一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法与流程

1.本发明属于道路施工领域，具体涉及一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法。


背景技术：

2.共振碎石化是一种旧水泥混凝土路面的破碎利用技术，共振碎石化是通过共振原理，使旧水泥混凝土路面与破碎机械产生共振现象，将旧水泥混凝土路面破碎成上层相互嵌挤，下层相互嵌锁的水泥混凝土碎石粒料层。破碎后的碎石形状相邻互补、粒径较小，形成相互嵌挤的稳定结构，解决了原水泥混凝土路面板在裂缝、接缝处的水平及竖向位移，消除了原有板块裂缝向上反射的应力，该层的强度和刚度高于级配碎石，同时对旧路面地基的影响也较小，是解决水泥混凝土路面加铺容易出现反射裂缝问题的有效手段。而高寒区的极端气候也对施工效率提出了更高的要求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法，适用于高寒地段，通过对无人机摄像进行智能预判分类，实地考察人员基于预判的结果，再有重点的进行考察和准备试验材料，提高工作效率，并且，基于智能预判分类的处理方式进行施工，减少施工过程中的试错成本，可操作性强。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
5.一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法，包括如下步骤：
6.步骤1：对施工路段进行无人机摄像，基于无人机摄像，进行施工路段的分类，将施工路段标记为问题路段、标频路段、低频路段和高频路段；
7.步骤2：基于施工路段的分类，施工人员对施工路段进行预处理；
8.步骤3：在标频路段上选择代表性路段进行共振碎石化试验，确定共振碎石化施工参数的标准值；
9.步骤4：基于施工路段的分类，确定共振碎石化施工参数的初始值，对施工路段进行共振碎石化施工；
10.步骤5：对共振碎石化施工后的破碎层进行清理，并对破碎层进行碾压，进行施工检核。
11.进一步的，步骤1包括如下步骤：
12.步骤1.1：无人机在施工路段的上方以速度v匀速在施工路段上方飞行并拍摄视频，确保无人机拍摄范围内没有车辆，并且调节无人机高度确保视频拍摄到道路的两边；
13.步骤1.2：将无人机拍摄的视频转换为若干帧图像集g(i),
14.g(i)＝(p(i),t(i))(1≤i≤n)
15.其中，g(i)表示第i帧图像集，n为视频转化为图像集的总帧数，p(i)为第i帧图像，t(i)为第i帧图像在视频所处的时间；
16.步骤1.3：将图像集g(i)划分为若干个连续的图像区块q(1)-q(m)；
17.步骤1.4：分别计算每个图像区块内像素的平均灰度值和灰度值方差，将第j个图像区块内像素的平均灰度值记为e(q(j))，第j个图像区块内像素的灰度值方差记为d(q(j))；
18.步骤1.5：当d(q(j))≥区块内像素方差阈值d1时，则标记为问题路段；当d(q(j))＜区块内像素方差阈值d1时，
19.①
当(1-&)e1＜e(q(j))＜(1 &)e1时，将该路段标记为标频路段，其中，&表示误差容忍度因子，是常数，e1为区块标准像素值，
20.②
当e(q(j))≥(1 &)e1时，将该路段标记为高频路段，
21.③
当e(q(j))≤1 &)e1时，将该路段标记为低频路段。
22.进一步的，步骤1.3中区块的划分方式包括如下步骤：
23.步骤1.31：设定最小施工范围对应的图像帧数k；
24.步骤1.32：每k帧图像集作为一个区块，顺次形成区块q(1)-q(m)，其中，m满足下述公式：
25.m＝int(n/k)
26.其中，int(n/k)表示对n除以k取整；
27.步骤1.33：当n不能被k整除时，将剩余帧的图像放入q(m)中。
28.优选的，步骤2中的预处理方式为：
29.当施工路段的分类为问题路段时，实地考察确认该路段旧混凝土板上是否存在沥青加铺层和沥青表面修补材料，如果存在，则进行清除；
30.当施工路段的分类为低频路段时，实地考察确认是否存在不适合碎石化的路段，如果存在，则进行挖除重填处治；
31.另外，对排水系统进行修复或增设，对建筑群地段沿路肩外侧边缘或道路路基外侧设置隔振沟。
32.进一步的，步骤3中共振碎石化施工参数包括振动频率、振幅、横向锤间距、锤头宽度和施工行进速度。
33.进一步的，步骤4包括如下步骤：
34.步骤4.1：对于标频路段，采用共振碎石化施工参数的标准值作为该路段施工初始值；
35.步骤4.2：对于高频路段，该路段施工参数中振幅、横向锤间距、锤头宽度和施工行进速度采用标准值作为该路段施工初始值，振动频率的施工初始值为：
36.f0＝fs
×
e(q(g))/e1
×
c0
37.其中，f0表示在该高频路段振动频率的施工初始值，fs表示振动频率的标准值，e(q(g))表示该高频路段对应的无人机摄像区块内像素的平均灰度值，c0为高频换算因子，是常数，
38.步骤4.3：对于低频路段中未进行预处理的路段，路段施工参数中振幅、横向锤间距、锤头宽度采用标准值作为该路段施工初始值，振动频率和施工行进速度的施工初始值分别为：
39.f1＝fs
×
e(q(d))/e1
×
c1
40.v1＝v0
×
(e(q(d))/(e1)
^1/3
41.其中，f1表示在该低频路段振动频率的施工初始值，e(q(d))表示该低频路段对应的无人机摄像区块内像素的平均灰度值，c1为低频换算因子，是常数，
42.v1表示在该低频路段施工行进速度，v0表示施工行进速度的标准值，()
^1/3
代表三分之一次方，
43.步骤4.4：对于预处理后的低频路段和问题路段，采用共振碎石化施工参数的标准值作为该路段施工初始值；
44.步骤4.5：在各路段共振碎石化施工过程中，根据实际施工情况，微调施工参数。
45.进一步的，共振碎石化施工的同时，进行路面洒水以减少扬尘的影响，洒水方向垂直向上。
46.优选的，步骤5中破碎层清理包括如下步骤：
47.步骤5.1a：人工清除破碎层上原水泥混凝土接缝之间的条状填料；
48.步骤5.2a：如果破碎层表面有钢筋外漏，移除整片钢筋或将钢筋外漏部分剪除至与破碎层顶面齐平；
49.步骤5.3a：碎石化层表面若有尺寸大于5cm的凸出碎块，予以清除并采用级配碎石回填。
50.进一步的，步骤5中破碎层碾压分为初压、复压、终压三个阶段，采用钢轮和胶轮组合进行碾压，由边至中有低至高的顺序进行，碾压时重叠1/2轮宽。
51.进一步的，步骤5中破碎层碾压具体步骤为：
52.步骤5.1b：破碎层碾压初压时钢轮振动碾压2遍，速度1.5-1.7km/h，并用洒水车洒水湿润碎石化表面；
53.步骤5.2b：初步碾压后的表面进行检査，对颗粒间隙超出阈值的区域，撒布石屑嵌缝料，用于嵌缝和填充空隙，对大于10cm的进行二次破碎处理；
54.步骤5.3b：破碎层碾压复压时用钢轮振动压实3-4遍，速度1.8-2.2km/h，视天气情况洒水，保持碎石层有一定的含水量的同时洒水后表面不积水；
55.步骤5.4b:破碎层碾压终压采用胶轮压路机静压2-3遍，速度1.8-2.2km/h，起到揉搓和提浆的作用，使破碎层表面平整、密实且均匀；
56.步骤5.5b：对于大型压路机难以碾压的部位，采用自重1t-2t的小型振动压路机或振动夯实板作补充碾压；
57.步骤5.6b：为加强碾压效果，在碎石化表面均匀撤布一层石屑嵌缝料，并配合洒水碾压，在施工条件允许内尽可能提高碾压遍数；
58.步骤5.7b：碾压完成后，尽快进行封层施工，防止扬尘和雨水渗入。
59.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
60.本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法，通过对无人机摄像进行智能预判分类，实地考察人员基于预判的结果，再有重点的进行考察和准备试验材料，提高工作效率，并且，基于智能预判分类的处理方式进行施工，减少施工过程中的试错成本，可操作性强。
61.1、本发明将人工智能引入混凝土面板的共振碎石化施工过程，通过对无人机摄像进行智能预判，实地考察人员基于预判的结果，再有重点的进行考察和准备试验材料，提高
工作效率。而目前传统碎石共振施工开始前需要提前对施工路段进行实地考察，调研试验，人工考察过程中可能会出现记录不全或不准的情况，并且存在长时间观察也可能会造成一定的视觉疲劳而影响预判结果的问题。
62.2、本发明通过智能化分类算法，将施工路段标记为问题路段、标频路段、低频路段和高频路段，并且基于道路的分类，给出了预处理意见，减少施工过程中的试错成本，大大提高施工效率。
63.3、本发明设计的智能分类方式，基于图像灰度值进行计算判别，简单高效，可操作性强，利于实际施工过程中推广应用。
64.4、本发明设计的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法，共振碎石更加均匀，设计出的路面碾压更加充分，颗粒度小，相互嵌挤的稳定性高，更加适应高寒区低温冻胀、降水以及过高的紫外线辐射的特殊气候。
65.5、本发明通过无人机摄像对建筑群进行预判，防止构造物和建筑物因施工造成损坏而影响施工进度。
66.6、本发明优化了碎石化施工过程，提高碎石碎裂的均匀性，从而提高整体施工效率。
67.7、本发明对破碎层清理和碾压过程进行了优化，使得共振碎石更加均匀，设计出的路面碾压更加充分，颗粒度小，相互嵌挤的稳定性高，更加适应高寒区低温冻胀、降水以及过高的紫外线辐射的特殊气候。
68.8、本发明共振碎石化施工的同时，进行路面洒水以减少扬尘的影响，洒水方向垂直向上，以提供最优的洒水速度，减少路面积水的发生的同时喷洒到高处扬尘，减小高寒区温度对水，进而对施工路段的影响。
附图说明
69.图1是本发明的一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法。
具体实施方式
70.下面结合附图对本发明作更进一步地说明。
71.本发明提供一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法，适用于高寒地段，通过对无人机摄像进行智能预判分类，实地考察人员基于预判的结果，再有重点的进行考察和准备试验材料，提高工作效率，并且，基于智能预判分类的处理方式进行施工，减少施工过程中的试错成本，可操作性强。
72.实施例1
73.如图1所示，一种适用于高寒区的混凝土面板共振碎石化结构层施工方法，包括如下步骤：
74.步骤1：对施工路段进行无人机摄像，基于无人机摄像，进行施工路段的分类，将施工路段标记为问题路段、标频路段、低频路段和高频路段；
75.步骤2：基于施工路段的分类，施工人员对施工路段进行预处理；
76.步骤3：在标频路段上选择代表性路段进行共振碎石化试验，确定共振碎石化施工参数的标准值；
77.步骤4：基于施工路段的分类，确定共振碎石化施工参数的初始值，对施工路段进行共振碎石化施工；
78.步骤5：对共振碎石化施工后的破碎层进行清理，并对破碎层进行碾压，进行施工检核。
79.进一步的，由于目前传统碎石共振施工开始前需要提前对施工路段进行实地考察，调研试验，人工考察过程中可能会出现记录不全或不准的情况，并且存在长时间观察也可能会造成一定的视觉疲劳而影响预判结果的问题。所以本发明将人工智能引入混凝土面板的共振碎石化施工过程，通过对无人机摄像进行智能预判，实地考察人员基于预判的结果，再有重点的进行考察和准备试验材料，提高工作效率。
80.具体的，步骤1包括如下步骤：
81.步骤1.1：无人机在施工路段的上方以速度v匀速在施工路段上方飞行并拍摄视频，确保无人机拍摄范围内没有车辆，并且调节无人机高度确保视频拍摄到道路的两边；
82.步骤1.2：将无人机拍摄的视频转换为若干帧图像集g(i),
83.g(i)＝(p(i),t(i))(1≤i≤n)
84.其中，g(i)表示第i帧图像集，n为视频转化为图像集的总帧数，p(i)为第i帧图像，t(i)为第i帧图像在视频所处的时间；
85.步骤1.3：将图像集g(i)划分为若干个连续的图像区块q(1)-q(m)；
86.步骤1.4：分别计算每个图像区块内像素的平均灰度值和灰度值方差，将第j个图像区块内像素的平均灰度值记为e(q(j))，第j个图像区块内像素的灰度值方差记为d(q(j))；
87.步骤1.5：当d(q(j))≥区块内像素方差阈值d1时，则标记为问题路段；当d(q(j))＜区块内像素方差阈值d1时，
88.①
当(1-&)e1＜e(q(j))＜(1 &)e1时，将该路段标记为标频路段，其中，&表示误差容忍度因子，是常数，e1为区块标准像素值，
89.②
当e(q(j))≥(1 &)e1时，将该路段标记为高频路段，
90.③
当e(q(j))≤1 &)e1时，将该路段标记为低频路段。
91.这里的误差容忍度因子&为经验值，通常介于18％-26％之间，优选为20％。
92.步骤1.3中区块的划分方式很多，这里仅给出一种可行方式，具体的，步骤1.3中区块的划分方式包括如下步骤：
93.步骤1.31：设定最小施工范围对应的图像帧数k；
94.步骤1.32：每k帧图像集作为一个区块，顺次形成区块q(1)-q(m)，其中，m满足下述公式：
95.m＝int(n/k)
96.其中，int(n/k)表示对n除以k取整；
97.步骤1.33：当n不能被k整除时，将剩余帧的图像放入q(m)中。
98.这里，最小施工范围对应的图像帧数k的选择是基于实际施工过程常规最小处理范围所对应的路程s0测算而得，无人机飞行速度为v，则最小施工范围对应的图像帧数k中时间间隔最小为s0/v。
99.进一步的，步骤3中共振碎石化施工参数包括振动频率、振幅、横向锤间距、锤头宽
度和施工行进速度。下表示高寒地区施工过程测得的施工参数的参考值。
100.表1施工参数经验范围
101.振动频率(hz)振幅(mm)锤头宽度(mm)行进速度(km/h)35-5010-20150-250《6.5
102.进一步的，步骤4包括如下步骤：
103.步骤4.1：对于标频路段，采用共振碎石化施工参数的标准值作为该路段施工初始值；
104.步骤4.2：对于高频路段，该路段施工参数中振幅、横向锤间距、锤头宽度和施工行进速度采用标准值作为该路段施工初始值，振动频率的施工初始值为：
105.f0＝fs
×
e(q(g))/e1
×
c0
106.其中，f0表示在该高频路段振动频率的施工初始值，fs表示振动频率的标准值，e(q(g))表示该高频路段对应的无人机摄像区块内像素的平均灰度值，c0为高频换算因子，是常数，c0的计算采用该方式施工测算的范围，这里c0取1.01-1.03。
107.步骤4.3：对于低频路段中未进行预处理的路段，路段施工参数中振幅、横向锤间距、锤头宽度采用标准值作为该路段施工初始值，振动频率和施工行进速度的施工初始值分别为：
108.f1＝fs
×
e(q(d))/e1
×
c1
109.v1＝v0
×
(e(q(d))/(e1)
^1/3
110.其中，f1表示在该低频路段振动频率的施工初始值，e(q(d))表示该低频路段对应的无人机摄像区块内像素的平均灰度值，c1为低频换算因子，是常数，同样，c1的计算也采用该方式施工测算的范围，这里c1取0.95-0.98。
111.v1表示在该低频路段施工行进速度，v0表示施工行进速度的标准值，()
^1/3
代表三分之一次方，这里的公式是根据实际施工数据模拟得到的拟合公式。
112.步骤4.4：对于预处理后的低频路段和问题路段，采用共振碎石化施工参数的标准值作为该路段施工初始值；
113.步骤4.5：在各路段共振碎石化施工过程中，根据实际施工情况，这里，主要根据破碎的半径和破碎均匀性微调施工参数。
114.需要说明的是，本发明针对高寒区域对施工效率高的客观需求，提出一套集分类和施工参数意见、处理方式于一体的智能算法，首先通过智能化分类算法，将施工路段标记为问题路段、标频路段、低频路段和高频路段，并且基于道路的分类，给出了预处理意见，并且设计的智能分类方式，基于图像灰度值进行计算判别，简单高效，可操作性强，利于实际施工过程中推广应用。
115.实施例2
116.实施例2与实施例1的区别在于:对建筑群进行预判，防止构造物和建筑物因施工造成损坏而影响施工进度。
117.具体的，包括如下步骤：
118.步骤a：快进无人机摄像，人工记录出现建筑群任一摄像在所处的时间，
119.步骤b：提取记录时间对应的图像，在图像中人工标记出建筑群；
120.步骤c：对步骤b中提取的图像进行拉伸处理，使得道路的两边处于平行状态；
121.步骤d：找出建筑群标记中距离道路的任一一边最短的点，并做出该点与靠近的道路边的最短距离线段；
122.步骤e:进行共振碎石化施工水平向安全距离的判别：当满足公式dd/dr
×
dr0-5≥0时，可以进行正常施工，采取轻振、降低频率、提高锤头等方法对不同的构造物进行处理，其中dd表示图像中建筑群距离道路一边的最短距离，dr表示图像中道路两端的距离，dr0表示实际道路的距离；否则需要进一步判断进行施工。
123.另外，施工过程中如果遇到有实在不能打的构造物(例如检查井口、横向浅埋管涵)，采取迂回跳过的方式躲开。为此留下的施工缝，在铺筑面层之前加铺土工布，避免反射裂缝。
124.实施例3
125.实施例3与实施例1的区别在于，对于问题路段的处理方式，给出了具体的建议。
126.步骤2中的预处理方式为：
127.当施工路段的分类为问题路段时，实地考察确认该路段旧混凝土板上是否存在沥青加铺层和沥青表面修补材料，如果存在，则进行清除；
128.当施工路段的分类为低频路段时，实地考察确认是否存在不适合碎石化的路段，如果存在，则进行挖除重填处治；
129.另外，对排水系统进行修复或增设，对建筑群地段沿路肩外侧边缘或道路路基外侧设置隔振沟。隔振沟的开挖深度不小于0.5m，宽度不小于0.2m。
130.此外，碎石化施工前，需要在现场对沿线需要保护的构造物做出明确表示，预留安全的施工距离以确保枃造物不会因碎石化施工造成损坏。另外，还需要制定施工区段的交通管制及分流方案，满足通车及施工交通的安全要求。
131.原水泥板块有脱空、断板的情况。水泥板中间的沥青补块应用风镐破碎并移除，水泥板块中间坑槽深度大于10cm的，可用级配碎石回填，或用c15贫水泥混凝土填补。级配碎石回填区域将不再作共振碎石化处理，c15贫混凝土填补段将与其它路段一并碎石化。表层细料填补，一定要具备足够的石粉含量，以保证板结和压实效果。
132.沟内回填料宜采用不含细料的透水性碎石或砾石粒料，其级配推荐值见表2，回填料与沟底间应铺设无纺反滤织物。
133.表2集水沟透水性粒料的推荐级配
[0134][0135]
实施例4
[0136]
实施例4与实施例1的区别在于；优化了碎石化施工过程，提高碎石碎裂的均匀性，从而提高整体施工效率。
[0137]
具体的，碎石化施工包括如下步骤：
[0138]
a)按照先外侧车道及路肩、后内侧车道的顺序进行破碎施工，破碎时应从路拱的
低处向高处依次进行破碎。破碎时最好是从混凝土路面的低处向高处破碎，以避免摊铺沥青面层后影响排水。
[0139]
b)每一遍锤头破碎宽度约0.2m，在破碎一遍后，紧接着破碎第二遍时，第二遍破碎区域间隔应控制在半个锤头宽度以内，严格控制隔行破碎现象,避免漏振。
[0140]
c)共振碎石化一个车道的路面板时，锤头应破碎至路面板纵缝边缘。
[0141]
d)对于共振碎石化施工路段内的构造物及标定的沿线敏感建筑物，在施工期间应派人进行实时观察，一旦发现开裂现象应立即停止施工，并向监理单位、业主报告，经调查分析原因并采取相应的保护措施后方可再进行施工。
[0142]
e)共振碎石必须使用同一设备对水泥路面整幅进行全宽、全断面、全方位、全深度的共振破碎，不得留边、留死角。不得依靠非共振设备进行辅助破碎。确保不形成由于施工方式不同造成的施工缝，避免日后反射裂缝的产生。
[0143]
f)碎石过程中的质量监控：为保证碎石后的承载力(回弹模量)符合设计要求(大于360mpa)，同时破碎尽可能的彻底。根据试验段获得的参数，共振破碎时的表面碎石层厚度应在4～7cm较为适宜。
[0144]
通过上述碎石化施工步骤，提高碎石碎裂的均匀性，提高整体施工效率。
[0145]
实施例5
[0146]
实施例5与实施例1的区别仅在于对破碎层清理和碾压过程进行了优化，使得共振碎石更加均匀，设计出的路面碾压更加充分，颗粒度小，相互嵌挤的稳定性高，更加适应高寒区低温冻胀、降水以及过高的紫外线辐射的特殊气候。
[0147]
具体的，破碎层清理包括如下步骤：
[0148]
步骤5.1a：人工清除破碎层上原水泥混凝土接缝之间的条状填料；
[0149]
步骤5.2a：如果破碎层表面有钢筋外漏，移除整片钢筋或将钢筋外漏部分剪除至与破碎层顶面齐平；
[0150]
步骤5.3a：碎石化层表面若有尺寸大于5cm的凸出碎块，予以清除并采用级配碎石回填。
[0151]
进一步的，步骤5中破碎层碾压分为初压、复压、终压三个阶段，采用钢轮和胶轮组合进行碾压，由边至中有低至高的顺序进行，碾压时重叠1/2轮宽。
[0152]
另外，破碎层碾压具体步骤为：
[0153]
步骤5.1b：破碎层碾压初压时钢轮振动碾压2遍，速度1.5-1.7km/h，并用洒水车洒水湿润碎石化表面；
[0154]
步骤5.2b：初步碾压后的表面进行检査，对颗粒间隙超出阈值的区域，撒布石屑嵌缝料，用于嵌缝和填充空隙，对大于10cm的进行二次破碎处理；
[0155]
步骤5.3b：破碎层碾压复压时用钢轮振动压实3-4遍，速度1.8-2.2km/h，视天气情况洒水，保持碎石层有一定的含水量的同时洒水后表面不积水；
[0156]
步骤5.4b:破碎层碾压终压采用胶轮压路机静压2-3遍，速度1.8-2.2km/h，起到揉搓和提浆的作用，使破碎层表面平整、密实且均匀；
[0157]
步骤5.5b：对于大型压路机难以碾压的部位，采用自重1t-2t的小型振动压路机或振动夯实板作补充碾压；
[0158]
步骤5.6b：为加强碾压效果，在碎石化表面均匀撤布一层石屑嵌缝料，并配合洒水
碾压，在施工条件允许内尽可能提高碾压遍数；
[0159]
步骤5.7b：碾压完成后，尽快进行封层施工，防止扬尘和雨水渗入。
[0160]
实施例6
[0161]
实施例6与实施例1的区别在于：共振碎石化施工的同时，进行路面洒水以减少扬尘的影响，洒水方向垂直向上，以提供最优的洒水速度，减少路面积水的发生的同时喷洒到高处扬尘，减小高寒区温度对水，进而对施工路段的影响。
[0162]
洒水的喷出速度满足下述公式：
[0163]-5(v0/10)
^2
v0
×
(v0/10)＝h
[0164]
其中v0表示洒水的喷出速度，h表示扬尘的高度。此外，洒水水平运动速度与共振行驶速度一致。
[0165]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。