高速公路沥青路面摊铺碾压工艺控制技术

高速公路沥青路面摊铺碾压工艺控制技术中国沥青网日摘要：从现场施工角度对影响沥青路面摊铺碾压工艺的诸多因素进行了详细阐述，提出了相应的控制技术措施，进一步说明了加强施工现场管理的必要性，同时介绍了部分新技术和新工艺在这两项工艺中的应用。关键词：沥青路面；摊铺；碾压；控制技术文章编号：1009—6477(2006)02—0036—04中图分类号：U416．217文献标识码：A在已建成的高速公路中，绝大部分是沥青混凝土路面，如何保证沥青路面能适应未来日益增长的交通强度(重载、高速)的需要，使之保持良好的路况，改善路面的平整度和提高路面的承载能力与抗滑能力已成为目前一项重要的研究内容。1沥青混凝土路面摊铺工艺控制技术1．1摊铺机找平方式选择目前，高速公路施工中使用的摊铺机均有自动找平装置。为了提高沥青路面摊铺质量，可有多种找平方式供选择以配合摊铺机作业，具体如下：(1)钢丝线找平基准配以角位移传感器找平方式；(2)机械式平衡梁配以角位移传感器找平方式；(3)多声纳非接触式平衡梁找平方式；(4)非接触式激光扫描自动找平系统。其中，第一种方式由于基准线不受下承层平整度影响，纵坡能很好地符合设计要求，结构简单，价格低廉，在沥青下面层施工中被广泛使用。对于中、上面层多采用第二种找平方式。这是由于该方式属于接触式移动基准，基准参考范围大，采样点较多，具有高效的波动功能，使面层的平整度，尤其是摊铺直线路段时的平整度，得到了较大的改善。第三、第四种找平方式虽然目前应用还不太广泛，但随着人们认识的进一步提高，终将会代替以前的找平方式。1．2摊铺作业中应注意的关键技术沥青路面摊铺原则应是在减少离析的前提下，最大限度地提高平整度和初始压实度。施工中，要注意以下关键技术。1．2．1设备检修作业前对摊铺机进行全面细致的检查，在确认各种装置及机构处于正常状态后才能开工，防止施工中出现故障停机，影响摊铺质量。1．2．2结构参数调整正确调整机械的结构参数，包括：熨平板的宽度、拱度、初始工作仰角、布料螺旋与熨平板前缘距离、振捣梁行程等。其中，布料螺旋与熨平板前缘距离可按下列原则调整：根据摊铺厚度、沥青混合料配合比组成、基层强度和刚度、骨料粒径等条件调整。在一般摊铺条件下(厚度10cm以下中粒式或粗粒式沥青混凝土，骨料粒径3m)距离调到中间位置。摊铺厚度较大，骨粒径也较大，混合料温度偏低，此时距离应调大，反之则调小。应特别指出该距离的变化，会引起熨平板前沿堆料高度的变化，严重影响摊铺质量，为此这一调整应在其他调整全部完成后才能进行。布料螺旋高度调整原则：高位(比中位高5cm)适用于路面铺层超过15cm，中位(螺旋布料器中心线距离地面高36.5cm)适用于路面铺层为4～15cm，低位(比中位低5cm)适用于路面铺层小于8cm。夯锤行程、频率的选择，一般情况下薄层、矿料粒径小宜选用小行程，反之层厚、温度低、矿料粒径大时宜选用大行程。摊铺面层只能选用小行程。压实结果表明，通过夯实达到的密实度越高，越能降低压路机碾压时推移程度，对平整度很有利。一般情况下，摊铺厚度在3.5～10cm，摊铺速度2～5m／min，预夯锤行程应6cm，主夯锤行程应5cm，夯击频率为l5～25Hz，振动频率可调至40～70Hz。1．2．3熨平板加热目前摊铺机熨平板加热方式有电加热和燃气加热2种。其中电加热方便，无污染，加热均匀，预热到一定温度后自动变成交替加热方式，操作简单，易于掌握，代表品牌如VOGELE机型。无论哪种加热方式，都应注意加热温度适当。过高的加热温度将导致熨平板变形和加热磨耗，还会使混合料表面泛出沥青胶浆或形成拉沟；加热温度过低，容易使铺层被熨平板上粘附的粒料拉裂而形成沟槽和裂纹。因此摊铺前熨平板的温度必须加热到85～90℃方可摊铺施工。1．2．4基准线钢丝架设当架立的钢丝不稳固或不规范，将给铺层的纵横向平整度带来严重的影响，通过力学计算知道(计算过程略)，为了保证行车的平坦和舒适，立杆应以每跨L=5m架设，拉线拉紧力应大于1000N，一次架设钢丝的长度以150～200m为宜，另外钢丝的支点应稳固而不被扰动。关于钢丝的架设高度问题，应充分考虑基层、高程的误差。可按下式确定钢丝的悬挂高度：H=Ho·K+H’式中：H为基准线钢丝的架设高度；H。为摊铺层的设计标高与其下一层标高之差；K为摊铺系数；H’为基准线距摊铺后路面的高度，一般取10cm。1．2．5摊铺厚度为了最大限度减小现场路面集料离析问题，对于一次摊铺宽度大于8m的路幅，应采用2台或多台摊铺机联合梯队进行摊铺作业，每台摊铺机摊铺宽度应小于8m。采用的摊铺机型号和性能相同或相近，将有利于摊铺混合料的横向均匀性，其中1台最好带有可伸缩的熨平板装置，以利于摊铺有结构物的沥青面层时使用。1．2．6摊铺作业速度根据混合料供应能力，合理确定作业速度是提高摊铺机生产效率和摊铺质量的有效途径。摊铺宽度、摊铺厚度一般可按下式确定：V=I00QC/60PWH式中：V为摊铺机摊铺速度，m/min；P为压实沥青混合料密度，t/m3；Q为拌合设备的产量，t／h；W为摊铺宽度，m；H为摊铺层压实厚度，cm；C为效率系数，根据材料供应、运输能力等配套情况确定，宜为0.6～0.8。摊铺作业速度应以“恒定连续”为工作准则，不仅要求摊铺机匀速前进，同时也要求摊铺机的刮板输料器和螺旋布料器两者密切配合，如果刮板供料不足，会造成螺旋布料器转速时快时慢，混合料因此产生离析，也会影响摊铺质量。摊铺作业经验表明，当摊铺速度≤4m／min，表明拉沟、裂口现象较少，须夯实效果也较好(顶压实度可达8o％～86％)，最好控制在1.5～2.5m/min的范围内，同时为了保证连续供料，也为了减少集料离析，对受料斗翼的操作要正确。汽车在卸料时易使粗料聚集在车的两侧，如果待中部细料的较多部分输送到差不多时，才输送侧边的粗料较多的部分，则显然会使得该处铺层的粗粒料较多，外观出现“倒V形”质量缺陷。因此，在料车驶离料斗后，应及时缓慢地翻转料斗翼板，只要不使料车内混合料外漏即可。另外，当料斗内存料不多时，所剩下的混合料也是粗料较多部分，因此在料斗内混合料尚有一定的存量，在看不到刮板输送器时就应有下部料车及时上料。1．3特殊路段摊铺技术特殊路段主要指变坡路面、变幅路段，这里与正常路段的摊铺技术有较大的不同。沥青路面在转弯处的线形设计对曲率半径较小的弯道都设有超高及横坡渐变的超高缓和段，在摊铺这部分弯道时，一个重要的问题是要解决在横坡不断变化下的摊铺技术，这就是“变坡摊铺”。为了提高变坡摊铺的横坡准确性及路面平整度和厚度，可采取以下几项主要技术措施：(1)在设置找平基准时，采用一侧移动式均衡梁基准加横坡控制方案；(2)摊铺机转向时，应平稳渐变，避免一次大幅度转向；(3)采用预测表格控制方法，操作人员严格按表格，参照事先在超高侧设计线上标出的每份步长的标记逐渐地输人横坡控制值或者匀速地旋转旋纽调整横坡度(注意坡度方向性)。变幅路段在交又口、高速公路收费站处常常会出现，此时最好使用可伸缩熨平板的摊铺机，摊铺时摊铺机的中心线应始终与每幅工作面的中心线重合，施工时可在下承层上画一条导向线，摊铺机沿导向线行走就不会偏离中心。1．4新工艺、新设备在摊铺作业中的应用为了防止混合料离析，保证摊铺工作的有效连续性，美国推出了不间断摊铺和二次复拌新工艺，同时开发了热沥青混合料转运车，如ROADEC公司的SB系列和多种摊铺机上的二次复拌新装置。其中，热混合料转运车在中国已有单位购进并投人了使用，取得了令人满意的效果，同时，国内三一重工也开始生产该类设备。应用转运车不仅解决了沥青混合料温度不均匀性，同时也避免了卡车碰撞摊铺机，提高了路面平整度，也提高了自卸车的周转率和施工效率。对于不规则的路面，转运车配备上路面拓宽附件后，可进行单侧路面加宽或在匝道加宽段等不规则路面其他摊铺机无法工作的情况下使用。20世纪90年代后期，由于路面的多样化，开发了各种沥青摊铺机，代表性的机型是带乳化洒布装置的沥青混凝土摊铺机，如VOGELE公司的S1800SF型摊铺机。以及可双层同时摊铺的沥青混凝土摊铺机。同时，自动跟踪的全现场电子测量仪、可高效高精度控制高度和坡度的激光器和GPS(全球卫星定位系统)也在摊铺机上得到了应用。2沥青混凝土路面碾压控制技术压实是沥青路面施工的最后一道工序。压实的目的是提高沥青混合料的强度、稳定性(抗车辙能力)、抗磨耗等路用性能。2．1碾压机械的选型与组合现代高速公路施工中常用的碾压设备是双枢纽转向串接双钢轮振动压路机和轮胎压路机。一般选用的双钢轮振动压路机，自身质量不应小于12t，其静线压力不应小于350N／cm，且振频和振幅均应可调。代表性的品牌如英格索兰DD125、DD130，宝马BW202AHD一2、BW184AD(智能型)、戴纳派克CO522、CC722，悍马HD120、HD130，国产品牌如徐工产YZC12、XD130等型号。轮胎压路机一般选择用国产的设备，最大工作质量不小于25t，最好是30t，常见的品牌如徐工产XP260、XP300。施工中，初压、终压采用振动压路机(关闭振动装置)，复压采用轮胎压路机配合振动压路机来完成。利用温度参数可以准确估算有效压实时间，即混合料从摊铺后温度冷却至最低压实温度需要的时间，再根据摊铺速度、密实和压实速度来确定压路机的数量。2．2影响压实效果的关键控制技术除混合料自身的特性外，影响压实效果的因素还有以下几点：(1)碾压温度。碾压温度的高低，直接影响沥青混合料的压实质量。混合料温度较高可用较少的碾压遍数，获得较高的密实度和较好的压实效果；而温度较低时，碾压工作变得比较困难。且易产生难消除的轮迹，造成路面的不平整，同时现场空隙较大造成渗水，容易引起沥青路面早期水损坏。所谓碾压最佳温度，是指材料允许的范围内，沥青混合料能够支承压路机而不产生水平推移，压实阻力较小的温度。一般的沥青混合料，最佳碾压温度在120—150℃，最高不超过160℃。为了确保各阶段压实效果，除对成品混合料温度控制外，还要适量呈雾状给钢轮压路机喷水，防止料温度降低太快。施工时必须对压路机的间歇喷嘴详细检查，要处处体现压得早，压得及时，这对压实度的提高大有益处；(2)碾压厚度。与碾压路基、基层相反，沥青面层压实时，碾压层厚些更容易达到高密度，其原因是薄层的沥青混合料的温度降低得太快，较低温度明显降低沥青混合料的压实效果，因此我们控制沥青混合料的最小厚度一般是混合料、矿料中最大粒径的3倍左右；(3)压实程序和模式。压实程序一般分为初压、复压、终压3个阶段。初压是为了整平和稳定混合料，是压实的基础；复压是使混合料密实、稳定、成型，混合料的密度取决于此；终压是为了消除轮迹，最后形成平整压实面。曾经有单位为了缩短碾压时间，减少热量损失，把三阶段变成了两阶段压实，尽管可能因级配和厚度合适混合料在碾压时也没有推移，路面的纵横向平整度也达到了要求，但抽检发现粗集料的压碎率达到了10％以上，远大于三阶段压实情况，因此我们还要推荐三阶段压实法。施工中，在碾压作业段的起止点要设有明显的记号，避免出现漏压。在选择好压实机型、速度及压实温度后，还必须按一定的碾压模式，完成碾压工序。阶梯碾压是在某一压实阶段，压路机的碾压长度在纵向呈阶梯形排开，相临两碾压段纵向接头重叠应在1～1.5m，对于双钢轮压路机，碾压左右重叠在15cm以上，轮胎压路机左右碾压重叠为轮宽的1／2。初压应当跟摊铺机进行，复压过程中，复压段的长度应大于初压长度的1.5m左右。初压、复压、终压都应按阶梯形作业；(4)压实速度和遍数。合理的压实速度，对减少碾压时间、提高作业效率具有十分重要的意义。在施工中，保持适当的恒定碾压速度是非常必要的。压实速度不均匀，刹车和突然起步，都会引起路面推移；压实速度过低，还会使摊铺与压实工序不能很好的连接，影响压实质量，从而需要增加压实遍数来提高压实度；速度过快，会产生推移、横向裂纹等。需要说明的是，当碾压遍数相同，而碾压速度不同时，对沥青混合料压实