抗干裂型水泥稳定砂砾基层防水施工方法与流程

本发明涉及道路基层防水施工。更具体地说，本发明涉及一种抗干裂型水泥稳定砂砾基层防水施工方法。

背景技术：

1、水泥稳定砂砾凭借力学性能优良、原料易得等特点，普遍应用于道路工程基层施工。该类基层依靠水化反应形成整体强度，水分含量及散失速率是决定基层成型质量的关键因素。

2、目前业内针对水泥稳定砂砾基层防水及防干裂的常规施工方式，未结合施工现场实时环境条件开展作业。环境温度、相对湿度、风速会直接改变基层表面水分蒸发速率，而现有工艺通常采用固定参数喷洒乳化沥青，无法随水分蒸发速率动态调整沥青洒布量。蒸发速率较高时，乳化沥青防护层难以有效减缓水分流失，基层易因快速失水产生干缩裂缝；蒸发速率较低时，固定洒布量易造成材料冗余，也会对基层表层状态造成不利影响。

3、完成沥青喷洒后，行业内普遍采用聚乙烯薄膜覆盖开展保湿养护，但仅依靠薄膜隔绝外界空气，无法主动调控膜内空间的相对湿度。养护过程中膜内湿度持续波动，当湿度低于合理范围时，基层水分持续散失，干缩开裂问题依旧难以避免。

4、现场环境参数多采用人工间断式检测，数据更新滞后，不能实时反映水分蒸发的实际工况，也无法为沥青洒布、保湿养护提供精准依据。在实际工程中，难以同步实现乳化沥青用量的合理把控与养护湿度的稳定维持，这也是现阶段水泥稳定砂砾基层易出现干裂缺陷的主要原因，也是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明还有一个目的是提供一种抗干裂型水泥稳定砂砾基层防水施工方法，现有水泥稳定砂砾基层防水施工无法实时结合现场温湿度、风速动态判断水分蒸发情况，乳化沥青洒布量采用固定值，难以匹配实际蒸发速率。常规薄膜养护仅简单覆盖，不能实时监测并调控膜内湿度，养护期间湿度易偏离合理区间，基层水分流失失控，最终导致基层出现干裂病害，整体防水与养护效果不佳。

2、传统方式仅采用单一公式计算水分蒸发速率基准值，未区分不同风速区间的蒸发规律。施工现场风速变化跨度较大，不同风速下水分蒸发增速幅度存在明显差异，单一计算模型无法精准适配全风速工况，造成蒸发速率基准值计算偏差，进一步影响后续沥青洒布量判定的准确性。

3、沥青洒布车运行过程中，油泵存在响应延迟与流量调节滞后问题，直接转换控制信号易出现行驶速度、喷洒流量调节不同步的情况。速度变化、流量调节存在时间差，会造成局部沥青洒布不均，出现多洒或少洒现象，降低防水涂层铺设的均匀性与施工质量。

4、仅在薄膜单点布设湿度传感器采集数据，易受局部环境、薄膜贴合状态影响，采集的湿度数据偶然性大，无法代表整个养护区域的真实湿度。依据单点数据开展湿度调控，易出现误触发喷雾启停指令，难以保障整片基层养护湿度稳定达标。

5、养护后期直接停止保湿养护，膜内湿度骤降易使基层产生收缩裂纹。常规养护全程采用统一湿度阈值与控制逻辑，未区分养护末期工况，同时一次性整体揭除薄膜会因环境突变加剧基层干裂，也缺少适配养护收尾阶段的湿度控制与揭膜规范。

6、施工现场大型移动机械会对风速检测造成干扰，使采集的风速数据失真。未对风速数据做有效性甄别与异常处理，失真数据会代入蒸发速率计算，导致沥青洒布量计算错误，进而影响防水施工参数设置，无法保障施工参数的可靠性。

7、固定半径的机械干扰识别区无法适配不同风速工况，低风速时识别区范围过大造成不必要的数据剔除，高风速时识别区范围偏小，无法全面识别机械干扰源，依旧存在风速数据被干扰、检测结果不准确的问题，干扰甄别效果较差。

8、机械干扰频发导致大量风速数据失效后，未设置合理的洒布作业暂停、恢复规则，盲目继续施工会持续出现参数偏差。作业暂停后直接恢复喷洒易出现漏喷、衔接不均，且工况突变易造成洒布量阶跃变化，影响施工连续性与喷洒均匀度。

9、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种抗干裂型水泥稳定砂砾基层防水施工方法，包括：

10、获取环境参数，通过设置在施工区域内的环境温度传感器、环境湿度传感器以及风速仪，以每1分钟一次的采样频率实时采集环境温度值、环境相对湿度值以及环境风速值；

11、根据环境风速值计算水分蒸发速率基准值，其单位为kg/(m2·h)；根据环境温度值确定温度修正系数，温度修正系数在环境温度值为10°c至40°c范围内呈线性递增，温度修正系数的最小值为0.8，最大值为1.2；根据环境相对湿度值确定湿度修正系数，湿度修正系数在环境相对湿度值为30%至90%范围内呈线性递减，湿度修正系数的最小值为0.7，最大值为1.3；将水分蒸发速率基准值乘以温度修正系数以及湿度修正系数，得到修正水分蒸发速率值；

12、以修正水分蒸发速率值为依据，按照乳化沥青洒布量随修正水分蒸发速率值增大而线性增大的正相关关系，确定一个初始洒布量值，其单位为kg/m2；将初始洒布量值与预设的洒布量下限值0.6 kg/m2和洒布量上限值1.8 kg/m2进行比较，若初始洒布量值小于0.6kg/m2，则将最终修正洒布量值取为0.6 kg/m2，若初始洒布量值大于1.8 kg/m2，则将最终修正洒布量值取为1.8 kg/m2，否则将最终修正洒布量值取为该初始洒布量值；

13、将最终修正洒布量值转换为沥青洒布车的行驶速度控制信号和喷洒流量控制信号，并发送至沥青洒布车的车载控制器，控制沥青洒布车在基层表面按照最终修正洒布量值喷洒乳化沥青；

14、在乳化沥青喷洒完成后，在基层顶面覆盖聚乙烯塑料薄膜，并在塑料薄膜内侧表面贴附内部湿度传感器，薄膜搭接宽度为200 mm至300 mm，薄膜边缘采用砂袋压覆；

15、在覆盖养护期间，通过内部湿度传感器以每5分钟一次的采样频率采集塑料薄膜内侧的相对湿度值，将该相对湿度值与预设的养护湿度下限阈值以及养护湿度上限阈值进行比较，养护湿度下限阈值为75%，上限阈值为95%，当相对湿度值小于或等于养护湿度下限阈值时，生成启动信号发送至喷雾设备的控制器，控制喷雾设备向塑料薄膜内侧喷雾增湿，当相对湿度值达到养护湿度上限阈值时，生成停止信号发送至喷雾设备的控制器，控制喷雾设备停止喷雾，使相对湿度值维持在大于等于养护湿度下限阈值且小于等于养护湿度上限阈值的范围内，直至养护期结束，该养护期为7天。

16、优选的是，蒸发速率计算步骤中，水分蒸发速率基准值的计算方式为：

17、当环境风速值小于2 m/s时，水分蒸发速率基准值按照第一线性函数随环境风速值增大而增大，第一线性函数的斜率为0.02 kg·m-3；

18、当环境风速值大于等于2 m/s且小于5 m/s时，水分蒸发速率基准值按照第二线性函数随环境风速值增大而增大，第二线性函数的斜率为0.035 kg·m-3，且第一线性函数与第二线性函数在环境风速值等于2 m/s处的取值相同；

19、当环境风速值大于等于5 m/s时，水分蒸发速率基准值按照第三线性函数随环境风速值增大而继续增大，第三线性函数的斜率为0.01 kg·m-3，且第二线性函数与第三线性函数在环境风速值等于5 m/s处的取值相同。

20、优选的是，将最终修正洒布量值转换为沥青洒布车的行驶速度控制信号和喷洒流量控制信号时，先根据沥青洒布车的泵响应延迟时间以及当前行驶速度计算速度变化超前补偿量，超前补偿量的计算方式为：将泵响应延迟时间乘以当前行驶速度的导数，得到速度变化超前补偿量，将速度变化超前补偿量叠加至行驶速度控制信号中；同时根据当前泵出口压力值确定泵流量调节滞后时间，在喷洒流量控制信号中提前该滞后时间发出流量调节指令。

21、优选的是，内部湿度传感器在塑料薄膜内侧表面的贴附位置为塑料薄膜内侧的中央区域以及四个边角区域，共贴附五个内部湿度传感器，将五个内部湿度传感器在同一时刻采集的五个相对湿度值去除最大值和最小值后计算算术平均值，以该算术平均值作为参与比较步骤的实时湿度值。

22、优选的是，在养护期的第6天结束时，将养护湿度上限阈值调整为85%，并将喷雾设备的停止湿度阈值相应调整为85%，同时将喷雾设备的喷雾持续时间限定为每次不超过30秒，喷雾间隔时间不小于5分钟，使塑料薄膜内侧的相对湿度值在养护期最后24小时内逐渐下降，且在养护期结束时降至不高于85%；

23、在该最后24小时内，预先设定启动湿度阈值为78%，并采用滞回比较控制：

24、当实时湿度值低于启动湿度阈值时，生成启动信号发送至喷雾设备的控制器，控制喷雾设备向塑料薄膜内侧喷雾增湿，且每次喷雾持续时间不超过30秒，相邻两次喷雾的间隔时间不小于5分钟；

25、当实时湿度值达到或超过该停止湿度阈值85%时，生成停止信号发送至喷雾设备的控制器，控制喷雾设备停止喷雾；

26、当实时湿度值大于等于78%且小于85%时，喷雾设备维持前一时刻的工作状态不变；

27、通过该滞回比较控制，使塑料薄膜内侧的实时湿度值始终不低于养护湿度下限阈值75%且不高于该调整后的养护湿度上限阈值85%；

28、在养护期结束时，先揭除塑料薄膜的四个边角区域，保持塑料薄膜中央区域覆盖，在揭除边角后等待2小时，再揭除全部塑料薄膜。

29、优选的是，在执行以每分钟一次的采样频率实时采集环境风速值时，同步执行风速数据有效性甄别，有效性甄别包括以下方法：

30、在距离风速仪立杆水平距离不超过3米且安装高度与风速仪相同的位置安装风向传感器，以每分钟一次的采样频率同步获取施工区域的瞬时风向测量值；以当前采样时刻为终点，取当前采样时刻之前连续2分钟内获取的所有瞬时风向测量值进行矢量算术平均运算，将运算结果作为当前采样时刻的实时主风向数据；

31、以风速仪立杆所在位置为圆心，在风速仪安装位置周边划定一个圆形区域，将该圆形区域中位于风速仪上风向的120°扇形区域定义为机械干扰识别区，扇形区域的角平分线指向实时主风向的来流方向，风速仪立杆位于该扇形区域的下游顶点处；

32、当风速仪实时采集的当前风速测量值小于0.5米/秒时，判定当前处于近静风状态，不再执行机械干扰识别与处理步骤，在近静风状态下，所有采样时刻采集到的风速值均视为有效数据，不进行数据剔除处理，且不执行暂停洒布作业的判定；当风速仪实时采集的当前风速测量值大于或等于0.5米/秒时，执行机械干扰识别及处理步骤，机械干扰识别及处理步骤具体包括：

33、在每个风速值采样时刻，同步获取施工区域内除当前正在进行洒布作业的沥青洒布车自身以外的所有正在移动的大型辅助施工机械的实时位置信息，并逐一判定各大型辅助施工机械的实时位置是否落入机械干扰识别区内；若判定任意一台大型辅助施工机械的实时位置落入机械干扰识别区内，则将当前采样时刻采集到的风速值标记为受机械干扰影响的无效数据，予以剔除，无效数据不参与后续水分蒸发速率基准值的计算；

34、对于被剔除的无效风速值所对应的采样时刻，以该采样时刻之前最近三个未被剔除的有效风速值计算算术平均值，以算术平均值作为该采样时刻的替代风速值，采用代风速值替代原无效数据参与后续计算。

35、优选的是，扇形区域的半径r按照以下规则动态确定：以风速仪实时采集的当前风速测量值作为调整依据，当当前风速测量值小于2米/秒时，半径r取值为15米；当当前风速测量值大于或等于2米/秒且小于5米/秒时，半径r取值为25米；当当前风速测量值大于或等于5米/秒时，半径r取值为40米。

36、优选的是，风速数据有效性甄别还包括暂停与恢复控制，暂停与恢复控制包括以下步骤：

37、若连续三个采样时刻采集的风速值均因大型辅助施工机械的机械干扰而被剔除，则判定该时段内施工区域内的机械活动密集，暂停沥青洒布车的洒布作业，并记录暂停位置；在暂停期间，持续监测后续每个采样时刻的风速值有效性，当出现连续两次采样均能获取到未被标记为无效的风速数据时，恢复沥青洒布车的洒布作业；

38、若暂停持续时间超过30分钟仍未满足恢复条件，则在确认以下条件全部成立的前提下，恢复沥青洒布车的洒布作业：

39、条件一为暂停起点时刻所记录的环境温度值处于10℃至40℃范围内、环境相对湿度值不低于30%、且暂停起点时刻所采用的替代风速值不超过5米/秒；

40、条件二为暂停期间内所有采样时刻采集到的风速测量值，均未超过5米/秒；

41、在恢复洒布作业之前，采用高压水雾对暂停前最后一段已喷洒乳化沥青的区域进行表面润湿处理，润湿量控制在0.1千克/平方米至0.2千克/平方米之间；同时，以暂停起点时刻之前最后三个未被剔除的有效风速值的算术平均值乘以1.1倍作为临时基准风速值；

42、在恢复洒布作业后的前5分钟内，采用临时基准风速值参与后续水分蒸发速率基准值的计算，同时持续监测后续每个采样时刻的风速数据，若在5分钟时间内出现连续两次未被标记为无效的风速数据，则切换回正常的实时风速值采集参与计算模式；在切换回正常实时风速值采集参与计算模式后，若切换时刻的实时风速值与切换前采用的临时基准风速值之间的偏差大于20%，则将该偏差值平均分配到切换时刻之后的三个采样周期中，在每个采样周期内逐次调整洒布量修正值，以消除控制信号的阶跃跳变；若在该5分钟时间内仍未出现连续两次未被标记为无效的风速数据，则再次暂停沥青洒布车的洒布作业并发出人工干预报警信号；再次暂停之后恢复洒布作业时，按照与前述暂停后恢复洒布作业相同的方式执行倒车和重叠喷洒补偿操作；

43、暂停后恢复洒布作业时，控制沥青洒布车退回至暂停位置之前、且与暂停位置相距至少5米的位置处重新启动喷洒，并对暂停前已喷洒但未及时覆盖的最后一段区域进行重叠喷洒补偿，重叠补偿长度不少于2米。

44、本发明至少包括以下有益效果：

45、本发明依托传感器实时采集环境参数，精准计算并修正水分蒸发速率，动态匹配乳化沥青洒布量并设置上下限阈值，保证洒布量合理可控。搭配薄膜覆盖与湿度联动喷雾的养护模式，可将养护湿度稳定在规定范围，有效减缓基层水分异常散失，减少干裂问题，提升基层防水和整体养护质量。

46、本发明按照不同风速区间划分三段线性函数计算水分蒸发速率基准值，贴合不同风速下水分蒸发的实际变化规律。分段计算方式能够提升基准值的计算精度，让后续修正水分蒸发速率、乳化沥青洒布量的计算结果更贴合现场实际工况，为沥青喷洒作业提供可靠的数据支撑。

47、本发明针对油泵响应延迟增设速度超前补偿量，同时结合泵出口压力设置流量调节滞后时间，对两类控制信号分别做时序优化。能够抵消设备运行带来的调节时差，使洒布车行驶速度与喷洒流量同步变化，改善沥青喷洒均匀性，避免局部洒布异常，提升防水涂层施工效果。

48、本发明在薄膜多处布设湿度传感器，剔除极值后取平均值作为实时湿度值，降低单点检测带来的数据误差与偶然性。采集的数据能够真实反映整片养护区域的湿度状态，减少喷雾设备误启停的情况，让湿度调控动作更加精准，保障整片基层养护环境湿度均匀稳定。

49、本发明在养护末期下调湿度阈值并采用滞回控制，配合限定喷雾时长与间隔，使膜内湿度平稳下降。同时分步揭除薄膜，缓解环境突变对基层的影响，避免养护后期因湿度骤变、揭膜不当引发收缩裂纹，平稳完成养护收尾工作，进一步保障基层结构完整性。

50、本发明结合风向划定机械干扰识别区，甄别并剔除受干扰的无效风速数据，同时采用有效数据均值替代异常数据。可排除现场施工机械对风速检测的影响，保证参与计算的风速数据真实有效，避免因数据失真导致沥青洒布量计算失误，保障施工参数准确。

51、本发明根据实时风速动态调整干扰识别区半径，不同风速匹配对应大小的扇形区域。低风速时缩小识别范围，减少正常数据被误剔除；高风速时扩大识别范围，全面排查机械干扰源，优化了风速干扰甄别效果，进一步提升风速检测及后续参数计算的准确性。

52、本发明设置了完善的作业暂停、恢复及补偿规则，机械干扰密集时及时暂停作业，满足条件后有序恢复喷洒。通过临时基准风速、梯度调整洒布量、重叠喷洒补偿等方式，避免工况突变引发洒布量跳变与漏喷问题，保障施工连续性，提升施工衔接位置的喷洒质量。

53、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。