四纪堆积物巨厚，以细粒土为主，岩性主要为第四系全新统和上更新统冲洪积形成的灰黄、褐黄色及灰色的粉质黏土、粉土、粉细砂、中砂，基岩埋藏较深。

2.2 快速检测思路

2.2.1 试验方案

案例工程项目中对路堤压实度做出明确规定，要求压实度应≥95%；在现场碾压施工中选择的施工工艺为：先用压路机静压1次，之后振动碾压3次，最后静压收面。将随机选择公路项目中的某标段为试验段，在该试验段周围选择断面，断面中部分布设5个监测点位，相邻检测点位的间隔为7m。

2.2.2 碾压遍数对路堤回弹模量的影响

为判断不同工艺条件对陆地回弹模量等因素影响，本次将试验检测路面细粒土路堤压实过程中的回弹模量变化情况，试验过程中要求在每次碾压结束后用便携式落锤弯沉仪进行现场检测，最终现场测试结果如表1所示。

表1 碾压遍数对于细土路堤回弹模量的影响(单位：MPa)

根据表1所记录的相关数据可发现，在本次细粒土堤压实施工阶段，5个监测点位的相关数据均证明：随着碾压次数的增加，便携式落锤弯沉仪所记录的回弹模量更高；且随着碾压次数增加，5个点位的回弹模量增速明显下降，证明细粒土堤的结构逐渐趋于平稳。

2.2.3 碾压遍数对路堤压实度的影响

为判断便携式落锤弯沉仪在路堤压实度检测中的可行性，本文将以案例公路中的某一标段为研究对象，观察每一次压实过程对结构压实度的影响。现场测试结果显示，当路堤碾压1遍时，便携式落锤弯沉仪记录的压实度约为75.26%；碾压2遍时装置记录的压实度为84.19%；碾压3遍时装置记录的压实度为90.84%；碾压4遍时的压实度为92.95%；碾压5遍时的路堤压实度为94.32%。根据上述数据的变化情况可以发现，在路堤碾压过程中随着碾压遍数的增加，土体结构的整体压实度明显增加，且随着碾压数量增加，土体压实度增长速度明显放缓。

2.3 应用效果评价

在传统细粒土路基压实质量检测中通常采用灌砂法等技术做现场施工质量监控，根据案例工程项目的实际经验进行比较后，结果显示便携式落锤弯沉仪在细粒土路基压实质量检测中的操作简单、检测效率快，这也为该技术的进一步推广奠定良好基础。

3 倾斜摄影模型研究

当前公路工程项目的工程量大且施工条件复杂程度不断提升，传统人工测量方法存在效率低下以及误差精度不高等问题。而得益于无人机技术的进一步发展，基于无人机平台的倾斜摄影测量技术出现，成为工程质量试验检测的重要组成部分，值得关注。

3.1 硬件准备方案

(1)在倾斜摄影模型技术中以无人机为现场监测的主要平台，采用大疆系列垂直起降固定翼无人机，该无人机的主要技术优势为灵活性强、续航时间长且荷载量大等优点，对不同公路工程检测环境有良好的适应性[2]。

(2)导航与控制系统选择。本次倾斜摄影技术采用GNSS全球卫星导航系统，可利用多颗卫星观察其空间分布情况，可通过空间距离后方交会，为用户提供高精度的空间位置信息。

(3)摄影仪。目前在倾斜摄影技术中可选择单镜头、两镜头与三镜头等几种类型，可支持360°旋转拍摄，并根据摄像头的拍摄角度情况拼接图像，支持现场多角度拍摄以及重叠影像的功能。

3.2 关键技术

3.2.1 多视影像联合平差技术

该技术可在地面控制点稀少甚至没有的情况下观察目标区域的影像进度情况，整个技术方案的实施步骤为：先通过特征算法提取不同影像时间的数据特征，在获取影像数据参数的情况下，将POS数据作为现场信息匹配的初始参数，在构建连接点、控制坐标点以及连接线的基础上，计算多视影像的区域网平差值。

为提升数据处理效果，在本次多视影像联合平差技术中将通过光束法构建空中三角测量控制网，将无人机、摄像点以及标志物点作为现场数据的基础方程，构建基于整个勘测区域的误差方程式后，依照最小二乘法原理计算平差，计算三维点云的实际坐标值[3]。

3.2.2 多视影像密集匹配

目前在公路工程影像数据处理中，受到影像联合平差等因素影响，导致在图像处理中只能获得少量的离散空间点，此时应通过图像间稠密匹配的方式获得三维点云，确保模型结构光滑、可识别。在整个影像图片处理中，其稠密匹配和特征点匹配的不同之处需要采用更加严格的约束条件对逐个像素识别找出同名点，最终在短时间内完成特征点的匹配。

4 倾斜摄影模型技术在公路工程质量管理中的应用

本次研究中将参照上文所选的公路工程项目展开分析，根据图像处理的结果综合判定倾斜摄影模型技术的应用价值。

4.1 数据获取以及像控点的布设方案

4.1.1 数据获取方案

数据获取是倾斜摄影技术的前期关键环节，其图像获取质量直接关系到公路工程项目施工结果精度。本项目将在大疆M300系列无人机平台基础上，通过睿博D2M镜头观察测区的相关数据，其关键技术参数如表2所示。

表2 倾斜摄影的关键参数

4.1.2 野外控制点布设方案

本项目在野外控制点布设方案中采用六点法布设，其中4个控制点被设置在观景台停车线外角位置，另外两个监测点位则参照标志牌为参照物。

4.2 三维建模方案

本项目在三维建模中采用Context软件，该软件具有操作简单、数据处理效率高的优点，可直接导入经过预处理的图片，在完成图片2次加工后即可形成三维加密数据，其数据处理精度高。该软件的现场操作步骤为：1)选择软件上的“新建”工程，添加新工程名称后，确定该工程项目关键数据的项目名称及其数据保存路径；2)在新建工程区域中添加本次倾斜测量的图像数据，同时向系统中导入对应的POS数据，设置坐标参考系；3)在测量选项界面导入控制点作用，结合影像的自身坐标以及控制点坐标参数完成低空间数据匹配以及计算空中三角参数。

4.3 倾斜摄影模型技术在公路施工试验检测中的应用

4.3.1 在路面工程外观尺寸中的应用

(1)路面宽度评价。本次项目中通过空间测量长度记录道路的路面宽度情况，根据本次项目实际情况，在道路每隔25m位置选择1个监测点位，整条主干道路上共有监测点位132处，同时也包括58处匝道测量点位。

通过上述点位划分情况评估道路监测点位的路面误差情况，相关结果显示，道路的实测误差为0.02～0.03m，证明其整体数据精度情况满足质量标准。

(2)中线偏位评估。中线偏位情况是道路工程项目现场施工质量控制的重要组成部分，本文将通过AutoCAD软件进行中线偏位评价，分别对比CAD与设计图纸中道路重点叠合对比情况[4]。最终本次项目中选择106处中线偏移监测点位，包括道路主干70处，侧匝道测量点位46处进行现场测试，最终的相关结果显示，在本项目所选的106处监测点中，发现出现偏位的点数为8处，其偏差取值范围为0.01～0.03m。

(3)路面横坡质量评估。倾斜摄影模型技术将配合LSV平台，在提取公路工程项目试验段的路面横坡参数后，每隔25m设置1个检测断面，最终整个实验区域中共设置了174处监测点位，其中包含主干道141处，匝道测量33处。最终根据倾斜摄影模型技术的现场应用结果可知，在所选的174处监测点位中，有6处的现场检测结果超出允许偏差，其中最大超出偏差值为0.61%。

4.3.2 在护坡支挡工程中的应用

(1)评价公路工程的护坡长度。倾斜摄影模型技术通过LSV平台动态观测公路工程项目试验段的路基防护长度情况[5]。根据无人机摄像检测结果与设计文献的对比结果最终证实，项目中护坡的长度与局部设计不符，因此安排施工单位对缺损部位进行修补，修补结束后结果显示护坡长度满足设计要求。

(2)评估公路护坡的坡度。通过倾斜摄影模型技术检测路基护坡坡度值，在对整个测试路段展开现场检测后，提取与实验路段坡度相关的关键施工参数。最终测试结果显示，案例公路工程项目的实测坡度为8.33%～15.04%，除部分小于9.00%的路段外，其他部位的坡度设置均符合图纸的要求。

(3)在顶面高程评价中的应用。倾斜摄影模型技术利用系统平台提供的坐标高程数据，沿着路堤与路肩边线位置取纵断面，每个25m位置设置一个检测断面，直至完成整改测区的高程护坡高度提取工作。本文节选了本次项目中护坡顶面高程的现场检测结果，具体数据如表3所示。

表3 公路工程护坡顶面高程数据测试表

根据表3所记录的相关数据可发现，通过倾斜摄影模型技术可明确观察公路工程项目的护坡稳定的关键误差数据，证明通过该方法可以评估公路工程项目中是否存在顶面高程不合格的质量问题具有可行性。

4.3.3 在涵洞工程中的应用

本次公路工程项目在现场施工阶段涉及穿越涵洞的情况，在施工质量控制管理阶段参照图纸明确了涵洞的长度、净高与中心线等构件的关键参数后，即可通过倾斜摄影模型技术进行质量评价。最终测试结果显示，本次项目中涵洞施工后的实际长度为48.10m、净高为5.34m、跨径平均为7.85m、轴线偏移平均为13.8mm，根据上述数据可以通过本次公路工程中的实测值与设计值对比得出：涵洞长度、跨径、净高和中线偏移值均在允许偏差范围内。

4.4 应用效果评价

根据案例项目的成功经验可知，在公路工程质量管理中采用倾斜摄影模型技术具有可行性。根据上文的研究结果可知，该技术可满足路面工程、防护支挡工程、涵洞工程现场测量要求，且数据精度高、现场测量效率满意，因此值得推广。

5 结语

在当前公路工程质量管理控制阶段，相关人员应围绕公路工程项目施工质量要求完善现场管理工作规范，本文所介绍的倾斜摄影模型技术以及便携式落锤弯沉仪技术在施工现场质量管理中均表现出良好的适应性，与传统测试技术相比具有美好的效果。