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 摘要：以“潍莱”高速公路第9合同段综合提高路面压实度和平整度为例，分析了材料管理，设备选型与合理配置，施工组织管理及施工工艺试验研究等方面的问题。

 关键词：压实度；平整度；施工机械；施工工艺；施工管理；路面质量

随着中国高等级公路的发展，车流量不断增大，重载车辆增加，路面施工质量问题已十分突出。特别是由于某些施工单位片面追求路面平整度，往往忽视了路面压实质量。研究表明：提高压实度，会增加柔性路面的承载能力，有更大的抵抗力，抵抗交通负荷所引起的道路变形，提高抗自然侵害力和抗裂能力，显著增加路面寿命；同样，路面平整度也是施工过程中需要控制的重要指标，良好的路面平整度，直接影响了车辆在路面上的行驶质量和乘坐舒适性，也会减少车辆对路面的冲击荷载，提高路面使用寿命。

路面综合质量的提高是一个系统工程，它涵盖了路面材料质量、施工机械的选型与合理配置，先进合理的施工工艺、完善的施工管理等诸多方面。 为此，青岛公路工程处与西安公路交通大学合作进行了一项旨在提高路面综合质量的技术合作。从影响路面质量的诸多因素入手，在进行了大量试验的基础上，确定了合理的施工工艺，使路面综合质量得到了显著提高，取得了令人满意的效果。本文就施工过程的一些经验和试验成果总结如下。

1　原材料的管理
　　原材料的优劣是路面摊铺质量的基础，为了解决目前国内普遍存在的多家料场向一个标段供料引起的来料杂、料级配变化大的问题，工程处购买了反击式联合破碎机，对粗集料在碎石场内统一破碎筛分，保证了级配稳定，针片状料含量低，颗粒形状、清洁度、强度等指标满足公路施工规范JTJ032-94标准要求，从而解决了目前国内普遍存在的原材料质量问题。对细集料、粉料和沥青，加强了来料质量检验工作，杜绝不合格料混进场内的情况。
　　对进场的不同规格的集料分隔堆放，防止混杂，并采取了防雨、排水措施。特别是细集料，由于其含水率变化很大，在下过雨后，其含水率可达10%以上，因此对细集料用防水材料进行了覆盖，这样做不仅降低了搅拌设备的燃油消耗率，也为搅拌设备稳定生产和搅拌出优质混合料提供了前提条件。

2　设备选型与配套
　　路面施工中使用的设备种类很多，档次也差别很大，而起主导作用的是混合料拌和、摊铺和压实机械。拌制沥青混凝土的设备类型很多，从拌和形式上主要分为三大类：①连续式自由拌和设备；②间歇式强制拌和设备；③连续式半强制拌和设备。由于间歇式强制拌和设备有两次计量、热料二次筛分和强制拌和等特点，与其它两种设备相比，沥青含量和混合料级配控制都更准确稳定。在对众多间歇搅拌站分类对比的基础上，选择了芬兰Amomatic 150 t/h间歇式混凝土搅拌站，它除了具有模块化设计，安装速度快的特点之外，还具有计量准确，热骨料温控精度高，拌和质量好等优点。在工程施工中，经检验其骨料计量偏差<±0.5%，粉料计量偏差<±0.5%，沥青计量偏差<0.3%，拌制的沥青混合料均匀，其沥青含量偏差≤0.3%，温控误差≤±5%，能够拌出优质的混合料。
　　摊铺机选择了德国ABG公司生产的TiTAN423型，摊铺速度0～16 m/min无级调节，其低速作业稳定性好，自动找平装置易于操作，控制精度高，摊铺宽度变化范围大(2.5～12.5 m)，夯锤频率0～25 Hz，振动器频率33～55 Hz可调，加之刮板输料传感器和螺旋布料器料位传感器等自动控制装置，使其具备优良的作业性能。
　　为了提高路面平整度，从美国进口了16.77 m移动基准梁。该梁具有滤波效果好、基准建立方便、人为因素影响小等特点。
　　压路机分为静碾式、轮胎式和振动式压路机，研究表明，沥青混合料在振动状态下，特别是频率接近固有频率时，其内摩擦力会减少80%，压实效率明显高于其它两类压路机。在分析了各种压路机特点的基础上，选定了德国BW151AD-2，BW202AD-2和瑞典CC421调频调幅振动压路机。
　　在确定了主导机型的基础上，根据连续作业的要求，选择了其它设备，设备配置情况见表1。
表1　沥青混凝土面层设备配置一览表
机械名称      产地  数量   备注
沥青拌和设备  芬兰  1      150 t/h
摊铺机       德国   1        ABG 423
自卸汽车     青岛   20      20 t
洒水车       中国    2         ／
加油车       中国    1         ／
双钢轮压路机 德国    1     BW151AD-2
双钢轮压路机 德国    1     BW202AD-2
双钢轮压路机 瑞典    1     CC421
轮胎压路机   德州    1     20 t
装载机       柳州    3      /
切缝机       中国    1     /

3　路面施工工艺的试验研究
　　施工工艺由原材料级配，颗粒尺寸，形状，沥青标号，混合料温度，铺层厚度等因素而定，为确定所铺筑材料的最佳施工工艺，在连接线上选取了1 km路段作为试验路段，确定各设备的运转参数和设备之间的合理匹配关系。

3.1　混合料温度特性试验
　　由于混合料具有热塑性，在高温下沥青结合料起到润滑作用，易于压实；随着温度的降低，压实作业除了克服骨料间的内摩擦力外，还要克服粘滞阻力，因此混合料的温度特性，决定了混合料出料温度、碾压开始时间和碾压距离等参数。现场实测温度特性见图1。

图1　料温随时间变化曲线

 3.2　摊铺速度

　　工程实践证明，提高路面质量的一个主要措施是保证摊铺机能连续稳定地摊铺作业，尽量避免摊铺时快时慢、时走时停，摊铺机的作业速度根据拌和机产量和运输车的能力、铺层厚度和宽度确定。由公式(1)计算可得摊铺速度为1.5～2 m/min。

(1)
式中：Q—搅拌设备产量,t/h；
　　　H—摊铺宽度,m；
　　　B—摊铺厚度,m；
　　　γ—混合料密度,t/m3；
　　　C—系数。

 3.3　找平基准的选择
　　在摊铺机自动找平系统正常工作的情况下，找平基准对摊铺层平整度起着决定性作用，往往由于基准本身的原因，对路面平整度产生很大影响。为了对比固定基准和行走基准的优劣，在试验段进行了对比试验，试验结果表明：在下承层平整度标准差σ<2.5 mm时，采用挂线基准，铺层经压实后平整度标准差σ=1.4～1.6 mm；采用浮动平均梁基准，铺层经压实后平整度标准差σ=1.1～1.3 mm；由此可见后者优于前者。其主要原因之一是超长浮动平均梁优良的滤波功能。如图2所示，当某一滑靴下面有一个高度为H的凸起时，梁变动ΔH由式(2)计算。
K(H-ΔH)=(n-1)KΔH　

(2)
式中：n—梁上安装的弹簧数。

图2　浮动平均梁示意图
　　由此可见随着梁上安装弹簧数的增加，其滤波效果会更好。原因之二是该装置减少了人为因素的影响，而且由于杠杆比例作用对铺层厚度的变化特别灵敏。因此在下承层标高满足设计要求时应优先选择行走基准作为参考基准。

3.4　压路机的压实工艺
　　路面压实度决定了路面铺层的空隙率。研究资料表明，空隙率的大小在很大程度上决定了路面质量，当空隙率大于7%时，每增大1%透水性成倍增长；空隙率降低至5%时，路面寿命提高2～3倍。
　　由于路面压实主要是克服沥青混合料的内聚力、内摩擦力，因此根据沥青混合料的级配、沥青含量、沥青标号、确定初压温度及振动压路机的频率、振幅等参数是十分重要的。图3、图4给出了在不同条件下，压路机的压实效果，从图中曲线可见：

图3　振动频率与压实效果　　　　图4　静压与振动压实
　　(1) 振动压路机频率较高时效果优于低频压实，这主要是沥青混合料的固有频率较高的原因。
　　(2) 振动压路机在混合料温度相对较低的情况下也有很好的压实性能，而静碾压路机在压实度达到95%时曲线变得十分平缓，进一步提高很困难。
　　(3) 从图上可以看出，碾压初温对压实效率影响很大，温度高易于压实。
　　(4) 在铺层较薄时(4～6 cm)，振幅不宜过大，取0.4～0.6 mm较为合适；太小压实效率低，过于小时压实度达不到规定值，太大不仅影响路面平整度，而且有可能将石料振坏。
　　根据以上试验结果制定碾压工艺如下：为了在保证路面压实度的情况下尽可能提高路面平整度，初压采用BW151AD-2不施振碾压1遍，使铺层建立一定的承载能力；复压采用BW202AD-2，Dynapac CC421和BW151AD-2振动压路机各振压1遍，速度4 km/h左右，频率40～50 Hz，振幅0.4～0.6 mm；终压采用BW202AD-2不施振碾压1遍。
　　由温度特性曲线可知，铺层温度平均每分钟下降20℃。因此在碾压初温130℃～140℃时，在30 min内完成碾压，可保证终压温度高于70℃，由此可确定碾压距离50～60 m，混合料出料温度155℃～165℃。
　　按以上压实工艺铺筑了500 m试验路段，经检测压实度平均值97.8%，平整度标准差0.53 mm(下承层0.6～0.8 mm)，取得了令人满意的试验结果。

4　施工组织管理与过程监控
　　优质的原材料，现代化的机械设备和合理的施工工艺为铺筑高质量路面提供了物质基础，而整个工程能否达到预定目标施工的组织管理是至关重要的。为此工程处研究制定了质量保证体系(见表2)，做到目标明确，责任到人，奖罚分明。根据平整度传递理论，在确保压实度的前提下，对各层平整度作出了要求，基层平整度<2.5 mm，达不到要求的地方要进行处理；下面层平整度<1.0 mm；中面层平整度<0.7 mm；上面层平整度<0.55 mm。
表2　质量保证体系一览表
项　目        要　求                                                         负　责原材料  符合规范要求、分隔堆放，来料检验                                     试验室
拌和料  配比准确，沥青含量偏差≤±0.3%，出料温度160℃±5℃                 拌和站
运输车  移动接料，有遮盖，不碰撞摊铺机                                       车队
摊铺机  无离析现象，铺层平整，作业速度稳定                                   摊铺队
压路机  初压温度130℃～140℃，速度4 km/h左右，最终路面平整度σ<0.55 mm  压路机组
    同时，加强了试验室技术力量，对施工作业全过程进行跟踪检测，及时解决施工过程中存在的问题。通过采取以上措施，在“莱潍”高速公路第9合同段施工中，路面综合质量达到国内先进水平。

5　路面压实度与平整度检测结果
　　按照JTJ059-95公路路基路面现场测试规程和JTJ071-94公路工程质量检验评定标准的规定，对第9合同段路面压实度和路面平整度进行全面检测，压实度检测采用钻孔取芯法，取样点数271个，检测结果见表3。
表3　压实度统计特征值　　　%
平均值    标准差    离散系数   代表值       备　注
97.6           0.41         0.40           97.5        代表值为95%置信度下的计算值
    路面平整度采用八轮仪进行检测，行驶速度5 km／h，采样距离100 m，对9合同段左右两幅进行了全面检测，检测结果见表4。表中代表值的计算公式
表4　路面平整度统计特征值
平均值/mm    标准差/mm     离散系数/%      代表值/mm             备　注
0.51           0.077             15                      0.52            代表值为95%置信度下的计算值

式中：X—评定路段内测定值的平均值；
　　　N—评定路段内测点数；
　　　S—标准差；
　　　tα—t分布表中随自由度(N-1)和置信水平α而变化的系数。
　　综上所述，提高路面的施工质量是一个系统工程，从材料管理、设备选型到施工组织管理各环节都要严格控制，特别是拌和工艺、摊铺工艺和碾压工艺要针对具体材料、机械设备和环境条件进行配套试验，综合分析，才能综合提高路面施工平整度和压实度。