大宽度沥青道面摊铺离析及对策研究

申景辉 袁喜钦

摘 要：结合朱巴国际机场的改扩建工程，研究大宽度沥青道面不停航摊铺时，产生离析的原因并进行对策分析。在对试验段道面摊铺时发现，13%的摊铺区域出现不同程度的离析。随后对此进行离析原因分析并制定相应对策。经处理后道面离析问题消失，效果显著。研究成果对类似大宽度沥青道面不停航摊铺施工具有一定的借鉴意义和参考价值。

关键词：摊铺离析 大宽度道面 不停航施工 集料级配

离析分为级配离析和温度离析，与沥青混凝土道面的施工过程息息相关，过程包括集料的搅拌、存储、堆放等。尤其是在施工难度技术较大的沥青道面摊铺环节，沥青的离析将直接影响到道面的施工质量和效果。沥青道面粗集料密集处，沥青空隙率较大且含量低，易导致沥青道面耐久性降低及水损害，从而产生疲劳裂缝、坑洞以及剥落等其它病害；沥青道面细集料集中处，沥青空隙率小且含量大，易产生泛油、车辙等病害。因此，对沥青道面摊铺离析进行原因分析及对策研究，在工程施工中具有重大的实际意义。

1.研究背景及工程概况

民用航空项目建设对推动经济发展具有重大帮助。早期机场跑道施工以水泥混凝土为主，且由于机场跑道使用时间较长，不少机场道面出现了露石、拱起和裂缝等病害，严重影响到飞行的舒适及安全。对机场跑道的改扩建迫在眉睫。在原有水泥混凝土道面加铺沥青面层成为了机场改扩建的一种重要手段。从上世纪80年代末开始，在欧洲的枢纽法兰克福机场，我国的上海虹桥机场及美国多个机场，都进行了沥青加铺的机场改扩建。然而，施工过程中沥青道面摊铺离析一直是个难题。

南苏丹朱巴国际机场作为南苏丹交通运输的重要站点。该机场于20世纪80年代建成。现有跑道长2400m，宽45m，跑道表面常年缺乏维护且远超过设计使用年限，严重影响飞行安全。对此进行机场改扩建一期工程，将现有2400m跑道修复改造并延长至3100m。由于朱巴机场是唯一机场，为保证机场正常运营，故对机场跑道改扩建进行不停航施工。道面范围45m宽度内内必须进行全断面摊铺，项目采用4台德纳派克SD2550CS沥青混凝土摊铺机，每台摊铺机为11.25m的大宽度摊铺。道面沥青上面层采用SMA-16，沥青中、下面层均采用AC-20沥青混凝土。

2.沥青混凝土摊铺离析

在大宽度的沥青摊铺施工过程中，混合料经螺旋布料器的运送长度越大时，越容易产生不同粒径集料的离析。项目首先进行沥青道面试验段施工，为下一步的沥青道面施工总结经验及选取合理的施工过程控制参数。在机场范围内选取了一块11.25m×100m的开阔场地开展试验段施工。试验段施工结束后，发现局部区域出现离析现象（图1）。针对沥青道面大宽度摊铺存在局部离析现象，对试验段1125m2范围内存在离析的部位进行检查。统计发现，共有13%的道面面积出现摊铺边缘离析、其他离析和泛油等现象（表1）。为了避免类似问题的出现，需要进一步分析离析原因并制定相应对策，满足下一步道面施工质量要求。

3.离析原因分析

利用调查分析，观察验证等方法，结合已有的沥青道面摊铺经验，在对有可能造成沥青混凝土粗细集料离析的因素，包括人员、设备、工艺、集料及配合比等综合分析后发现，大宽度沥青道面不停航摊铺离析产生的原因主要可以归结为3点：

（1）进行大宽度摊铺，螺旋布料器加长，造成离析。由于大宽度摊铺施工需要较长的螺旋布料器，混合料运送距离相应变长且输运量增大，而只有螺旋内部才能进行物料输运。因此为满足施工要求需提高转速。高转速且暴露在空中的螺旋布料器会向物料上层抛送物料，造成沥青施工的摊铺离析。

（2）混凝土中粗、细集料过多或间断级配造成离析。沥青混凝土中最大粒径越大，粗、细集料过多，集料级配中间档较少容易造成离析，而上层沥青正好属于粗、细集料多，中间档料少这种间断级配，更容易造成离析。因此在前期沥青混凝土配合比设计阶段，选择一个合理的级配是解决离析问题的关键。

（3）不停航摊铺造成离析。不停航摊铺必须保证第二天跑道正常开放使用，作业时间短，夜间作业条件差，为减少离析及粗集料对飞机轮胎磨损，现有2400m跑道除沥青上面层采用SMA-16外，沥青中、下面层均采用AC-20沥青混凝土。摊铺机工作时不得随意中途停顿或变换速度，保证均匀、缓慢、连续不断地工作，以减少粗细集料的离析和温度离析，增大道面施工平整程度。然而，在现有两座沥青拌合站的条件下，45m跑道范围内4台摊铺机全断面摊铺存在及时供料的困难。为保证摊铺过程连续、稳定，必须确定合理的摊铺速度。

以AC -2 0普通沥青混凝土下面层为例，摊铺最小压实厚度为10cm。45m跑道道面范围内单位长度沥青混凝土的重量为11.025t/ m。两台日工30 0 0型沥青拌合站每小时产量分别为240t。两台沥青拌合站每小时产量可摊铺长度为：2×240/11.025=43.5m。因此在不压料的情况下，沥青混凝土摊铺机的摊铺速度为：43.5/60=0.725m/min。攤铺速度过小不满足规范要求。

4.对策实施及效果

针对以上分析的沥青道面摊铺离析原因，分别制定如下3点对策：

（1）优化螺旋布料器，保证混合料的高度。采用低转速大扭矩的螺旋布料器，提高物料的输送率，降低转速，使得不同颗粒之间惯性差别变小从而削弱离析程度。在铺筑过程中保证布料器持续转动，降低螺旋布料器的高度，保证物料的高度高于螺旋布料器2/3位置处（图2上），使得物料从中间向两边移动，降低了不同粒径集料的分离程度。

此外，施工过程中还应保证合适的送料仓高度，并保证送料器和布料器的匀速操作。摊铺机在上一车集料摊铺即将完成时，应当关闭送料器，在下一车集料倒入之后，再重复进行均匀送料、布料的操作。在摊铺过程中，摊铺机两侧还应设置专业的技术人员，对摊铺全过程进行监控，并保持与摊铺机司机沟通，如出现问题及时调整（图2下）。

（2）通过试验验证，优化沥青混合料配合比。通常来说，沥青混合料中大粒径颗粒越多，越易造成离析现象；沥青混合料设计按目标配合比设计、生产配合比设计和验证三个阶段进行。三个阶段的配合比都需对集料的配比组合进行调试，力求符合沥青混合料均匀性最优级配曲线。在混合料的空隙率、稳定度等指标符合设计要求的基础上，选取混合料均匀性最好的配合比进行试验段试铺，并根据现场多次试铺的效果确定混合料配合比的级配曲线（图3）。

控制沥青混合料级配最后的一个环节在拌合站。在跑道面层施工过程中，试验室安排专人在拌合站值班对生产AC-20 SBS、SMA-16 SBS沥青混合料进行监控，密切观察沥青混合料生产过程中的质量变化，确保沥青混合料生产质量稳定。对每班组生产的沥青混合料抽检不少于2次，在采用高温燃烧炉法检测沥青含量的同時筛分剩余的集料。并检测筛分的级配与配合比设计的级配误差是否小于规范要求。如果不满足误差要求，及时调整各规格碎石的配比，保证生产的沥青混合料级配稳定。

为了提高AC-20普通沥青混凝土下面层摊铺速度，且不致摊铺中途停顿或变换速度，保证摊铺连续、稳定，必须提前进行备料。由于沥青下面层摊铺涉及到“除胶-清扫道面-旧跑道洒热沥青灌缝修复及补坑修复-锨刨上一次临时接坡-清扫接坡-洒热沥青-人工铺土工布-土工布碾压-放控制桩-放平衡梁-摊铺沥青-碾压-做下一道临时接坡--设备退场-临时标线-洒水降温-清理跑道”等一系列复杂工序，为保证第二天机场道面的不停航，经过精密策划和计算之后，安排每晚摊铺沥青100m。摊铺速度取1.45m/min，满足与上面层SMA沥青摊铺速度一致，则摊铺时间为69min。摊铺沥青混凝土为100×11.025=1102.5t，沥青拌合站需拌合138min，因此拌合站需要提前138-69=69min进行备料，且提前备料552t。沥青混凝土采用大型自卸车运输，每车装料36t，故需提前备料16车（图4）。

为了应对拌合站和沥青摊铺机发生故障，避免沥青摊铺中断，造成级配离析和温度离析。除了平时对拌合站加强维护保养之外，项目建有两座拌合站防止一台临时发生故障。若遇拌合站或沥青摊铺机发生故障，在尽力抢修的同时，根据已经拌合出的沥青混凝土料的数量，调整当晚施工工作量，保证第二天顺利通航。

根据如上制定的3点对策，应用到试验段沥青道面摊铺施工。随机选取800m2道面，对改进后的沥青混凝土SMA-16的外观质量进行检查、统计，发现表面平整密实，无泛油、松散、裂缝、离析、花白料、结团成块现象（图5），道面外观质量符合MH5011-1999的要求。

5.结语

本文结合南苏丹朱巴国际机场改扩建工程，分析大宽度沥青道面不停航摊铺的离析原因并制定相应对策。分析产生离析的原因主要为螺旋布料器加长；混凝土集料级配间断和不停航摊铺。对此制定相应对策：优化螺旋布料器并保证混合料的高度；优化沥青混合料配合比设计；提前备料且计算合理的摊铺施工速度。对策实施后，有效解决了沥青道面离析的问题，提高道面施工质量。并为相关大宽度沥青道面施工工程提供了技术参考和管理经验借鉴。

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