3D摊铺技术在沥青路面施工中的应用研究

摘要：为解决传统沥青面层摊铺过程中摊铺平整度、厚度及坡度不满足技术要求等问题，通过引入3D摊铺智能控制技术，不仅使沥青面层摊铺后的平整度、厚度及坡度得到了精准控制，同时也节约了施工成本。结合工程实例简要介绍了3D摊铺技术原理，通过分析工程检测数据，结果表明：相比传统路面摊铺技术，3D摊铺智能控制技术的运用使沥青路面平整度合格率达到90%以上，压实面横坡度波动范围较小，路面厚度偏差处于8%设计厚度之内，解决了传统施工摊铺过程中高程控制精度不良及面层平整度提升效果不明显问题，可在后续高等级沥青路面摊铺施工中继续推广。

关键词：沥青路面3D摊铺平整度坡度

中图分类号：U441+.5

ResearchontheApplicationof3DPavingTechnologyinAsphaltPavementConstruction

ZHANGMengyuan1SHENZhiyu2SHENLibin3*

1.JiaxingExpresswayConstructionandDevelopmentCo.，Ltd.， JiaxingCity，ZhejiangProvince，314000China;2.ZhejiangGuangshaVocationalandTechnicalUniversityofConstruction，JinhuaCity，ZhejiangProvince，322100China;3.JiaxingCommunicationInvestmentGroupCo.，Ltd.，JiaxingCity，ZhejiangProvince，314000China

Abstract：Inordertosolvetheproblemsofinsufficientflatness，thickness，andslopeinthetraditionalasphaltsurfacepavingprocess，theintroductionof3Dpavingintelligentcontroltechnologynotonlyenablesprecisecontrolofthesmoothness，thickness，andslopeofasphaltsurfacelayerpaving，butalsosavesconstructioncosts.Thispaperbrieflyintroducestheprincipleof3Dpavingtechnologybasedonengineeringexamples.Throughanalyzingengineeringinspectiondata，theresultsshowthatcomparedwithtraditionalpavementpavingtechnologies，theapplicationof3Dpavingintelligentcontroltechnologyhasachievedapassrateofover90%forasphaltpavementsmoothness，asmallfluctuationrangeofcompactionsurfacecrossslope，andapavementthicknessdeviationwithin8%ofthedesignthickness.Itsolvestheproblemsofpoorelevationcontrolaccuracyandunclearimprovementeffectofsurfacesmoothnessintraditionalconstructionpavingprocess，andcanbefurtherpromotedinsubsequenthigh-gradeasphaltpavementpavingconstruction.

KeyWords：Asphaltpavement;3Dpaving;Flatness;Slope

截止2022年底，我国国内公路总里程已达到535.48万km，其中高速公路建设总里程达到17.73万km，占比3.31%，呈逐年稳定增长态势。全国高速公路运营流量大，发展速度快，作为交通运输的重要通道，对于道路平整度、行车舒适性、耐磨抗滑性、低噪声、防裂、维修管养等方面提出了更高、更严的要求[1-2]。目前，传统的摊铺工艺较多采用滑靴传感器和声纳传感器追踪测量人员架设的铝梁或者基准线进行现场施工来实现对摊铺厚度、坡度及平整度的控制，摊铺机等主要设备使用主要存在依赖人工控制，导致人为干扰因素多，引起施工质量波动大，出现基准设定错误导致的摊铺指标不满足技术要求现象，从而无法保证铺摊铺质量连续和稳定性[3]。

本文依托杭州绕城高速公路西复线湖州段沥青路面实体铺筑实况，结合现场高程、坡度及平整度检测结果，研究分析3D智能摊铺施工工艺[4-5]和传统施工工艺与路面修筑质量影响，研究结果可为后续高等级公路沥青路面面层施工提供科学参考。

13D摊铺技术基本原理

3D摊铺智能系统，由全站仪基准站和摊铺自动控制系统组合而成，首先将机械控制全站仪架设在控制点上来捕获360°棱镜的三维坐标详细数据，并通过摊铺机系统上数据传输功能，实时将棱镜坐标数据传送到摊铺自动控制系统的控制箱中，将获得的当前坐标信息和设计卡中的三维数据进行对比，对于现场状况与设定存在偏差的，随时完成施工路线调整，通过生成相应的高程修正、线路修正等信息并传递至摊铺机两侧边控箱，再由边控箱对应生成相应比例驱动信号，通过液压阀驱动摊铺机牵引臂液压油缸，使熨平板进行相应方向的调整和修正，从而使摊铺道面产生坡度和高程变化，弥补路面波动，通过对各阶段摊铺施工严格依照规定执行，可以提高各个路段的摊铺效率，达到路面平整度标准[6]。为了实现道面摊铺精准控制和过程监控施工，另备一台测量全站仪一直处于监测道面摊铺状况，确保满足摊铺设计指标[7]，具体如图1所示。

2.3D摊铺技术工艺控制流程

3D摊铺技术工艺控制流程为：原有的地表数据、设计图纸建立三维电子数据，导入mmGPS的控制箱中（见图2、图3）。通过RTK，计算摊铺机熨平板所处位置，以获取此位置在电子数据中设计高程；将绝对高程反馈到控制器中，对实际高程与设计高程的差值经过控制器运算转换成电信号，驱动摊铺机电磁阀动作；在2～3个车身行程内通过电磁阀调整熨平板摊铺角度将标高调整至设计值。

33D摊铺工艺沥青路面施工效果分析

本项目K11+140—K11+930、K13+750—K17+750两段左幅沥青路面下面层分别采用TP63-3D智能摊铺控制技术和传统摊铺施工方法进行施工，单幅设计宽度为整体式15m，结构层下面层设计压实厚度为10cm。施工现场采用福格勒摊铺双机连铺。

3.1沥青面层摊铺平整度分析

沥青路面施工完成后通过检测车对传统摊铺施工及3D摊铺效果进行检测，分析沥青路面平整度的平均值、标准差，数据如表1、表2所示。

由表2可知，3D摊铺段落平整度平均值均小于2.67m/km，合格率达到94%以上，与常规摊铺施工段落的平整度相比合格率有较大幅度提高。经过采用3D智能摊铺技术，有效提高路面表面层平整度和行驶舒适性。

3.2压实面横坡度分析

《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1—2017）规定，横坡允许偏差值为±0.3%。选取试验段200m，水准仪测量一个横断面，间距为10m，对沥青路面下面层压实面横坡度做如下分析。

图3可见3D智能摊铺系统摊铺的压实面横坡波动比常规摊铺压实面横坡波动小，且3D摊铺横坡度基本控制在1.95%～2.04%范围内，最大值2.039%与最小值1.951%之间相差为0.088%，在允许偏差范围为之内，而常规摊铺横坡度基本控制在1.92%～2.08%范围内，最大值2.075%与最小值1.925%之间相差0.15%，相较而言，3D摊铺压实面横坡度控制优于传统施工方法。

3.3沥青面层摊铺厚度分析

对随机样本点的实测高程与设计高程进行统计分析，发现3D摊铺技术实际摊铺效果较好。同时为了进一步计算实测高程值与设计高程值的偏差，进行了厚度分析。

由表3和表4可知：采用3D摊铺技术的路面实测厚度与设计厚度绝对偏差为0～6mm。高速公路热拌沥青混合料下面层厚度偏差宜控制在设计值的8%（设计厚度＞50mm）以内，而传统摊铺方法摊铺后的沥青面层厚度偏差较大，路面实测厚度与设计厚度绝对偏差为3～9mm，明显可以看出数据的离散性较大，表明3D摊铺技术相比传统摊铺技术能够减少路面面层摊铺厚度的偏差。

43D摊铺工艺沥青路面施工经济效益分析

针对采用传统工艺和采用智能摊铺控制系统在现场人、机、材料方面的投入情况进行施工经济效益对比，对比情况如表5所示。

通过对表6进行分析可以看出：采用3D摊铺智能控制技术可以一定程度上减少人员及设备的投入、材料的不必要浪费，同时系统施工不受光线影响，可以24小时全天候施工作业。现场技术人员只需具备测量的基本技能，按审核的计算结果输入数据，仪器设备的架设和照单输入数据的能力即可达到目的，大大降低劳动强度，并培养人才。采用3D技术进行摊铺作业，无需挂线和没有杆线的影响，现场环境整洁有序，减少了大量辅助人工，运输车辆倒运空间更大，提高了安全性及效率。高程控制精准，控制了路面结构层厚度，铺设均匀且质量稳定，减少材料浪费，提高了经济效益。

综上所述，3D摊铺施工能够降低出现问题质量的可能性，同时也可以减少施工方面的风险，能够节约成本从而提高经济效益。

5结论

（1）试验段实践证明，使用3D摊铺智能控制技术在摊铺环节可实现无桩化施工，使得摊铺作业更加智能化。

（2）在沥青面层摊铺平整度、厚度及坡度方面，3D摊铺智能控制技术相较于使用传统摊铺方法后的路面整体摊铺质量有较大提升，其中平整度合格率达到90%以上，在厚度和横坡度方面，3D摊铺横坡控制精度较高。

（3）对比传统面层摊铺方法和3D摊铺智能控制技术工程效益和经济性可知，3D摊铺智能控制技术不仅可以减少施工方面的风险，而且能够节约人力成本从而降低了工程整体造价。

参考文献

参考文献

[1] 刘东风.沥青摊铺施工技术在公路路面工程中的应用[J].价值工程，2022，41（14）：129-131.

[2] 杨刘虎.3D数字化摊铺机控制系统在高速公路建设中的应用[J].交通世界，2022（22）：105-107.

[3] 徐志勇，张宗兵，陈刚.3D摊铺系统在底基层和基层施工中的应用研究[J].公路交通科技.2022.38（1）：37-42.

[4] 袁昌，朱长根，杨伟华，等.沥青路面3D智能摊铺技术应用研究[J].市政技术，2019，37（4）：34-37.

[5] 黄立明.基于3D数字化自动摊铺控制系统的沥青混凝土路面应用研究[J].江西建材，2020（8）：116-117，119.

[6] 叶学龙.3D数字化摊铺技术的应用[J].工程建设与设计，2021（3）：136-140.

[7] 张艳红，郭伟彤，张斌，等.基于灰色模型的路面行驶质量指数分析[J].公路，2023，68（12）：22-28.