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沥青混凝土路面摊铺与压实施工工艺的质量监控 |
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作者：刘洪海 徐中富 |
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在运抵施工现场的沥青混合料符合要求之后，路面的施工质量主要决定于施工设备的管理和施工过程的质量控制。现就京沪高速公路山东化临段的摊铺、压实及施工过程中的跟踪检测与质量控制技术措施和成功经验总结如下。
1 沥青混合料的摊铺作业
在摊铺作业中，摊铺机的选型、调整和合理操作是确保施工质量的关键。对摊铺机的调整分两方面：一是结构参数调整，如摊铺宽度、拱度、工作角等，应按使用说明书的规定进行；二是运行参数的调整，如工作速度、振动频率、振动幅值等，应针对实际情况进行。
1.1 带自动找平摊铺机工作装置的工作原理
摊铺机的工作装置有两大功能：一是摊出厚度和平整度满足要求的混合料层；二是对混合料进行初步压实。其主要结构包括：找平油缸、牵引臂、熨平板、振捣器和自动找平装置等。其作业时的受力分析见图1。在进行受力分析之前作两点假设：
图1 熨平板工作示意图
(1) 由于自动找平传感器在参考基准上滑动控制牵引臂铰点油缸，使牵引点与基准保持等距离，因此假设基准线通过牵引点O；
(2) 由于熨平板的长度比牵引臂的长度小很多(约为1/6)，因此假设在工作过程中力的作用点A在γ角发生变化时保持不变。
图1中：G—等效于A点的工作装置及附属装置重力；
N—垂直于熨平板的支反力；
T—混合料对熨平板的摩擦阻力；
S—牵引力与牵引臂重力的合力；
α—熨平板与路面夹角，即工作角；
γ—OA线与地面的夹角；
β—γ与α之差，为常数。
在摊铺机正常工作、匀速运行时，整个力系处于平衡状态，对O点取力矩得
G cosγ-T sinβ－N cosβ=0 (1)
将T=N tgρ(ρ为混合料与熨平板的摩擦角)代入(1)式得
由式(2)可知，当参考基准抬高时，γ增大Δγ，支承反力减小了ΔN，使平衡发生破坏。为了恢复平衡，熨平板应升高，使Δγ=0。由此可见，熨平板的变化主要受找平基准的控制。
1.2 找平基准的选择
由以上分析可知，熨平板稳定可靠地工作，必须有一个准确的基准。在工程施工中有两种基准可供选择：一种是固定基准，即基准线，如图2所示；另一种是行车基准，即基准梁或平均梁，如图3所示。
图2 基准线示意图
图3 浮动基准梁示意图
固定基准的特点是根据已铺筑的下承层表面高程和铺筑层的设计标高确定拉线高度，满足设计要求或保证铺层厚度，该基准线不受下承层平整度的影响，纵坡能很好地符合设计要求。横坡控制一般采用横向传感器，若一次铺筑较宽(>6m)，由于熨平板刚度下降，横向传感器测定准确度降低，最好采用双挂线，保证横坡要求。
为了保证铺筑路面的平整度，基准线的铺设必须十分精心，其长度以150～200m为宜，过长拉紧度难以保证。拉线应采用钢丝绳，拉紧力不小于1000N，在两段基准线衔接处应有1m以上的重合段，待找平传感器滑过重合段后才能拆除旧线。在摊铺直线段时，铁立杆的间隔距离为10m，但相邻3个立杆的挂线高度差不得超过1.5cm，若超过该值铁立杆应加密；在弯道摊铺时可适当放宽。
浮动基准梁通过弹簧支承在滑靴上，可上下浮动。通过前部浮动梁和后部浮动梁将原有路面纵坡与新铺层的平均高程结合在一起，可以铺出理想的平整度和合适的厚度。16m长的浮动基准梁下部的浮动滑靴对小波浪有滤波作用，长梁对大波浪可平滑过渡，避免了固定基准的折线和人为误差的影响，大大提高了路面平整度。经在京沪高速公路山东化临段试验路段上的对比试验，在下承层平整度标准差2.0～2.5mm情况下，沿固定基准铺筑路面的平整度标准差在1.6～2.0mm之间，使用浮动基准梁铺筑的路面平整度标准差在1.3～1.5mm之间。
选择找平基准要考虑四个因素：一是下承层的平整度；二是下承层的横坡与纵坡；三是铺层厚度；四是铺筑路面的平整度要求。
1.3 摊铺机的起步
摊铺机在工作前要进行充分预热，一般预热时间不少于30min，使熨平板表面温度大于160℃。因为若熨平板温度太低，热混合料碰到冷的熨平板后，会立刻粘于底面，在移动中拉裂铺层表面，产生推料，使其变松散，碾压后接缝平整度下降。
摊铺机起步前应准备两种垫木：一种是供初次摊铺之用，其厚度为铺层厚度乘以松铺系数；另一种是供摊铺过程中起步之用，其厚度为松铺厚度与压实厚度之差。准确确定松铺系数十分重要，由于不同的摊铺机、不同的摊铺速度、不同的混合料其初压密度不同(高密实摊铺机初压密实度可达92%以上，而一般摊铺机只达到85%)，因此松铺系数必须实际测定。测定时应在试验路段上进行，在测定相关条件的基础上，先测定松铺厚度，然后在同一点测定压实厚度，测点数不少于6处，取均值。
摊铺机起步时，由于摊铺机后面无松铺层，因此建立浮动基准梁基准有三种方式：一是按松铺厚度调整摊铺工作角进行等厚摊铺，摊铺距离大约10m，然后浮动基准梁开始工作；二是前10m采用基准线法，而后转到浮动基准梁上；三是起步时在滑靴下垫一层长6m的垫板建立基准。通过化临段的试验，第三种建立基准的方式方便、可靠，减少了人为因素和中间转换环节带来的误差，铺筑后接缝的平整度最理想。
1.4 摊铺作业速度
摊铺机作业速度的调整范围较大(0～10m/min)，施工时由作业质量要求和搅拌站的生产能力及运输能力等因素决定。为了获得高标准的平整度，摊铺机应连续、稳定地运行，时快时慢或时开时停都会使熨平板的受力发生变化，出现上下波动。摊铺速度应按搅拌设备的供料能力和每部运料车载料量的摊铺时间不少于4min综合选取。一般在12m全宽一次摊铺时，摊铺速度不大于3m/min，化临路12m全宽一次摊铺，速度为2m/min，铺筑效果很好。在摊铺时，螺旋分料器应连续均匀转动，其料量高度为螺旋的2/3，泰安公路局工程一处使用的ABG423摊铺机带超声波料位计，很好地控制了螺旋的送料量。施工过程中振动频率和振幅的调整应按摊铺机类型、铺层厚度、作业速度、材料种类进行调整。研究表明，在厚度小于6cm时，采用高频低幅压实效果最好。
2 沥青混合料的压实作业
2.1 压路机的压实原理
静碾压路机是利用静载荷克服松散材料中固体颗粒间的摩擦力、粘附力，排出空气，使各颗粒间相互靠近；振动压路机是利用动载频率接近于材料固有频率，发生共振，使级配材料间减小阻力，相互移动达到最稳定状态。
2.2 压路机的合理组合
常用压路机有静碾、轮胎和振动压路机三大类，但品种很多，因此其合理组合就十分重要。在化临段施工中，采用1台英格索兰DD-110双钢轮压路机，1台CC21双钢轮压路机或2台DD-110双钢轮压路机和1台YL20轮胎压路机，在压实路面时取得了很好的效果。DD-110的特点是双钢轮驱动，轮子宽且直径大，轮宽有助于提高路面平整度，轮径大会减小材料的隆起和推移。该机振幅和频率都能进行多级调整。在作业中还有先行走再起振、先停机再停振的互锁功能，因此很适合沥青路面的施工。表1列出了化临路采用的压路机组合。
表1 化临路压路机组合表
碾压流程 型号 碾压遍数 碾压速度km/h 备注
初压 DD-110或CC21振动压路机 1 3～4 不振动
复压 YL20轮胎压路机 1 3.5～4.5 ——
复压 DD-110振动压路机 1 3～4 振动
终压 DD-110振动压路机 1 4～5 不振动
2.3 压实工艺
初压是为了稳定混合料，从而建立较强的承载能力，使大吨位压路机进行复压时不致产生隆起和推移。在化临路上采用DD-110双钢轮振动压路机不振动进行初压，其轴荷与轮宽乘直径之比(即N系数)<0.25，而且无论前进和后退均双轮驱动，静压效果很好。碾压时应注意混合料初压温度应在130℃～140℃之间，碾压速度小于4km/h。每次碾压以重叠半轮为宜，碾压长度40～50m。
复压是混合料密实、稳定、成型的关键工序，采用重型轮胎压路机YL20和振动压路机DD-110联合碾压。轮胎压路机在压实时对混合料有揉搓作用，并随路面压实度的增加，轮胎接触面积减小、比压增大，有较好的压实效果。跟在轮胎压路机之后的是DD-110振动压路机，其碾压速度小于4km/h，每次碾压时钢轮应重叠20～40cm。研究表明，在铺层小于6cm时，压实沥青混合料采用高频低幅效果最佳，故振动频率取40～50Hz之间，幅值取0.3～0.6mm之间。
终压是为了消除轮迹，最后形成平整的表面。采用DD-110不振动碾压，碾压速度小于5km/h。终压温度不低于90℃。
横向接缝的碾压应采用先横向碾压，再纵向碾压，最后再横向碾压的方式。横向碾压时，钢轮应支承在已压实的路面上，每次增加碾压宽度150～200mm，必要时可进行振动压实。
振动压路机在进行碾压作业时，应遵循先起步后起振，先停振后停机；沿直线碾压，在已压实铺层上变线或停车；碾压过程中不突然刹车，并缓慢起步；在摊铺机一边换向时，停机位应形成阶梯状等原则。
3 施工过程的质量控制
施工过程的跟踪检测对控制路面修筑质量是十分重要的，可以及时发现施工中存在的问题，尽快处理，否则碾压成型后，其缺陷一般很难处治，严重缺陷则必须返工，将会造成很大的经济损失。施工中随时检测压实度、厚度和路面平整度，根据路面平整度传递理论，修筑高标准路面时，平整度应从上基层开始控制。
在铺筑面层之前应使用八轮平整度测量仪对上基层的平整度进行检测，一般平整度标准差控制在2.0mm以内，最大不超过2.5mm。对个别点或接缝处的拥包、波浪应采取磨的办法进行处理。
京沪高速公路化临段路面摊铺中，使用了自制滑靴式平整度跟踪测量仪，如图4所示，在控制路面平整度方面起了很大作用。图5为下面层采用基准线作为参考基准，施工初期在摊铺机后面跟踪检测的结果。从图中可以发现两个问题：一是基准线过长(400m)，拉紧度不够，造成曲线在两铁立杆之间形成凹谷；二是有些铁立杆标高误差太大，曲线在个别铁立杆处形成高峰。针对以上问题采取了如下措施：一是基准线长度缩短到200m；二是采用深度卡尺进行标桩测量，可精确到±1mm。路面成型后经检测，采取措施前下面层平整度标准差为1.4～1.6mm，采取措施后平整度标准差降为1.0～1.2mm。
图4 滑靴式平整度测量仪
图5 施工初期摊铺机后面跟踪检测结果
在进行碾压之前，应测定混合料温度是否在130℃～140℃之间。研究表明，碾压初温每提高10℃，碾压效率提高16%；但温度太高会引起路面推移、拥包等缺陷，影响路面平整度。
碾压完成、路面未冷却之前，应有专人用3m直尺逐尺对路面进行测量，发现有特别高点，用压路机进行横向碾压。这种方法在化临路施工中被证明是行之有效的。
在山东化临段高速公路施工中，下面层采用固定基准，中面层、上面层均采用浮动基准梁，加之在施工中探索、整理了一套行之有效的摊铺、压实施工工艺及质量监控措施，使铺筑的路面平整度达到了很高水平。其各层平整度指标实测结果如下：下面层标准差实测0.8～1.0mm；中面层标准差实测0.6～0.7mm；上面层标准差实测小于0.55mm。
(end)
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(6/10/2004) |
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