高速公路沥青混凝土路面平整度施工控制技术研究

2014-01-09沈兴承

城市道桥与防洪 2014年7期

毛洪，沈兴承

（浙江省交通工程建设集团第三交通工程有限公司，浙江杭州 310051）

0 前言

路面平整度是评价路面使用性能的一个重要指标，它对车辆在路面上的行驶质量和高速公路基本功能的充分发挥起着直接的影响。路面平整度的改善和提高一直是公路科技界关注的关键技术，因此认真分析讨论影响高速公路平整度的因素，有针对性地提出改善和提高路面平整度的技术措施非常重要。

表1所列系我国现行规范中对平整度的要求汇总，可见从施工过程中的质量控制标准到交工验收的质量标准再到养护质量标准，平整度要求提高了很多，并且检查项目也较细化。这是考虑到施工机械化的发展，因此对平整度指标做了适当的严格要求。

表1 路面平整度要求汇总表

1 沥青混凝土路面平整度影响因素分析

1.1 路基不均匀沉降的影响

路基作为路面的基础，路基不均匀沉降，必然会引起路面的不平整。路基的沉降可能有两种情况，一是路基本身的压缩沉降；二是路基下部分天然地面承载能力不足，在路基自重的作用下而引起的沉陷或向两侧挤出而沉陷（见图1）。

图1 路基沉陷实景

地基的不均匀沉降的主要原因可以概括为以下几个方面。

1.1.1 路堤地基处理不当

路堤表面处理不彻底，路堤建成后受杂质影响会发生松软造成不均与沉降填料和土基在结合处不良接触，在载荷的作用下，填料失稳而造成滑移。

1.1.2 路堤调料控制不当

使用较差的稳定性路堤填料，造成路堤产生整段或局部的变形。采用不同性质的填料土填筑路堤，在填筑方法不恰当的情况下，碾压成型后容易造成不均匀沉降。

1.1.3 半填半挖路基的接合部处理不当

半填半挖路基的路段，如果未按规范要求施工，易使土基和填料在接合部产生裂缝和沉降。

1.1.4 填土路基的压实度不够

在路基压实度不足的情况下，易使路基土壤的密实度偏低，土体的透水性大大增强，造成水分积聚和侵蚀，使路基土质软化或温度变化产生胀缩而不均匀沉降。

1.1.5 排水措施不完善

路基施工中，排水系统施工不完善，易造成水流不畅，引起路基变形。

1.1.6 特殊地基路段

在软土地段或湿陷性黄土地段时，因为土的压缩性大，在载荷和自重的作用下易产生不均匀沉降。

1.2 桥头及桥梁伸缩缝的跳车

桥头两端和桥梁伸缩缝的跳车问题，直接影响了行车速度、舒适和安全，同时因为车辆的高速行驶使车辆跳动和冲击路面与桥梁，其产生的冲击力会减少桥台、桥头路面和伸缩装置的使用年限，同时也加快车辆本身的损坏。

其路基由于沉降而导致跳车，有以下几个主要原因。

1.2.1 压实度不够要求

桥头路堤高，压路机械难以作业，易造成填料密实度差。填实材料不够复返，填实厚度控制不严，填筑速度过快，压实度达不到要求，桥头软基处理时间不足，在沉降未稳定的情况下，由于载荷作用易导致桥头路基下沉。

1.2.2 桥台和台背填料刚度差较大

桥台刚性大，而与之相连的路基，由于填料为土基，是一种柔性结构，易产生较大的弹性变形和永久变形，使桥台和路基形成沉降差，导致桥头跳车。

1.2.3 路基水的损害

桥头河后台填方之间，会产生细小的缩裂缝，水分进入裂缝中，使路基产生病害，会导致路基发生沉降。

1.2.4 台背填料的影响

台背填料为透水性材料，孔隙率大，施工时难以将填料颗粒间的孔隙全部消除，在自重和载荷的作用下，会使填料压缩，密实度增大，产生路基沉降。

1.2.5 桥梁伸缩缝

桥梁伸缩缝在选型和施工时考虑不周和处理不当，易产生跳车现象。

1.3 基层的不平整

基层的平整度差严重影响了路面平整度。若基层不平，即便面层摊铺平整，压实后也会因摊铺厚度不同，而产生路面不平整。基层顶面的平整度不好，尤其是公路建设机械摊铺基层混合料的高速公路，基层的平整度实际难以控制，从而使沥青面层的厚度变化较大，厚度的变异性太大，直接影响中面层和上面层厚度的一致性，同时导致面层沥青混合料密实度的变异性也大。在施工环节中，基层混合料原材料的质量控制，基层混合料的拌合、摊铺、整形、碾压施工，基层的接缝和调头处的处理都会影响到基层的平整度。

1.4 沥青混合料配方比的影响

沥青混合料配合比设计结果与沥青路面的使用性能、材料用量及工程造价关系密切，即直接影响了路面平整度。由多家生产石料场家供货，生产条件差，生产设备不统一，造成石料规格参差不齐，使沥青混合料的压实系数产生了很大的波动，影响沥青路面的平整度。

1.5 沥青混合料拌合的影响

采用多台拌合机联合供料以保证摊铺的连续性的同时，由于每台拌合温度不同，粒料规格的不一致，造成摊铺局部的温度差异，碾压的温度和效果变化较大，从而影响到路面平整度。

1.6 路面摊铺机械及施工工艺的影响

摊铺机是沥青路面面层施工的主要机械设备，其本身的性能及操作对摊铺平整度影响很大。摊铺机结构参数不稳定、行走装置打滑、摊铺机摊铺的速度快慢不匀、机械猛烈起步和紧急制动，以及供料系统速度忽快忽慢都会造成面层的不平整和波浪。

1.7 碾压工艺的影响

沥青混合料的摊铺是提高路面平整度的一个关键，同时合理的碾压工艺与正确的碾压操作是保证沥青路面的压实度和平整度的一个重要的环节。

1.7.1 碾压温度的影响

摊铺好的沥青混合料在温度太高时碾压易产生推移、开裂，温度太低时碾压会导致混合料颗粒之间摩擦阻力增大，造成压实度不均匀，容易形成局部松散和开裂，易渗水损害路面。

1.7.2 碾压工作的影响

碾压行进路线不当，碾压次数不足，碾压速度不均匀、急刹车、突然启动、随意停驻、掉头转向等等操作都会造成路面的不平整。

1.8 路面接缝的影响

接缝包括纵向接缝和横向接缝(工作缝)两种。接缝处理不好易产生的缺陷是接缝处下凹或凸起，以及因接缝压实度不够和结合强度不足而产生裂纹甚至松散，从而导致路面不平整。

2 沥青混凝土路面的平整度控制

2.1 施工机械设备的选择和配型

从面层的施工工艺分析得出：连续匀速的作业是保证摊铺平整度的重要条件之一。摊铺速度不同即会造成摊铺过程中的运料和机械不协调，可能会因“待料停机”或“压料提速”而引起面层“搓板”或“波浪”等病害的发生。优良的机械才能摊铺出高质量的沥青混凝土面层。所以，选择好施工机械设备的型号和生产过程中的配套，对保证路面平整度具有重大意义。

2.1.1 按施工生产能力进行设备选配

在施工实际中，路面施工的所有设备中，摊铺机的单机施工能力最大。在选择设备时，主要根据路面的宽度、设备的先进程度、使用时机械性能的好坏选择合适的摊铺机。在配备压实设备时，主要考虑根据摊铺面积的大小进行配备，以保证摊铺好的路面及时压实。

2.1.2 按施工设备的适用性能进行选配

2.1.2.1 摊铺机的选择

从现有的供施工选用的设备类型很多，从行走的形式看，因轮胎式不利于平整度的施工，在高等级公路中很少用或不用。从性能值上看，振捣梁的振捣次数和振幅，这两个值的幅度越大，标志着伴和料的摊铺密实度就高，越有利于提高路面平整度。

2.1.2.2 沥青混凝土拌合设备的选择

选择自动化程度较高的拌合设备时，不仅能很好地保证拌合料的出料温度均匀；混合料的级配合理，同时能很好地客服因沥青含量不稳定、混合料的温度不均、混合料的离析导致路面不平整。

2.1.2.3 压实设备的选择

沥青混凝土路面的压实主要以轮胎式压路机的静压、光轮压路机的高频低振幅震动压实为主。

2.2 沥青混凝土路面拌合料的控制

2.2.1 原材料的控制

从保证公路路面的高强度、高温稳定性，低温抗裂性及抗滑性能和耐久性的高性能因数以保证减少因承重而产生的变形。选择原材料时应做到：有较高强度、耐磨耗，采用锤式或反击式破碎机加工的具有良好颗粒形状的硬质石料，选用粘度高，针入度较小，软化点高和含蜡量低的优质沥青。

2.2.2 混合料的生产质量控制

保证原材料的进料和堆放的同时，在施工过程中，要严格按设计要求，充分使用好沥青混凝土拌合设备，即可生产出合格的混合料。混合料的拌合工艺如图2所示。

图2 混合料拌合工艺流程图

2.3 选择合适的压缩比

根据传递作用，传递要素第一类为压缩比q或松铺系数k，压缩比是指该结构层的压实度和虚铺厚之比。计算公式如下：

q=实后厚度h实/碾压前厚度h虚

k=碾压前厚度h虚/压实后厚度h实

松铺系数大，则不平整传递就大，松铺系数小，不平整度传递就小，故施工时应尽量选择先进的摊铺设备，增大摊铺后的预压密实度，以减小不平整的传递。不平整度传递值和松铺系数之间的关系如图3所示。

图3 不平整度传递值和松铺至系数关系曲线图

2.4 沥青混凝土路面面层施工工艺控制

沥青混凝土路面施工工艺水平决定着平整度指标的高低。想要建设出高平整度的路面应采取如下措施：

（1）严格按照面层施工工艺施工。

（2）完善摊铺工艺，合理调整摊铺机：

a.起始仰角的调整。控制好摊铺机起始仰角是提高平整度的重要措施之一，仰角是控制摊铺厚度的主要参数。起始仰角不正确，摊铺的厚度就得不到保证，以后再来调整，前后摊铺的厚度就不一致，势必造成起始段的不平整。

b.摊铺机的自动调平装置。当摊铺机的浮动熨平装置依赖其固有的自调平特性来消除路面平整度时，远远不能满足汽车行驶对平整度的要求，因此自动调平控制装置便应运而生。

c.摊铺机速度控制。摊铺机匀速连续摊铺是保证平整度的重要措施。摊铺速度取决于拌和机的拌和能力、运输力量的匹配、摊铺机的性能，以及平整度的要求。

d.调整熨平板振动频率与夯锤夯击频率。在摊铺实践中发现：熨平板越平摊铺的混合料就越平整。熨平板的调整分两步，第一步是常温下初步调整，第二步是在熨平板加热以后进行精确调整，保证所有熨平都在一条直线上。熨平板振动频率和夯锤夯击频率越高，预压密实度就越大，不平整度传递就越小，在同一压实温度和压实工艺条件下，平整度就越好。

（3）不断改善碾压施工工艺：

路面的密实程度和行车后的平整度受碾压质量的直接影响，碾压不密实，开放交通以后，受行车载荷作用密实以后，路面变形就大，平整度衰减就快。

a.调整好压路机的频率和振幅。在碾压时应当将压路机调到推荐的振幅，如果压路机反弹、侧向移动或颗粒明显被压碎，应当减小振幅；如果碾压后密实度达不到要求，应当考虑增大振幅或改进碾压工艺。

b.控制碾压温度。碾压温度是保证压实度和提高平整度的控制因素。碾压的目的是尽可能在沥青混凝土混合料温度比较高时碾压成形，在温度较高时，集料颗粒上的沥青膜粘度最低。在外力作用下，颗粒之间容易相互滑动，实现重新排列，使之密实和平整。

c.碾压行走路线、碾压遍数及碾压速度控制。压实质量和压实效率和较高的平整度还与碾压行走路线、碾压遍数及碾压速度控制有密切关系。

（4）严防沥青混合料施工离折：

在沥青混合料铺筑的过程中，应严格控制沥青混合料离析。否则将引起局部松铺系数的波动，或引起摊铺面的拉痕，以致造成横向的局部微小波动，从而影响平整度。

（5）控制沥青混合料的温度离析：

在实际施工中，应尽量采用专用的保温车运输混合料。或者，用一般车辆运输时，做好运输过程的覆盖，摊铺完成后及时碾压，杜绝因人为原因造成的温度离析。