1、浅谈高速预检称重系统施工工法 张国青 张家旭 邓博轩 郭银胜 中交一公局交通工程有限公司 摘 要： 在高等级公路上实施超限运输管理, 因车速快、车道多且为上下分行布置等特点, 原有的在路旁设置超限检查站的模式已经不能满足公路发展对治理超限运输的要求。近年来, 高速动态称重技术在国际上的推广和应用, 为公路治理超限运输检测带来新的思路。高速称重预检系统, 是一种在国际上得到广泛应用的治理超限检测模式。高速预检称重系统, 是在车流量大、车道多、车速快的高等级公路上, 治理超限超载的一个良好的解决方案, 具有检测效率高、检测针对性强的特点, 既减轻了执法站内称重的检测压力, 又保证了公路交通不会因执
2、法检测而导致拥堵。同时, 超限检测站也可以为公路管理部门提供交通统计基础数据, 为交通情况分析提供数据基础。关键词： 高速预检称重系统; 石英传感器; 线圈; 收稿日期：2017-08-23Received： 2017-08-23京新高速临白段 (阿盟境内) LBAMSG-3 项目桩号为 K778+650K896+926, 全长118.276km, 该范围内机电工程监控、通信系统及收费土建由中交一公局交通工程有限公司负责施工, 工程总造价 2 267 万元。其中高速预检称重系统设置在蒙甘界收费站入口侧距治超卸载点 1km 的 K858+580 处, 设置三车道共 12 条石英传感器、3 套线圈
3、检测器以及数据采集器, 组成高速预检称重系统。配套 3个车牌识别摄像机以及门架式情报板组成高速预检称重系统。本文主要针对高速预检称重系统施工技术做简要叙述。1 施工技术在沥青混凝土路面进行石英传感器的安装, 对沥青混凝土路面进行混凝土优化, 保护道路的水稳层。本施工技术适用于高速主干道沥青混凝土路面、水泥混凝土路面的安装。石英晶体谐振式压力传感器所采用的谐振器, 是用厚度切变振动模式 AT 切型石英晶体制作的。谐振器可制成包括圆片形振子和受力机构的整体式或分离式结构。振子有扁平形、平凸形和双凸形 3 种, 受力机构为环绕圆片的环形或圆筒形。振子和圆筒由一整块石英晶体加工而成, 谐振器的空腔被抽
4、成真空, 振子两侧上各有一对电极。圆筒和端盖严格密封。石英圆筒能有效地传递周围的压力。当电极上加以激励电压时, 利用逆压电效应使振子振动, 同时电极上又出现交变电荷, 通过与外电路相连的电极来补充这种电和机械等幅振荡所需的能量。当石英振子受静态压力作用时, 振动频率发生变化, 并且与所加压力成线性关系。在此过程中石英的厚度切变模量随压力的变化起了主要作用。与分离式结构相比, 整体式结构的主要优点是滞后小、频率稳定性极佳。但它的结构复杂、加工困难、成本也高。压力传感器的谐振器还有振梁式, 也是由 AT 切型石英晶体制成, 振梁横跨于谐振器中央。在振梁的两端上下对称设置 4 个电极, 用于激励振动
5、和拾取频率信号。当振梁受拉伸力时, 其谐振频率提高, 反之则频率降低。因此输出频率的变化可反映输入力的大小。2 施工工艺流程及操作要点2.1 施工工艺流程施工工艺流程见图 1。图 1 施工工艺流程 下载原图2.2 操作要点(1) 高速称重系统称重区域距离治超站点 6001 500m。(2) LED 显示屏距离高速称重区域 300600m。(3) 避免选择弯道施工。(4) 避免选择上下坡道施工, 如果只有上下坡, 则选择行车方向的上坡段施工。(5) 路面要求平整, 路面坡度要求3。(6) 记录现场车道宽度及是否有路肩, 观察现场车流量。(7) 为了确保传感器整体安装检测效果, 监测点的选址应严格
6、挑选, 建议选择平整、硬质水泥混凝土路面作为传感器安装基础, 沥青混凝土等柔性路面须进行改造, 否则, 可能会影响测量精度或传感器的使用寿命。2.3 路面改造2.3.1 板块制作水泥混凝土板块平面见图 2。图 2 水泥混凝土板块平面 下载原图2.3.2 路面硬化结构改造设计图路面硬化结构改造设计见图 3, 刚柔过渡设计见图 4。图 3 路面硬化结构改造设计 下载原图图 4 刚柔过渡设计 下载原图2.3.3 改造原则(1) 板块长度为 1630 m, 宽度为路面宽或略宽于路面。(2) 板块切缝要依据传感器布局和长度确定。(3) 板块深度 3470cm。(4) 路面结构见图 5。图 5 路面结构
7、下载原图2.3.4 切缝注意事项(1) 在硬化的区域使用切割机切缝。破碎旧的路面, 破碎深度为 34cm (4cm 中粒式+5cm 中粒式+7cm 粗粒式+18cm 高剂量水泥稳定碎石) 。确认路基状况, 若路基良好则不需继续破碎, 若路基遭破坏或为软性路基需破碎至 70cm。(2) 清除沥青残渣, 堆放在公路以外的指定地点, 不得影响交通及周围环境。(3) 若路基状态不好, 则使用 C25 混凝土浇筑垫层, 垫层也需按板块浇筑, 其厚度控制在 20cm。(4) 待干燥后浇筑上层混凝土, 上层混凝土与垫层之间用沥青纸隔开。(5) 分块浇筑时需要在周围板块侧面及地面涂刷防水沥青。(6) 改造路面
8、全长 25 m, 宽度以路面实际宽度为准, 每个板块长度为 5 m。每个板块宽度以道路中间标志线白线中心为准。施工时严格控制高程和线形, 保证前后 10m 最大高差不超过 5 mm, 左右 10m 高差不超过 2mm, 与原有路面接缝处高差控制在 1.5mm 以内。(7) 面层按 20cm 间距绑扎路面钢筋网。钢筋网分两层设置, 第一层离路面20cm, 第二层离路面 30cm。钢筋需要前期固定于浇筑区域并保证浇筑时不会偏移, 严禁采用先浇混凝土再压网片的方式敷设网片。浇筑前需搭设浇筑跑道。(8) 使用含有快速修补剂的 C40 路面混凝土, 以便保证抗折强度、缩短交通开放时间;C40 混凝土以购
9、买商混为主, 每次浇筑时间需控制在 2h 内。混凝土配合比应不低于以下配合比。水泥 (42.5) 碎石黄砂水减水剂=47511286341705.4 (夏季不需添加减水剂) 。(9) 施工时要振捣密实, 充分利用振动梁、滚棒、抹光机等机具并掌握好抹面时机, 控制好路面的平整度和横坡度 (使用 5 m 直尺逐米测量) 。及时切割伸缩缝, 使用聚氨脂材料灌缝并使用土工布等覆盖养生, 保证表面无裂缝水纹的产生。在完成传感器及线圈布设后, 对路面进行刻纹。(10) 板块的切缝, 板块横向切缝向以 5m 一个板块为准;纵向切缝参照原有的道路标线, 以标线中心线为准。(11) 施工时与业主方沟通和配合,
10、使施工满足超限检测的需要, 在进行必要的养生结束后开放交通。2.4 路面切槽路面切槽操作步骤如下。(1) 在施工处及施工前方摆放施工标志桩 (锥桶) 和施工警示牌, 封锁交通, 保证施工安全。(2) 标记:根据现场布局模式, 用卷尺、石笔/木工墨斗仔细画出传感器的平面安装位置, 线圈及走线槽位置, 并做好标记。(3) 路面切割要求:传感器安装槽控制在宽 7cm, 深 7cm, 走线槽宽 1cm, 深 2cm, 线圈切割深度 5cm 以内。(4) 用切割机沿着标记线轨迹在道路上开方槽, 槽的横截面尺寸应准确控制在规定范围。(5) 路面破碎:用冲击电锤 (镐) 和榔头凿槽, 并修整槽的底部, 槽的
11、底部应尽可能修整平顺。(6) 注意事项:控制安装槽的破碎深度, 太浅会导致传感器无法座入, 太深会导致灌胶量太大。2.5 槽坑清洗与吹扫槽坑清洗与吹扫操作步骤如下。(1) 为确保灌封材料灌封后能够与路面良好结合, 各安装槽坑切割完毕后应用高压清洗机冲洗, 边冲洗边用钢刷及胶刷洗刷切割槽面, 清洗干净后用高压气枪或鼓风机将积水吹干。(2) 杂物清理完毕后, 应将施工面浮灰吹扫干净, 如有积水或明显可见的潮湿, 应用高压气枪或鼓风机吹干。2.6 传感器安装传感器安装步骤如下。(1) 首先做好施工前工具准备, 包括铲刀 8 把、电锤 1 把、搅拌棒 1 个。然后将传感器拆除包装, 检查传感器是否完好
12、。将传感器按照设计方案平整有序摆放及打开传感器连接线, 并且做好传感器地线连接。(2) 支架安装:拿出传感器包装盒内的固定安装支架, 在传感器两端大约 20cm处安装一个支架, 如遇地面不平可适当调整支架位置。(3) 传感器安装位置标记:将安装好固定支架的传感器轻轻放入槽中, 调整安装支架位置。调整完成后用三角木块锁紧安装支架, 并使每个支点与槽口上表面接触, 确保传感器处于槽的正中央, 接缝尽量小, 否则会造成测量误差。完成后拿出事先准备好的墨汁或石笔在每个安装支架位置做好标记, 并从槽中取出待安装传感器。(4) 第一次灌胶。按规定比例适量配制混合胶, 并利用电锤搅拌棒快速将混合胶搅拌均匀,
13、 然后沿槽长度方向均匀倒入。注意:调胶前请仔细阅读动态称重灌封胶的说明书。所有槽中第一次灌胶量应小于槽深 1/3, 将所有传感器沿事先做好标记位置放入槽中, 使传感器表面稍高 (不能低) 于路面几毫米, 再用力挤压传感器, 使灌封胶里面的空气排出, 让灌封胶密实。尤其注意, 传感器表面前后左右都与路面平行及传感器与传感器之间接缝尽量小, 传感器在槽中保持居中位置。注意观察实时变化。(5) 第二次灌胶。等待灌胶基本固化或安装 30min 后, 观察传感器初次安装效果, 若有必要, 可及时调整。一切基本就绪, 可进行二次灌胶。本次灌胶以传感器的表面高度为限, 胶固化期间注意随时修补增加用胶量, 进
14、行适当性填补凹陷地方以使灌胶后整体水平或稍高于路面。2.7 线圈安装线圈材料:采用线圈专用耐高温护套电缆线。线圈形状:线圈形状一般为矩形, 四角 45倒角避免尖角划伤线圈电缆。线圈安装施工步骤如下。(1) 应使用铲刀清理线圈槽内碎渣, 检查槽底是否平整及是否有锐角, 如有应及时清除。(2) 整个线圈的电缆应无接头, 在槽内自下而上逐层排线, 可用铲刀压紧, 直制完成设计总匝数。(3) 馈线从线圈到车检器须双绞后延伸至车检器, 每米至少绞合 20 次。(4) 填缝:槽内缝隙须填实与道路成为一体, 防止线圈在有车经过时发生颤动, 须用灌胶槽缝填实。(5) 线圈匝数参照见表 1。表中馈线电感量计算约
15、为 0.72uH/m。表 1 线圈匝数参照 下载原表 (6) 线圈切割图见图 6。图 6 线圈切割 下载原图2.8 施工后路面研磨安装完毕后次日进行打磨, 打磨原则如下。(1) 等待所有灌胶达到固化强度后, 对施工后路面先用水磨石机进行打磨, 即打磨安装过程中传感器平面凸出于路面的灌胶。(2) 安装区域前后各 10m, 用 4m 或 5m 长铝方、木方等物品来判断地面与传感器是否平整, 对传感器周围凸出的地面进行磨平处理, 保证路面横向、竖向水平高差在 5mm 内。(3) 路面打磨平整后, 用标准车或其他交通工具进行预压测试, 检查传感器安装是否正常。若预压测试正常, 本次安装结束。(4) 施
16、工完成路面见图 7。图 7 施工完成路面 下载原图(5) 打磨后路面见图 8。图 8 打磨后路面 下载原图3 结语(1) 在施工现场进行围挡、架设爆闪灯, 并在距离施工现场 100 m、300m、500 m 处安放前方施工警示牌, 保证施工现场的安全。施工过程中安全员应保证现场施工人员的安全, 对施工人员的不安全行为予以制止。(2) 成立环境保护管理小组, 学习国家与当地关于环保方面的法律、法规, 对工程起到实际的监督作用, 并建立检查机制, 遇到问题及早解决;对施工弃渣场等用地合理进行规划, 设立醒目标识, 车辆通行做到文明施工, 避免长时间鸣笛形成噪声污染;经常对施工用机具, 如挖掘机、空压机等进行检查, 防止漏油, 对土地造成污染。参考文献1JTG F80-2004 公路工程质量检验评定标S. 2JTG F90-2015 公路工程施工安全技术规范S. 3国家高速公路网北京-乌鲁木齐公路临河至白疙瘩 (蒙甘界) 段公路 (K532+150K896+926.555) 机电工程联合设计图M.2016.
