沿海软土地区高速公路沥青路面施工质量要点分析

2019-01-07陈荣海

福建交通科技 2018年6期

■陈荣海

(福州榕城港务发展有限公司，福州 350007)

0 引言

高速公路是我国加快经济发展、加强群众生活质量水平的前提保障，其亦是我国向世界各国展现我国现代化发展建设及综合国力的重要途径。随着我国交通需求量的不断增加，沥青路面成为高速公路路面工程的主要结构类型。不仅如此，我国还在不断引进发达国家先进的施工设备和施工理念，加之交通部门对公路施工、设计和养护等规范的不断修正，沥青路面的整体水平和高速公路修筑水平得到了迅猛发展。

沥青路面是用不同种类的混合料和矿料粘结作为面层并且与其他基层、垫层结合使用的路面结构。它不仅有平整的表面，没有接缝、能够提供舒适的驾驶环境，且具有施工周期短、养护方法简便、路面抗磨性好等多种优点，这些优点使得沥青路面成为了我国目前高速公路建设的首选类型。然而，在对沥青路面进行施工及使用的过程中总会发生一些让人猝不及防的病害，例如车辙、裂缝等病害现象。产生沥青路面病害的主要原因有：一是交通的流量过大，导致荷载过大。已经建好并投放使用的高速公路在受到超载车辆的反复碾压后，面层超出了设计荷载的限度，造成不同程度的破坏；二是地理气候原因。我国地理环境复杂，不同地区气候差异较大，如果不能全面考虑这些问题，而是采用单一的设计、施工理念，则部分设计参数的取值得不到科学性和合理性，这就导致了一些高速公路的路面结构组成不能适应当地气候环境；三则是施工质量控制方面。随着高速公路沥青路面施工工艺流程发展得日益成熟，人们在施工进行的过程中对沥青路面施工质量的控制把控得越来越严格，一旦在施工前期准备过程中没有完善质量控制体系，就会对高速公路造成明显的早期破坏，降低路面实际使用寿命。本文以福建省某高速公路为依托，分析了在沿海软土地区高速公路沥青面层施工工艺及质量控制方法。

1 沥青混合料的性能及其技术指标

1.1 高温稳定性

沥青混合料的高温稳定性直接关系着路面抵抗永久变形的能力，若沥青混合料的高温稳定性不达标，则会对路面造成推移、拥包、搓板、泛油等病害，这些路面变形长期在车辆荷载的反复作用下会出现车辙。车辙主要发生在高温季节，渠化交通的重交通道路上。车辙会导致车辆的轮子两边的沥青层厚度变得十分薄，从而大大地减弱了路面整体的强度性，因此引发更多病害的发生，比如车轮打漂导致车辆发生漂移、车辙积水等病害现象的发生，都是因为车辙的永久变形，使路面排水受到阻碍；对车辆变道造成极大的危害，因为车辙会使车辆变道时车轮失稳，对驾驶员操纵车辆造成了影响。由此可见，沥青路面病害的主要病因皆是由车辙所致，且沥青路面产生车辙的主要因素十分复杂，包括结合料、集料等类型及地理气候环境等。除了上述原因之外，在施工进行的过程中，施工碾压的方法将会对混合料的结构内部的强度产生直接的影响，碾压不当时也会产生车辙。车辙具有三种形成机制：结构型车辙、失稳型车辙、磨耗型车辙，这三种车辙的原因和防治措施介绍如下：

(1)结构型车辙

这类车辙又称为传递型车辙，主要是由于路基变形传递到面层而使路面结构产生整体性永久变形。

通过以下方法减缓结构型车辙：其一，混合料和基层材料内要分别含有足够的矿粉和经破碎的颗粒，以便达到确保基层设计满足工程实践要求的目的；其二，基底在碾压施工时要充分碾压以达到规范满足的要求，避免工后附加压密。

(2)失稳型车辙

因为车辆在行驶的过程中，其长期的对沥青路面的结构层产生荷载作用，导致了沥青路面结构层的内部材料产生横向流动，在横向上发生了位移，因此人们也称失稳型车辙为横向车辙。

可以通过以下方法对失稳型车辙进行减缓：首先是集料含量问题，即要保证沥青混合料在施工过程中始终含有较多的通过粉碎具有棱角的集料；并且需要保证集料中矿粉和粗颗粒的含量足够多；其次，大尺寸集料的表面文理也是预防车辙的关键因素；再次，为保证沥青与集料能牢牢黏接在一起，施工过程中必须保证集料颗粒表面的沥青膜要具有足够厚度。

(3)磨耗型车辙

磨耗型车辙是一种持续产生的车辙，其原因是沥青路面在车轮磨耗和雨水侵蚀等外界因素的持续影响下不断的损失而形成的。

该种车辙可以采取对交通进行限流、管制，在施工进行的过程中调整混合料级配等方法来防治。

1.2 耐久性

沥青路面在车辆荷载和自然环境的因素的长期的作用和影响下会出现一定程度的剥落和松散问题，而耐久性是指沥青路面能保持正常使用状态而不出现这些损坏的能力，其具体体现在沥青路面的水稳定性抗老化性。

(1)沥青路面的水稳定性

在福建等沿海地区，雨量充沛，沥青路面在雨水的长期作用下会导致松散、剥离、凹坑等病害的产生，这些病害现象对车辆在行驶过程中的安全性及稳定性产生了十分巨大的影响及危害。沥青路面的水稳性是沥青路面耐久性的关键，沥青与集料二者之间的粘附效果对沥青路面的耐久性有着不可估量的影响。但是在下雨天时，雨水会使矿料发生某些化学反应，这些化学反应的发生，一定程度上对沥青与集料之间的粘附效果产生了破坏。对沥青与集料间粘结力的产生影响效果的原因主要有沥青与集料表面的界面张力、沥青粘性、集料与沥青拌合的温度、集料的清洁度及集料的含水量等多方面的因素。

(2)沥青路面的抗老化性

沥青路面的抗老化性是沥青的混合料耐久性的重要因素之一。当沥青路面在进行施工及使用过程中都会面临一系列路面老化问题。沥青路面的老化现象包括施工过程的短期老化现象和使用过程中的长期老化现象，具体情况如图1所示。

图1 沥青老化曲线

2 沥青混合料配合比控制

2.1 工程概况和技术标准

本文的研究对象是福建省某高速公路沥青路面工程，该工程全长50.1km，线路总体呈东西走向。该地区属于亚热带季风气候，雨量充沛，年平均降水量为1200mm，年平均气温为20～25℃。道路的规划为双向六车道的设计，该条道路的总宽度24m，路面宽度22.0m。该高速公路沥青路面结构由上到下如图2所示。

图2 路面结构图

2.2 沥青混合料级配控制

在沥青路面施工过程中，沥青混合料的力学性能以及路用性能的直接受到级配的影响，因此在沥青混合料的生产拌和阶段，必须确保混合料级配满足设计中的要求。这就要求施工阶段做到以下三点：第一，当沥青混合料的料源改变时，必须重新设计混合料配合比，根据设计规范指标对混合料级配的稳定性进行严格地检测，并且根据检测所得到的检测报告，及时对混合料级配做出微调，以确保生产过程中的配比能够达到设计的标准值。第二，当施工人员在拌和阶段进行的过程中，原料斗流量需要密切的观察是否保持均匀，必须要防止因为集料喂料的不均匀所造成的混合料离析现象的发生。最后，现场人员应按照现场需要，对拌合机械的进行合理的安排，调节计量控制系统中产生的误差，并修正在生产进行过程中生产配比错误，确保沥青混合料的级配在生产进行时与在设计时目标级配设计曲线的一致。下表1为该高速公路沥青路面的主要材料。

表1 某高速公路沥青路面主要材料表

3 沥青路面施工机械及拌合质量控制

3.1 施工机械选择

为了保证施工进度和质量，高速公路沥青拌合设备要求十分严格。拌合设备一般分为两大类，即连续式和间歇式。该工程采用连续式搅拌设备。间歇强制式搅拌设备可以使矿料与沥青的比例十分精确，并且也可以根据施工需求随时对矿料级配和油石比进行变更，间歇强制式搅拌设备所拌制出的沥青混合料质量高，可满足各种各样的施工要求。

3.2 拌合中出现的异常现象及解决措施

(1)初拌易出现废料

这种现象主要是由温度引起的，由于每天早上拌合骨料和沥青时，外界温度没有达到规定值，就会造成搅拌不均匀出现废料。为了防治这种病害，当搅拌机在进行第一次搅拌的过程中，应该提高火焰的温度，以此保证粗细集料和沥青加热温度稍微高于规定值。

(2)出现超粒径颗粒

拌合成品出现超粒径颗粒的原因可能有以下三个原因，一是，拌合机在长期工作后，最大筛孔的振动筛可能会发生损坏的现象，导致超粒径的颗粒从损坏的地方掉落至下一层筛网；二是，振动筛上超粒径颗粒从边框空隙落到下层筛网；三是，搅合机的废料出口筒会发生堵塞现象，超大粒径颗粒不能及时排出。因此，拌合过程中要定期检查振动筛，及时调整冷料仓上料速度。

(3)出现花白料

这种现象是拌合机器温度低，搅拌时间太短，搅拌机内部灰尘积累太多等因素造成细料偏多，拌合成品中出现了花白料。花白料现象可以通过提高加热温度、加长拌合时间、减少矿粉用量来进行解决。

(4)出现枯料

若原材料的含水量超过规定值的细集料时，由于要蒸发细集料中过高的水分，加热时间就会变长，导致粗集料受到较长时间的加热，温度超过规定值出现枯料。因此，在选择细集料时，要保证原材料的含水量大于7%的细集料不能超出规定范围。除此之外，细集料需要具有比较庞大的储备功能，以此保障其充足的风干时间。

为了确保混合料的拌和质量，需要做好以下几个方面的工作：

①原材料控制：依据相关材料设计要求的规定，做好各种粗细集料的选择，如果集料中发现含水量较大，则应延长烘干时间。

②配合比的计量：冷料仓供料时，应严格按照事先确定的配合比，并且为了确保计量的准确性，在试生产前应对各个计量装置进行检查和标定。

③温度控制：混合料温度的高低，不仅影响着装车难易程度，还影响着沥青的性能和运输质量控制，由此在沥青混合料生产的每个环节都要强调温度控制。具体温度应根据沥青品种、标号、粘度等因素进行合理确定。

3.3 运输方面质量的控制

运输过程中，要对运输质量进行科学、合理控制，以确保运输安全。首先，施工方必须对全体驾驶员进行严格的、科学的岗前技术培训，保证每一名运料车驾驶员皆能够对运输路线与运料顺序做到了如指掌，并且要牢记运输过程中的注意事项以及当运输事故或不可抗拒因素发生时的紧急处理方法；第二，运料车驾驶员应对运输路线、运距做仔细的确认，对运输时间做到严格的把控。

此外，应该对运输的车辆车厢与光滑的金属底板做到彻底的清洁。为了避免沥青混合料与运输车辆车厢板产生粘结，应当在运输车辆车厢内部侧板和底部涂1∶3的柴油水混合液，必需严格控制涂液用量，不能够积存油水。

4 摊铺及压实工艺质量控制

4.1 沥青混合料摊铺

摊铺前应做好机械的准备工作，例如，对刮板输料器、螺旋分料器等进行检查，通过上述方法可以让机械保持在一个良好的工作状态。必须严格且彻底地检查振捣梁的底面与振捣梁前下部，防止其行程及运动速度因其磨损过大偏离标准值，检查厚度调节器和拱度调节是否良好等。同时还要尽量减少安装和调试而产生的误差，随时检查液压系统的工作压力，使其处于正常状态。由于施工位于软土地区，因此摊铺前还要做好土质处理，具体方法有：

(1)优化土的三相体结构比例关系，让地基在通过处理后可以最大程度地与外部新的环境条件所适应。土壤压实、强夯(动力置换)等皆是为了为了调整土的三相体结构比例关系。

(2)在施工过程中，通过使用固化的方法对沥青混合料进行采取，根据该种方法可以加强地基抗变形的能力。

摊铺前首先要彻底清扫下承层。采用人工结合空压机的方法清理下承层，清理完后，还要复测下承层的平整度，保证下承层的平整度在规范范围内，一旦出现超出规范规定的部分，要及时修正，现场所凸起的基层需要使用铣削进行机械铣刨处理，凹陷下去的基层则需采取土方回填压平。在沥青混合料摊铺实施前，需密切对沥青混凝土路面的基层进行质量监测，尤其是基层在局部粗骨料集中的地方，经常会发生松散现象。一旦松散现象发生，应该立刻对其进行补救处理，随后再对沥青面层开展摊铺。当基层的松散的现象不是十分危急时，施工人员仅需将基层中发生松散现象的区域挖出且进行清理，再对该区域洒黏层油及透层油，当摊铺机开过该区域时，再对该区域采取人工回填沥青混合材料，最后摊铺机摊铺成型即可。混合料摊铺机工作图如图3所示。

图3 沥青混合料摊铺工作图

4.2 沥青路面压实工艺流程

高速公路沥青路面压实工艺流程主要包括初压、复压和终压。初压主要是为了对混合料进行整平与稳定，同时为复压提供良好的施工环境；通过采取复压措施，可以将混合料达到一个稳定的状态并且最终成型；通过采取终压工艺，可以消除沥青路面在施工过程中所留下的轮迹，最终可将压实面处于一个平整的状态。

在压实进行过程中，振频对沥青表面层施工质量有一定的影响作用。若压实厚度与碾压速度已经确定后，就要选择压路机的振频，使冲击间距比压实层厚度要小一些，以避免表面发生短的波纹。振幅主要影响沥青面层的压实深度。当碾压层较薄时，宜采用高振频低振幅；而碾压层较厚时，则在满足最低振频的要求下，选择较高的振幅以获得较高的压实度。

压路机的起动和停止必须减速缓慢进行。在对沥青路面进行碾压时，必须使摊铺机朝向驱动轮，并且施工进行的方向及施工线路必须不能突然地转向，否则会对混合料产生推移作用。

压路机碾压应从外侧低处向路中碾压。二轮压路机应向前碾压一遍后，不在碾压作业段前端错轮，原路退回后在碾压施工进行的末尾路段进行错轮，然后进行下个碾压带，相邻碾带应重叠15cm左右。压路机在完全退出碾压作业段后停止振动并缓慢错轮，以免错轮过急造成混合料的推移和挤起。在碾压过程中，为了保证混合料温度处于一个合格的标准值，不会太快地下降，下一个碾压带就要向摊铺机靠近一些，使折回处不在同一横断面上，而使呈阶梯状地随摊铺机向前前进。