G6京藏高速公路那羊段沥青路面施工工艺及质量控制

2021-09-09李善强许新权吴土福吴传海

广东公路交通 2021年4期

青健，李善强，许新权，肖瑶，吴土福，吴传海

(1.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心，广州 510420；2.广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

西藏自治区地处青藏高原西南部，平均海拔4 000m以上，区域面积约为全国的八分之一。相比于内地，受地理环境、经济水平等因素制约，西藏地区高等级公路建设起步较晚，通车里程偏少。截止2020年底，即“十三五”末，西藏自治区已正式通车的高等级公路总里程约700km，包括拉萨至林芝一级公路、日喀则机场至日喀则市一级公路等。2021年初，我国“十四五”规划正式发布，为了配合国家战略发展需要，同时满足藏区人民日益增长的交通需求，西藏自治区高等级公路建设预计在不久的未来将进入一个快速发展的新阶段。目前，西藏自治区交通主管部门未针对本地区高等级沥青路面建设颁布相关技术规范或指南，针对沥青路面开展的科研工作也主要聚焦在原材料选择、沥青混合料设计及性能评价等方面。

为了适应西藏地区高等级公路发展，规范沥青路面施工操作，提高沥青路面施工质量，延长路面服役寿命，本文依托G6京藏高速公路那曲至羊八井段新建工程，在充分考虑当地特殊施工条件的情况下，提出沥青路面关键施工工艺及质量控制技术，旨在为后期同类项目施工提供参考。

1 工程概况

G6京藏高速公路那曲至羊八井段起于那曲火车站，经罗玛镇、香茂乡、古露镇、乌玛塘乡、阿热湿地、当雄县城、宁中乡，止于羊八井镇。项目按双向四车道高速公路标准建设，设计时速120km/h，整体式路基标准宽度26.0m，路线全长226.9km。全线共设混凝土桥梁145座，隧道1座，桥隧比为16.79%[1]。建成后将成为西藏地区第一条真正意义上的高速公路，同样也是我国海拔最高的高速公路，其平均海拔在4 000m以上。

本项目主线沥青路面结构如图1所示。桥面沥青铺装与主线沥青路面上、下面层结构形式相同，同时水泥混凝土桥面板上设SBS改性热沥青同步碎石防水粘结层。

图1 G6京藏高速公路那羊段主线沥青路面结构

本项目地处藏北高原，受地形、地貌、气流等因素影响，气候独特复杂，表现为年平均气温低、昼夜温差大、太阳辐射及紫外线强、空气稀薄等特点。与内地相比，项目所在地自然环境相对恶劣，这给沥青路面施工作业及质量管理带来一定挑战。具体表现在以下方面：

(1)气温偏低，同时伴随有突发的降雨、大风和冰雹，沥青混合料极易出现温度损耗。温度是决定沥青路面施工质量的重要因素，沥青混合料温度偏低，导致其难以碾压密实，沥青路面后期易发生车辙、水损坏。

(2)正午太阳辐射强，夜间气温骤降，冬季冰冻期漫长，水泥稳定碎石混合料易出现干缩或温缩开裂。如裂缝防治不到位，裂缝反射至沥青面层后，在雨水、荷载等耦合作用下将加速沥青混合料及路面结构破坏。

(3)海拔高，空气稀薄，给施工作业人员带来较大的生理挑战。受气候影响，沥青路面全年可施工的时间较短，工期紧张对施工质量可能会产生一定的负面影响。

明确本项目特殊的施工条件后，针对沥青路面各结构(功能)层分别提出合适的施工工艺及质量控制措施。

2 关键施工工艺及质量控制技术

2.1 桥面整体化层

本项目全线桥梁设置较多，且大多为预制混凝土梁桥。桥面整体化层作为将各预制梁段连接为整体共同受力的现浇钢筋混凝土结构，其施工质量直接影响到桥梁主体结构安全、桥面行车舒适性等。

桥面整体化层施工前应仔细清扫梁面建筑垃圾，并将预埋在梁体内的剪力筋扶正。随后将钢筋网片吊放至设计位置，并立即与剪力筋绑扎或焊接牢固，确保混凝土浇筑时钢筋网不沉底或上浮。靠近桥梁护栏1m范围内首先浇筑混凝土形成单侧标高带或双侧标高带，以此作为三辊轴等机具行走轨道。标高带养生到期，复测高程精准无误后，开始大面积浇筑水泥混凝土。混凝土经三辊轴振捣密实，基本整平后，进行人工精细化抹面及拉毛处理，确保整体化层表面平整粗糙。项目所在地昼夜温差大、桥面大风频起，混凝土养生时需做好保温、保湿处理，混凝土未达到设计强度的80%时不得开放交通。桥面整体化层施工流程如图2所示，桥面整体化层工后应满足表1的要求。

图2 桥面整体化层施工工艺流程

表1 桥面整体化层施工关键控制指标及要求[2]

图3 人工精细化抹面

图4 整体化层拉毛效果

2.2 级配碎石垫层及水稳碎石底(下)基层

本项目处于季节性冰冻地区，为了防止路基出现冻胀与融沉，施工中应严格控制垫层厚度。具体地，施工前对路基顶面高程、平整度等指标进行仔细复核。级配碎石混合料集中厂拌生产，同时采用专业摊铺机全程悬挂钢丝绳辅助摊铺，确保垫层表面平整、厚度均匀。项目所在地正午太阳辐射强，混合料水分易散失，拌和站应根据运距、现场天气等，动态调整级配碎石混合料出厂含水量，确保混合料现场碾压密实。一般地，宜在最佳含水量的基础上增加1.0%～2.0%。

表2 级配碎石垫层施工关键控制指标及要求

作为无结合料的混合料，级配碎石垫层易受到外部环境的破坏。项目所在地有明显的雨季，为了避免垫层遭受雨水冲刷浸泡损坏，级配碎石垫层验收合格后应及时铺筑水稳碎石底基层，进行封闭保护。

本项目沿线卵石、砾石资源丰富，在河滩、路侧等地随处可见。因地制宜，充分利用当地石料资源，可减少山体开挖破坏，保护西藏地区的生态环境。考虑到卵石、砾石表面光滑，直接生产水稳碎石混合料可能存在整体性不佳、强度不足等问题，通常需通过破碎加工处理满足一定要求后方可使用。本项目底基层施工中采用了一定量的卵破碎石，卵破碎石使用时应满足表3要求。

表3 水泥稳定碎石混合料用卵(砾)破碎石破碎面要求

图5 “三级”破碎工艺破碎卵石

图6 生产的卵破碎石表面粗糙

水稳碎石底基层和下基层均采用单机全幅挂线摊铺，现场至少配备2台26t以上的单钢轮重型压路机，2台26～30t胶轮压路机和1台12～14t双钢轮压路机进行组合碾压。为了适应本项目正午太阳辐射强、昼夜温差大、大风频发等环境特点，水稳碎石混合料碾压完成后及时采用“一布一膜”覆盖养生，每天正午气温升高后宜采用晒水车对土工布进行适当补水，保证水稳底(下)基层在养生期间始终保持湿润状态。为了防止大风吹开养生膜布，应适当增重砂袋及加密砂袋布置，并安排专人定时巡查膜布覆盖情况。

本项目工期紧张，沥青路面施工任务重。考虑到路基至桥梁过渡段水稳底基层和下基层依次正常施工需频繁转移摊铺机，耗费大量时间和人力的情况，针对以上较短特殊路段(通常小于50m)，施工时采用双层连铺工艺，一次成型水稳底基层和下基层[3]。

在仅有一台全幅水稳摊铺机的条件下，首先挂线施工水稳碎石底基层。压实度检测合格后，水稳摊铺机在已成型底基层上倒车回到起点连续施工水稳碎石下基层。为了减轻摊铺机及运料车对刚成型底基层的破坏，倒车时摊铺机受料斗内应尽量保持空仓，运料车不得超载，且不得在底基层上突然刹车或转弯。考虑到铺筑路段较短，水稳摊铺机折返并施工完水稳下基层时未超过底基层水泥的初凝时间，避免了层间洒布水泥浆的工序。如图7所示，水稳底基层和下基层层间粘结效果较好。为了提高水稳结构层的整体性，同时具备足够的施工可操作时间，水稳结构层双层连铺时，不宜使用早强水泥。

图7 芯样完整密实、层间粘结紧密

2.3 防裂层及下封层

本项目地处高寒高海拔地区，气候环境恶劣，一定程度上增加了水稳结构层在养生期及运营期开裂的可能性。为了防止水稳结构层裂缝反射至沥青面层，本项目通过在水稳下基层顶面铺贴防裂土工布加以处治。防裂基布材料质量及铺设质量共同决定了其防反效果。

防裂基布应具备一定的吸收沥青能力以紧密联结水稳结构层，沥青混合料施工时防裂基布应避免被集料硌破。防裂土工布应满足的质量要求见表4。

表4 防裂土工布主要指标及技术要求[4]

防裂基布摊铺前应仔细清扫水稳下基层顶面，满足洁净、干燥等要求后，依次喷洒高渗透乳化沥青透层油、改性乳化沥青粘层油。当粘层油表面出现结皮、而内部未破乳时立即摊铺防裂基布。本项目施工现场时常突刮大风，摊铺时基布应张拉顺直，避免铺贴时出现褶皱。防裂基布褶皱处结构层间接触不连续，形成的软弱夹层使得防裂基布抑裂效果大打折扣。待铺贴的防裂基布充分吸收粘层油后，采用轮胎洁净的胶轮压路机均匀碾压1～2遍，确保防裂基布密贴水稳结构层形成有机整体，有效抑止裂缝向上反射。防裂基布施工流程如图8所示。

图8 防裂基布施工工艺流程

图9 判断粘层油破乳状态确定摊铺时机

图10 防裂基布张拉顺直摊铺

为避免防裂基布遭受雨淋或施工机具污染，铺贴完成后立即施工下封层加以封闭保护。本项目下封层采用SBS改性热沥青同步碎石封层，SBS热沥青洒布量为1.2～1.5kg/m2。同步碎石采用规格均一的5～10mm瓜米石，碎石提前过机干燥除尘备用，撒布量为满铺的70%～80%。为进一步提高碎石的粘结效果，有条件时可采用0.2%～0.3%的沥青预拌处理。碎石撒布后采用轻型胶轮压路机均匀碾压1～2遍，使其嵌压稳固。SBS改性热沥青同步碎石封层应采用专业封层车施工，大面积施工前通过试洒(撒)确定合理的行车速度、沥青和碎石流量等参数，确保同步封层施工的均匀性。

图12 同步碎石封层施工效果

2.4 沥青上基层及面层

本项目采用专业沥青拌和设备集中生产上基层及面层沥青混合料。由于高原氧气稀薄，拌合楼燃料燃烧不充分，相比于内地，拌和楼实际产能存在一定的折减。为了满足前场连续施工的要求，宜采用4000型及以上大功率间歇式拌和楼生产沥青混合料，同时应统一石场筛网与拌合楼热料筛网设置，减少拌合楼等料或溢料现象发生。

上基层及面层沥青混合料均采用全幅沥青摊铺机一次成型，桥梁、匝道等特殊路段采用悬挂钢丝绳方式辅助摊铺机施工。运料车卸料时摊铺机不收斗，不停机。混合料碾压时严格遵循初压钢轮压路机和复压胶轮压路机“同进同退”，不漏压或过压。桥面沥青混合料宜采用振荡压路机代替振动压路机碾压。最后，采用6m直尺辅助双钢轮压路机进行纵横向收光，确保路面平整舒适。

图13 钢轮胶轮压路机同步进退碾压

图14 6m直尺辅助钢轮压路机收面

本项目所在地气温相对偏低，天气变化无常，大风、降雨和冰雹时有发生，给沥青混合料施工带来很大挑战。为确保沥青混合料温度始终满足施工要求，施工中有针对性地采取了如下工艺措施：

(1)昼夜温差大，尽量避开清晨和夜间施工，气温低于10℃时不得进行沥青混合料施工[5]。

(2)在确保沥青不出现老化的前提下，适当提高沥青混合料的出料温度。

(3)施工中突遇大雨、冰雹等极端天气时，拌合楼立即停止卸料，成品混合料暂时放入储料仓中存放。

(4)运料车出厂前覆盖好双层棉被及防雨篷布，到达现场直至完成卸料全过程不揭开棉被篷布。

(5)混合料摊铺时适度提高夯锤振频振幅，提高混合料初始压实度。

(6)混合料碾压时碾压区段不得设置过长，现场至少配置“三钢三胶”，在确保不粘轮的情况下减少钢轮压路机的喷水量。

(7)加强前后场动态联系，沥青拌合楼出料速度应与摊铺速度相适应，避免前场积压过多料车。

(8)现场配备足够的海绵、拖把和防雨篷布，应对突发的降雨和冰雹。

(9)提高施工全过程温度检测频率，引入红外热成像快速测温系统[6]，直观、立体、全面地监控沥青混合料施工温度，混合料温度不满足要求时及时废弃。

图15 手持式红外热像仪监测施工温度

图16 无人机搭载红外热像仪监测施工温度

依据《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2017)，对沥青上基层及面层进行过程质量控制及工后质量评价。目前沥青层厚度、压实度等指标多采用传统检测方法进行评价，一方面考虑到缺氧环境下工程技术人员作业难度大，另一方面考虑到传统检测方法具有“以点带面”、损坏路面、效率较低等缺点，本项目引入无损快速检测技术对沥青层施工质量进行评价，包括采用车载式激光平整度仪测试路面平整度、探地雷达测试路面厚度、无核密度仪测试路面压实度等。依照《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)进行检测评定，检测结果见表5和表6。