同步碎石封层设备改进研究

吴飞+张金虎

摘 要：同步碎石封层技术在公路养护中具有作业效率高、养护质量好、周期养护成本低的特点，但是在实际使用过程中，存在施工环境恶劣、车速及碎石量难以控制等因素，导致沥青洒布和碎石撒布的精度难以控制。该文通过改进同步碎石封层设备、完善公路粘结层质量评价等方面对同步碎石封层设备进行改进研究，能有效降低养护成本，提高公路养护质量。

关键词：同步碎石封层 技术控制 精度养护质量 研究

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0064-03

截至2015年年底，江苏公路通车总里程15.9万km，高速公路4 539 km，公路密度154.88 km/百平方公里，公路建设处于全国领先地位。公路通车里程的逐年增加，已使江苏公路建设高峰与公路养护高峰进入了重合期，养护任务日益繁重，公路养护管理工作步入“养护转型、管理升级、改革加速、服务提高”的新阶段。根据江苏公路环境、气候、地质条件、交通流量、路面结构和病害类型，研究合适的养护施工工艺流程和先进的养护设备，以此降低公路養护成本，提高养护质量，快速、有效、安全地保障公路畅通，实现高效和经济效益最大化，是充分发挥和提高公路综合社会效益的重要保证，同时也为江苏公路养护水平领先全国提供技术支撑。

同步碎石封层技术是用专用设备将碎石及粘结材料（改性沥青、改性乳化沥青、橡胶沥青等）同步铺洒在路面上，通过自然行车碾压或胶轮碾压形成单层沥青碎石粘结层。同步碎石封层能有效缩短粘结剂喷洒与集料撒布之间的间隔时间，增加集料颗粒与粘结剂的裹覆面积，更易保证集料颗粒与粘结剂之间稳定的比例关系，与类似的养护技术相比其作业效率较高，非常适合于用作公路的粘结层和应力吸收层，同时具有较强的防水性、非常适合江苏雨季长、降水多的气候特点，可以显著提高路面使用寿命、提升公路服务水平。

1 目前同步碎石封层设备的不足之处

目前同步碎石封层车的主要类型有举升料斗式、固定料斗式、三位一体同步碎石封层车、连续型同步碎石封层车、特殊作业同步碎石封层车等。对于同步碎石封层设备而言，其主要任务是撒布沥青和碎石，同步碎石封层车的主要性能参数就是沥青和碎石的撒布精度，保证两者的撒布精度是对于提高同步碎石封层作业质量有着至关重要的意义。目前在同步碎石封层设备中关于沥青与碎石撒布施工方面还存在以下几点不足之处。

（1）大多数同步碎石封层设备采用负载敏感泵来控制沥青洒布，通过不断测量车速调节沥青撒布量，但无法有效控制因车速变化造成的碎石撒布不均问题。

（2）碎石流量的控制一般采用调节布料辊转速的方法，但当布料辊转速达到100 r/min左右的时，布料辊转速变化对碎石流量的影响非常小，因此，布料辊转速较高时碎石撒布量很难控制。

（3）同步碎石封层车施工环境恶劣，沥青、碎石飞散，能见度低，噪声大 ，沥青洒布温度相对较高，这些因素都会影响传感器的正常使用，对传感器的检测精度产生一定影响，导致沥青和碎石撒布量控制不精确。

2 同步碎石封层设备的改进研究

结合公路粘结层实际施工情况，依托江苏省高速公路养护施工现场，对同步碎石封层设备进行改进研究，分析影响沥青和碎石撒布精度方面的相关因素，并提出优化控制方案。在现有沥青和碎石撒布量控制方法的基础上，优化举升料斗翻转控制、发动机转速控制以及喷洒杆高度等控制内容，以达到更好施工效果。此外，在同步封层施工过程中，拟增加碎石预裹覆、结合料中添加纤维等工序，以提高公路粘结层施工质量。具体改进优化内容包括以下3个方面。

（1）举升料斗翻转控制：随着施工的进行，碎石的料位逐渐下降，需要及时调整举升料斗角度，以保持料门口碎石有恒定压力。该项目拟通过对比多种料位传感器的工作特性，主要包括重锤式料位传感器、超声波式料位传感器、电容式料位传感器等，选择最佳传感器组合方案，以便更好控制举升料斗。

（2）发动机转速控制：当同步碎石封层车作业速度相对较低时，可以通过调节沥青泵转速和布料辊转速来消除车速对沥青和碎石撒布量产生的影响，当同步碎石封层车作业速度相对较高时，沥青和碎石撒布量则难以控制，因此，当车速较为稳定时，沥青和碎石撒布量则相对精确。该项目拟采用通过控制发动机转速使得车速达到稳定，采用雷达测速技术精确检测同步碎石封层车作业速度，以消除车辆滑转率（地面条件和载重量）和动力半径（轮胎气压、气温、轮胎磨损程度）变化等因素造成的车速测量不准的缺陷，然后通过闭环控制油门执行器来控制发动机转速，最终实现车速的稳定控制。发动机转速控制框图如图1所示。

（3）喷洒杆高度控制：喷洒杆高度对沥青撒布量影响较大，一般采用超声波、激光或红外测距等传感器来检测并控制喷洒杆高度，但施工过程中同步碎石封层车的作业环境比较差，这些传感器对外界环境的变化比较敏感，因此控制效果不佳。该项目拟通过检测轮胎半径以及钢板弹簧的变形量来检测车辆底盘高度，然后调节喷洒杆起升油缸，通过液压系统控制调节喷洒杆高度，提高沥青撒布精度。（如图2）

3 同步碎石封层设备的试验与测试

在同步封层设备改进调试完成之后，该项目搭建同步碎石封层设备试验平台，检验改进的同步碎石封层设备系统软硬件匹配是否合理，通过检测同步封层设备沥青和碎石的撒布精度，测试控制系统的精度、实时性，从而为同步碎石封层设备以及施工工艺流程的进一步完善提供实验依据。同步碎石封层作业试验与测试流程图如图3所示。

4 完善同步碎石封层公路粘结层质量评价体系

目前国内对同步碎石封层公路粘结层的作业质量并没有系统的评价体系，主要以沥青喷洒量不均匀度、碎石撒布量不均匀度、平均碎石脱粒率、碎石露出高度、成片性病害等单一指标作为主要评价依据。在实际应用中由于评价指标单一，存在诸多缺陷，不能真实地反应同步碎石封层的作业质量。该项目拟采用基于置信概率的方法综合评价同步碎石封层的作业质量，综合考虑沥青横向洒布量偏差、沥青纵向洒布量偏差等因素，合理开展公路粘结层作业质量评价，完善同步碎石封层公路粘结层质量评价体系，为检测同步碎石封层的作业质量提供理论依据和可操作的检测步骤。

5 结语

针对江苏雨季长、降水多的气候特点，开展同步碎石封层设备关键技术研究，通过改进同步碎石封层设备、完善公路粘结层质量评价等方面研究，并经过工程实践检验，有效降低养护成本，提高公路养护质量。

（1）工艺方面。同步碎石封层技术与类似的稀浆封层、乳化沥青粘层、热沥青粘层等养护技术相比，是更为有效的公路养护技术，更适合于公路粘结层施工。

（2）质量方面。沥青路面经过同步碎石封层处理后，具有良好的防渗水、层间粘结和延缓反射裂缝的性能，能有效保证公路粘结层的施工质量。

（3）经济效益方面。同步铺洒粘结材料和集料，实现喷洒到路面上的高温粘结料在不降温的条件下与碎石即时结合，从而确保粘结料和集料之间的牢固结合，从而大幅度提高路面整体使用寿命，降低周期养护成本。

参考文献

[1] 李宝建.热沥青同步碎石封层设计优化[J].交通世界，2016（10）：84-85.

[2] 王艳.改性乳化沥青同步碎石封层技术在公路养护中的应用[J].科技创新与应用，2016（26）：236.

[3] 胡连忠.碎石封层技术在公路工程中的应用探讨[J].青海交通科技，2016（4）：55-56.

[4] 宋振球，张桓靖.同步碎石封层技术在路面施工中的应用[J].公路与汽运，2016（4）：148-150.

[5] 郭晓华.公路养护中同步沥青碎石封层技术的应用[J].华东公路，2015（3）：98-99.