高速公路沥青中面层施工最佳工艺参数确定研究

2020-12-23彭少龙刘艳军蒋代祥

西部交通科技 2020年8期

彭少龙刘艳军蒋代祥

摘要：为了确定某高速公路沥青中面层最佳施工工艺参数，文章结合中面层首件试验段施工实例，验证了中面层渗水系数、平整度、厚度、压实度等关键指标满足规范和设计文件要求，并通过优化调整得到最佳工艺参数。最佳工艺参数的确定，将有助于为中面层大面积施工提供技术参数和指导，优化路面整体施工质量。

关键词：高速公路;中面层;工艺参数;试验段

中图分类号：U412.36+6A120434

0 引言

公路路面含多种路面结构形式，在我国，高速公路路面结构形式主要以沥青路面为主，然而沥青路面早期破坏和耐久性差等现象是目前已通车项目普遍存在的问题，制约着我国高速公路的健康发展。优化沥青路面基本技术指标以及施工工艺对路面施工质量控制有显著提升效果。本文以广西某高速公路实际工程为依托，开展试验段施工[1-5]，从沥青原材料、混合料级配设计及混合料的拌和、运输、摊铺、碾压等多个方面进行分析，提出沥青路面施工的最优参数，为沥青路面大面积施工提供技术参数，优化路面整体施工质量。

1 工程概况

项目起讫桩号K88+160～K129+500，里程38.691 km，本次路面沥青混凝土中面层试验段为6 cm厚AC-20C沥青混凝土面层，施工选择在K98+340～K98+710左幅，长度为370 m。主要设计标准及路面结构形式如表1、下页表2所示。

2 原材料与配合比设计

2.1 沥青

AC-20C中面层、AC-13C上面层采用SBS-ID型的改性沥青，改性沥青应采用适宜的生产条件及方法制备，改性剂用量和加工温度应通过试验得到合理的确定。沥青和改性剂的质量符合规范和设计要求，如表3所示。

2.2 集料

中面层集料由地方采石场提供。集料应满足以下要求：石质坚硬、洁净、干燥、表面粗糙、无风化、无杂质、有棱角优质石料颗粒、中上面层与集料的粘附性应达到5级，当达不到要求时，应掺加水泥、消石灰等抗剥落剂措施，其用量经试验确定。矿粉是自产的，经检验该矿粉符合施工图设计文件及《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中“沥青混合料用填料质量要求”[6]。

2.3 生产配合比

本次AC-20C沥青混凝土中面层试验段生产配合比油石比为4.3%，集料配比：5#热料仓（16～23 mm）：22%;4#热料仓（11～16 mm）：24%;3#热料仓（6～11 mm）：23%;2#热料仓（4～6 mm）：6%;1#热料仓（0～4 mm）：23%;矿粉仓：2%。

3 施工工艺参数试验研究

3.1 机械准备

为了使路面混合料的生产能力满足施工进度，项目将集中优良机械设备及配套的设施进场，在试验段施工前进行设备调试，确保摊铺工作顺利进行。机械设备使用工作内容、名称、型号、数量等情况如表4所示。

3.2 施工流程

沥青混凝土中面层施工工艺见图1。

施工前测量组用全站仪对施工段落进行了中线和设计边线的放样工作，为了在施工完工后验证混合料铺设的松铺系数，一般在直线上间隔20 m，在平曲线上间隔10 m布设标高点。

中面层施工前，对下承层进行彻底清理，并安排专人清除下承层表面杂物，采用大功率鼓风机将表面清理干净，必要时将采用水车对下承层表面进行冲洗。

本次A级70号道路石油沥青施工，采用智能型沥青洒布车喷洒。喷洒的沥青成均匀雾状，形成一薄层均匀分布在路面全宽度内，并对喷洒缺陷进行处理，不足处进行补洒，过量处进行刮除。结构物与沥青接触的部位都已均匀涂刷石油沥青。

3.3 沥青混合料拌和

沥青混合料温度控制要求：（1）沥青加热温度>165 ℃，集料加热温度控制在170 ℃～185 ℃;（2）混合料出场温度控制在165 ℃～180 ℃;（3）第1盘混合料出料温度为170.1 ℃，拌和站温度控制满足要求。

拌和过程中干拌时间设定为5 s，湿拌时间设定为45 s。根据监控数据及逐盘记录结果，计算的平均油石比均为4.3%，满足沥青中面层的最佳油石比要求。本次试验段第1车混合料出场温度为170.1 ℃，满足温度控制的要求。混合料出料均匀一致，无花白、冒青烟、离析等现象，色泽发亮，油膜裹附良好。

3.4 沥青混合料运输

中面层采用10辆自卸车进行运输，平均运距约2 km，运输平均时间为10 min。施工過程中，保证前场有3辆车待铺，后场有3～4辆车待装料，每车平均装料时间约为15 min。为了防止运输过程中车厢顶面锥形混合料发生离析现象和洒落，已要求所有运输车装平车厢即可，装载数量平均为45 t。

运输车装料前均按要求对车厢进行清理、冲洗、晾干、喷涂隔离剂等工作。喷涂过程中以不流淌、不积液为准。装料时，运输车按“前、后、中”三部分挪动汽车进行装料，防止沥青混合料在装料过程中产生离析。全程未揭开篷布，车辆卸料时已安排专人指挥向摊铺机受料斗倒车≤5 km/h，当车辆后轮离摊铺机30 cm左右时已要求停止倒车并挂空挡，控制刹车，且摊铺机向前推动并根据信号铃声开始缓慢卸料，整个卸料过程中，未出现撞击摊铺机情况。混合料到达现场后实测温度167.7 ℃，满足规范要求。

3.5 沥青混合料摊铺

采用PowerDT-1900摊铺机摊铺，试验段施工前，应提前0.5～1 h对摊铺机熨平板进行加热，预热温度≥100 ℃。开始铺筑混合料时，现场须有至少3车沥青混合料候场。摊铺中严格控制温度，遵循“快卸料、快摊铺、快整平、快碾压”“人停机不停”等原则。同时，为提高路面初始压实度，应注重调整摊铺机熨平板或夯锤压实装置的振捣频率或振幅。为使摊铺的混合料没有明显的离析和拖痕，熨平板加宽连接应紧密。

在试验段摊铺过程中应合理调整摊铺机工作参数。摊铺前检查摊铺机各工作部件运转情况，摊铺速度3 m/min。刮板和螺旋器为自动给料装置控制，应保证料槽内的料量在螺旋器叶片2/3左右的位置。严格控制摊铺机收斗次数，减少因收斗可能造成的离析现象，每次收斗采用半行程停止送料的方式，即收斗侧板关闭约60°角，送料刮板停止传动，待下一车到位卸料后，再进行送料，确保收斗产生的离析粗细集料再次经过刮板和螺旋布料器进行拌和，减少离析的发生。

3.6 沥青混合料碾压

采用3台双钢轮压路机和4台胶轮压路机组合进行碾压作业，双钢轮配置自动喷水雾装置，根据钢轮干湿情况及时调整喷水量，胶轮压路机配置自动涂抹隔离剂装置，人工在摊铺过程中检查涂抹效果，保证涂刷均匀、油渍不滴漏、无脚印，确保摊铺质量。

碾压前，压路机停在铺设好的帆布上，提前除锈除污并涂刷含有隔离剂的水溶液，碾压由专人进行指挥，保证碾压过程不重压、不过压、不漏压，并根据摊铺机的行驶速度适当调整碾压速度，以避免压路机过压或碾压不及时问题的出现。

碾压过程要求：（1）遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”原则;（2）初压在较高的温度下进行，同时碾压时相邻碾压带应重叠1/3轮宽;（3）初压压路机紧跟摊铺机，复压和终压依次进行循环向前碾压;（4）碾压时将驱动轮朝向摊铺机，初压时压路机成45°角斜线碾压一遍;（5）碾压路线及方向不应突然改变;（6）压路机起动、停止必须减速缓行，不准急刹制动;（7）碾压过程中及时检测混合料的温度。

4 施工质量检测

试验段完成后采用路面渗水仪对沥青中面层进行渗水系数检测。中面层完成后对其平整度进行检测，采用3 m直尺检测2个断面，每个断面连测5尺。钻芯取样检测厚度。同时，对试验段宽度、横坡、高程进行检测[7]。

对渗水系数、平整度、压实度、路面宽度、横坡数据检测指标汇总如表5所示。

5 施工关键参数确定

5.1 生产配合比的验证

生产配合比的最佳油石比为4.3%（沥青用量为4.12%），各档集料的比例为：5#热料仓（16～23 mm）：22%;4#热料仓（11～16 mm）：24%;3#热料仓（6～11 mm）：23%;2#热料仓（4～6 mm）：6%;1#热料仓（0～4 mm）：23%;矿粉仓：2%。

5.2 合理的机械配置数量和组合方式

MAC360-5000-UT2型沥青拌和楼，位于K100处1#拌和站，距施工现场约2 km，最大理论生产能力为360 t/h，能满足正常的施工需要，前场机械的配置为PowerDT-1900摊铺机、3台双钢轮压路机、4台胶轮压路机及一台小型压路机。

运输车辆共用10辆大型装载车，每车装量约为45 t，满足施工要求，后续大面积施工根据实际情况增加车辆，以满足施工需求。

5.3 摊铺作业的工艺过程

确定的工艺过程为：

（1）摊铺机摊铺前：1 h对熨平板加热温度达100 ℃。

（2）摊铺过程中：随时检查松铺标高，并确保摊铺机工作的连续性，摊铺温度≥160 ℃，摊铺速度根据运输能力宜控制在3 m/min，控制范围为2～4 m/min。

5.4 压路机的碾压顺序、速度、遍数等压实工艺

改性沥青中面层试验段施工过程中，分别采用了两种碾压方案进行压实，碾压过程遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”原则进行碾压施工。

碾压方案：

初压2遍，采用2台双钢轮压路机（13 t）并行静压;复压4遍，采用2台胶轮压路机（30 t）并行碾压4遍;终压2遍，采用2台胶轮压路机（30 t）并行碾压2遍;最后采用双钢轮压路机（13 t）收面1～2遍（碾压至无明显轮迹），小型压路机（3 t）进行碾压边部。

5.5 拌和站性能、混合料施工温度

MAC360-5000-UT2型沥青混凝土拌和站，产量在330～360 t/h之间，最佳出料产量为360 t/h。按360 t/h的产量统计，10 min可装满一车料（约45 t左右），其生产能力完全可满足正常施工需要。拌和站出料稳定、性能可靠，现场无搅拌不均匀出现花白料的现象。通过现场对混合料实际温度进行测量，各时间段的温度均符合设计及规范要求。

6 结语

以现场试验段方式，检验了AC-20C沥青中面层施工的关键性参数，并通过分析研究成果质量情况，优化调整施工工艺及关键性参数，最终确定了高速公路AC-20C沥青中面层的施工工艺参数，将有助于提高沥青路面施工质量。主要结论如下：

（1）确定了生产配合比的最佳油石比，其值为4.3%。

（2）MAC360-5000-UT2型沥青拌和楼能满足正常的施工需要，搭配PowerDT-1900摊铺机、3台双钢轮压路机、4台胶轮压路机及一台小型压路机，运输车辆共用10辆大型装载车，每车装量约为45 t，满足施工需求。

（3）摊铺温度≥160 ℃，摊铺速度根据运输能力宜控制在3 m/min，控制范围为2～4 m/min。

（4）碾压方案：初压2遍，采用2台双钢轮压路机（13 t）并行静压;复压4遍，采用2台胶轮压路机（30 t）并行碾压4遍;终压2遍，采用2台胶轮压路机（30 t）并行碾压2遍;最后采用双钢轮压路机（13 t）收面1～2遍（碾压至无明显轮迹），小型压路机（3 t）进行碾压边部。

（5）MAC360-5000-UT2型沥青混凝土拌和站，产量在330～360 t/h之间，最佳出料产量为360 t/h。

参考文献：

[1]谢波.AC-25C沥青下面层首件工程施工总结[J].人民交通，2019（10）：63-64.

[2]黄佩丽.GAC-20C沥青混凝土中面层首件施工技术工艺之我见[J].智能城市，2017，3（5）：101-102.

[3]刘浅居.基于“首件工程”的沥青路面施工质量控制研究[D].广州：华南理工大学，2011.

[4]李成，施建坤.浅析沥青路面下面层首件施工[J].现代交通技术，2010，7（S1）：86-88.