（中国水利水电第五工程局有限公司）
【摘 要】在公路施工中，路基填筑是道路施工的关键线路。路基填筑的速度及各施工层顶部的高程控制和平整精度直接影响到整个项目的施工工期及成本。
传统的路基填筑摊铺工艺，采用推土机粗平，平地机精平。与传统工艺相比，在平地机上加载一套GPS自动测量控制系统后，即可摆脱因人工操作熟练程度较低，而造成的施工效率低下和返工作业问题，又可以提高施工质量，加快施工进度，增加工程收益。
【关键词】平地机；GPS系统；填筑控制；工程效益；赞比亚穆-钦公路
1、工程概况
赞比亚穆-钦公路位于赞比亚共和国北部的穆钦加省，为该省穆利兰索洛至钦萨利全长100公里的道路升级改造工程。该工程主要施工内容包括清表、路基填筑、路面工程、结构物工程和公路附属设施等。其中路基中的找平层、选择层、底基层和水稳层顶部均需使用平地机进行精平。
2、技术特点
平地机GPS测量控制系统采用全球卫星定位技术与公路3D设计文件相结合，通过液压控制阀实时对平地机铲刀进行自动控制。平地机加载GPS控制系统后，即使在道路表面设计线型复杂、操作手经验不足时，也可在完全无放样环境中实现昼夜施工。
3、道路填筑控制技术研究思路
3.1研究目的
赞比亚地处职业教育相对落后的非洲中东部，当地平地机操作手技能低下，特别是熟练工数量有限，使用传统工艺施工需对当地操作手进行长时间的操作技能培训，增加费用支出。且短期内无法形成生产规模，直接影响施工进度和质量。
为加快道路各施工层顶部精平作业效率，保证工期和质量验收通过率，对平地机加装GPS测量系统，在道路填筑控制中进行应用分析。通过现场工艺性试验对比，证明平地机GPS测量控制技术在路基填筑施工的可行性，并通过工程应用总结出生产的施工工艺流程及技术要点。
3.2现场施工情况
道路填筑施工初期，现场测量人员采用全站仪在路基两侧坡脚外扩1米处测设控制高桩，利用水准仪和拉线的方法来达到控制顶层设计标高的目的。
因公路施工土方设备较多，道路两侧的控制高桩易产生移位或破坏，现场需要投入的技术人工数量较多，且传统的平地机整平技术在修正各填筑层顶部时进度缓慢，作业效率低下，受限于各方面条件的影响，每台平地机一个台班修正路面不足500m，无法满足工期要求。
3.3 控制措施优化研究思路
为提高作业效率，减少人员投入，加快施工进度，采用先进的平地机GPS测量控制技术。即在平地机上安装GPS测量控制系统，根据公路平面、纵断面和横断面等构成的三维设计数据，由平地机GPS测量控制系统来指挥液压铲刀自动精平填筑面，快速、准确、真实地实现了从设计图纸到现场实体的转换。
4、施工方法及工艺
4.1 施工方法
首先在平地机上安装好GPS测量控制系统，将公路平面、纵断面和横断面等设计数据，和公路现有的测量控制点，采用TBC软件制作成设计文件，导入平地机GPS控制箱；选择距施工区域较近且不受设备振动影响的测量控制点架设好GPS基站和电台，完成设站。其次，在道路填筑上料、摊铺和粗平后，由操作员驾驶平地机向前行走，打开自动按钮。此时平地机GPS测量控制系统，根据设计文件，指挥安装在平地机铲刀上的测量传感工具和液压阀，以控制平地机的铲刀，对公路各施工层顶部进行较高精度的自动精平。
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4.2 主要施工工艺
4.2.1设计文件制作及传输
根据公路设计参数，利用GPS系统设计制作软件，制作好公路三维设计数据文件，将文件分别导入安装在平地机上的GPS系统控制箱和GPS流动站手簿，完成对施工区段的设置后，即可使用平地机GPS控制系统进行自动精平作业。
4.2.2自动精平作业
在每层填筑层完成上料、摊铺和粗平等工序后，使用安装好GPS测量控制系统的平地机对顶部进行自动精平作业。
首先打开自动按钮，待GPS信号显示正常，此时平地机GPS测量控制系统已开始正常工作。此时需要检查并设置垂直偏移量。
平地机操作员将根据设计的填筑层顶部高程，选择垂直偏移量；在设置垂直偏移量时，为确保完工后路面（经平地机精平、振动碾碾压后的填筑层）顶部高程满足设计标高，操作员要根据填筑料的松铺系数，适当将垂直偏移量进行调整（一般以减小2～5cm为宜）,对填筑料的压实沉降值进行补偿。
垂直偏移量设置完成后，由操作员驾驶平地机平行于公路轴线方向向前行走,平地机GPS测量控制系统将指挥安装在平地机铲刀上的测量传感工具和液压阀，控制平地机的铲刀，对公路填筑面进行自动精平。
4.3 工艺对比性分析
选取操作水平熟练和一般的平地机操作手，分别驾驶未加装GPS控制系统的平地机和加装了GPS控制系统的平地机进行操作测试，进行现场对比试验。通过连续五个月、每月为期一周的现场测试及质量检测统计数据，分析得出了不同条件下的施工效率和质量验收合格率。同时，通过实践证明了平地机GPS测量自动控制技术的优越性。
以熟练操作手驾驶普通平地机进行填筑平整施工为例，每台班（按8小时计）完成填筑层顶部精平修正仅为480m，安装GPS自动控制系统后，每台班可完成自动精平1km，作业效率提升了50%以上。
5、施工质量检查
通过采用平地机GPS测量控制技术后取得的效果来看，各施工层顶部的高差偏差和平整度完全达到了设计及规范要求；特别是在公路缓和曲线及圆曲线路段处，从验收测量结果来看，超高加高段精平后的平、纵曲线流畅，横断面平整度良好，其施工质量完全满足设计要求，有效减少了不必要的返工作业，工序效率有了大幅的提高，达到了预期效果。
采用平地机GPS系统控制技术精平后的各施工层顶部，经水准仪和全站仪检测：高差偏差≤25mm，变坡点位置偏差≤10mm，平整度≤15mm，单元验收优良率100%。
6、经济效益和社会效益
6.1 经济效益
课题成果在依托工程中应用后，大幅提高道路基层施工精度，质量合格率和一次性验收的通过率提高了20%，有效缩减了工期和各类施工成本，创造了良好的经济效益。仅从技术人员投入来看，平地机GPS系统自动测量控制技术比常规普通的测量控制技术节省了一半的测量时间，并且每班组可减少两名测量员、一名技术员和四名普工。
6.2 社会效益
平地机GPS系统控制技术应用于道路填筑施工后，将进一步提高路面的平整度，驾驶员及乘客在完工路面上驾（乘）车的舒适度大幅增加，安全系数上升；使得该工程在赞比亚建筑业市场获得较高的美誉度，树立良好的企业形象。
7、施工过程中的纠偏
为有效避免由于GPS接受信号异常、机械设备性能方面和人为不当操作等造成的数据偏差，需通过以下方式进行纠偏：
（1）每次开机后检查安装在平地机铲刀上的两个流动站，若流动站信号指示灯闪烁异常，需及时查看平地机GPS控制箱与流动站接收机之间的线路连接，使用机载控制箱中的诊断模块分析解决。
（2）每两周使用外接传感器对液压阀模块进行一次校准，确保机载控制箱发出的指令能够通过液压阀模板更精准的控制铲刀予以执行。
8、结束语
赞比亚穆-钦公路项目通过将平地机GPS系统控制技术应用在道路填筑施工中，有效提高了填筑层高程精度，大幅加快了施工进度，缩短了路基填筑的工期，减少了人员投入，创造了良好的经济和社会效益，是一种值得在道路填筑施工中推广应用的控制技术。
论文作者:杨宝塔,陈馨怡
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/14
标签：平地机论文; 测量论文; 铲刀论文; 赞比亚论文; 控制系统论文; 公路论文; 作业论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;