寒冷地区沥青混凝土路面机械化施工技术

朱玉玺，冯栋梁，傅重阳，樊立志，段久波，谢小峰

（1.中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600；2.公路路面施工省技术创新中心，山西 晋中 030600；3.中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001）

随着我国高速公路建设里程的快速增长，高速公路路面摊铺施工的数量也在与日俱增。在高等级路面施工中，目前路面材料大多采用热拌沥青混凝土（HMA），其具有使用寿命长、路用性能优良、行车安全舒适性高和经济成本合理的突出优点。

在热拌沥青混凝土生产时，需将沥青和矿料加热到较高温度，加热过程需要消耗大量能源，还会有大量粉尘及废气排出，对周围环境和施工人员的身体健康造成极大影响。此外，在热拌沥青混凝土摊铺过程中，由于沥青是一种黏弹性材料，沥青混凝土的各种体积参数及其性能受温度影响较大，传统热拌沥青混凝土在低温环境下存在适应性不足的问题，具体体现在：一是热拌沥青混凝土在运输过程中，若外界温度过低，混合料运输车没有良好的保温系统，车辆边缘沥青混凝土降温较快，沥青混凝土易产生温度离析，导致路面压实不均匀，直接影响路面使用效果及寿命；二是在沥青混凝土压实过程中，若外部环境温度过低，摊铺后沥青混凝土由于降温速率较快，没有足够的时间供压实机械将路面压实，易造成路面空隙率大，引起路面早期病害，降低沥青混凝土路面使用寿命。

1 工程概况

新疆若羌县至民丰县高速公路是加快“疆内环起来、进出疆快起来”目标实现的重要工程，项目位于新疆阿尔金山及昆仑山北麓，塔克拉玛干沙漠南缘，主要为冲积平原和风积沙漠地貌。路面结构层采用5cm 中粒式沥青混凝土（AC-16C）+7cm 粗粒式沥青混凝土（AC-25C）+33（30）cm4.5%水泥稳定砂砾+20（15）cm 天然砂砾。下面层与基层间设道路石油沥青同步碎石封层，沥青混凝土路面的沥青层之间喷洒粘层油。项目正式投入运营，对进一步完善国家高速公路网，打造新疆“一带一路”核心区、建设中巴经济走廊带、带动南疆地区投资及发展具有重要战略意义。

2 寒冷地区沥青混凝土路面施工工艺流程

寒冷地区沥青混凝土路面施工工艺流程如图1 所示。

图1 寒冷地区沥青混凝土路面施工工艺流程图

3 沥青混凝土路面施工操作要点

3.1 沥青混合料配合比设计

根据集料的筛分结果计算分型值D，并对设计出的混合料试件进行体积指标和性能指标预测，然后采用马歇尔配合比设计对结果进行验证，其结果满足需求，最终确定若民高速且末段USP 温拌沥青试验段下面层AC-25C 施工集料比为：（22～28）mm∶（11～22）mm∶（6～11）mm∶（3～6）mm∶（0～3）mm∶矿 粉=19∶22∶23∶11∶22∶3，油石比为3.9%，USP 温拌剂掺量为4%。目标配合比矿料筛分结果及矿料合成级配结果见表1。

表1 目标配合比矿料筛分结果及矿料合成级配结果

3.2 沥青混合料拌和

USP 温拌沥青混凝土AC-25C 采用间歇式拌和设备集中厂拌，自卸车运输。按照配合比往沥青罐添加4%沥青总量的USP 添加剂，在110～130℃下强制搅拌60～90min，拌合好的沥青在110～130℃下使用。USP 改性沥青混合料拌和温度见表2。

表2 USP改性沥青混合料的拌和温度

3.3 沥青混合料运输

1）为减少混合料离析，装料采用分层（3 层）多次“品”字型装车工艺，同时加盖篷布对装料完成车辆进行保温。

2）根据现场环境条件，对运输过程中的温度变化进行预测，对运输车辆进行改造，在车辆四周（前、后、左、右和底部）增加保温板，其中为了提高保温效果，车辆左右两侧保温板进行加厚处理。

3）在沥青混合料顶部覆盖加厚棉絮和隔热防水雨篷，以减少温度离析，并根据预测到场温度，调整运输距离和运输速度，保证混合料的到场温度满足需求。

3.4 沥青混合料摊铺

1）对摊铺机平衡梁进行改造，增加非接触式超声波探头，对路面摊铺厚度进行多点监测，通过对比前后数据，对摊铺机油缸进行调整，实现了摊铺过程的实施监控。同时通过控制厚度及平整度，使纵横坡度符合设计要求，保证了沥青混合料摊铺质量。

2）为防止摊铺机熨平板卡入粒料将铺面拉出条痕，在摊铺作业前，安排专人对熨平板进行检查，确保拼接紧密，无缝隙，同时在摊铺作业开始1h 前对熨平板进行加热，使其温度不低于110℃。

3.5 沥青混合料碾压

根据环境因素，预测有效压实时间，并对碾压工艺进行合理调整与组织。混合料摊铺后根据摊铺长度进行压实作业，压实的原则为“紧跟、慢压、高频、低幅”，从低一侧往高一侧进行碾压。压实应分3 个碾压段进行，即初压、复压、终压。

3.6 接缝处理

下面层横向接缝采用平接缝，在施工结束尚未冷却前完成，施工时用3m 直尺在横断面方向5 个平均位置（平整度超过3mm 的部分切去）检测定出接缝位置，保证平整度和厚度，之后用镐凿平，经清理、干燥后涂刷粘层沥青。

3.7 检测验收

碾压完成后，根据公路工程质量检验评定标准规定的检测频率和方法，对沥青面层进行全线自检，检测其压实度、平整度、纵断面高程、厚度、宽度、横坡、路表渗水系数等各项指标，符合规范要求后进行下一道工序。

3.8 开放交通

待检测完毕，各项指标合格并待表层温度冷却至50℃以下后方能有序开放交通，对于特殊位置，需进行设置明显的交通标识。

4 沥青混凝土路面施工工艺创新成果

1）基于岩石破碎的分形特征，提出了基于矿料分布分形特征的温拌沥青混合料设计方法，得出寒冷地区温拌沥青混合料最优配合比，保证了混合料性能，降低了混合料在拌和过程中的能源消耗和碳排放，与热拌沥青相比节约能源50%以上，减碳效果显著。

2）研究应用了沥青混合料的施工过程温度控制技术及配套运输装置，采用热传导规律对新疆寒冷地区温拌沥青混合料运输和摊铺过程中的降温规律进行研究，有效控制了从运输到现场摊铺各阶段温拌沥青混合料温度，减少了沥青混合料运输和摊铺过程中的温度离析。

3）研究应用了寒冷地区温拌沥青混合料施工过程有效压实时间控制技术，采用ANSYS 对影响沥青混合料压实过程中温度变化因素进行分析，通过灰色关联理论对影响因素的主次进行排序，最后基于模糊数学得到寒冷地区温拌沥青混合料有效压实时间（37～40min 之间），保证了沥青混合料路面压实度。

4）基于北斗定位、激光引导技术，提出了冷地区沥青路面基层智能化摊铺压实技术，全套设备搭载了RTK 载波相位差分定位系统，通过接收卫星观测信号和基准站差分数据，有效解决了传统方法在高程放样中和摊铺机自动找平摊铺中易出现结构层厚度不均、平整度起伏较大等问题，减少了人为因素对路面平整度的影响，改善了水泥稳定碎石底基层、基层的平整度。

5 结语

以“低碳化、智能化”为施工理念，针对传统热拌沥青混凝土拌和温度高，摊铺及压实过程中的降温速率难以控制，传统摊铺及压实过程中缺乏动态质量控制等施工问题，开展了寒冷地区温拌沥青混凝土路面智能化施工技术研究，形成了基于沥青混合料矿料分形分布特征的矿料集配方法、沥青混合料的施工过程温度控制技术及配套运输装置、寒冷地区温拌沥青混合料施工过程有效压实时间控制技术，解决了传统沥青混凝土高能耗、高污染及施工方法效率低、质量难控制的等问题，提高了沥青混合料摊铺及施工效率。该技术已在新疆若羌县至民丰县高速公路路面施工中成功进行应用，各项指标符合规范要求，最大化减少对周边生态环境造成的影响，具有广阔的推广应用前景。