對高速公路瀝青路面施工技術(shù)探討

唐　波

摘要:本文根據(jù)工程案例,就高速公路瀝青路面工程施工質(zhì)量控制、激光紋理評價路面施工離析及質(zhì)量控制水平等問題介紹和總結(jié)。

關(guān)鍵詞:高速公路 瀝青路面 施工

中圖分類號:U416文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0051-02

目前,我國高速公路瀝青路面建設(shè)的主要問題表現(xiàn)為早期損壞,如車轍、坑槽、開裂等,究其原因不外乎設(shè)計、材料、施工等存在問題。調(diào)查研究及大量工程實踐顯示,基于疲勞理論的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計方法并非主要原因,施工質(zhì)量的不均勻被普遍認為是主因之一。通過施工過程的質(zhì)量控制,是能夠減少或避免原材料不穩(wěn)定、瀝青混合料施工不均勻等施工質(zhì)量問題。本文以某高速公路為案例,以控制瀝青混合料的離析為目的,針對整個施工過程開展研究,主要包括集料生產(chǎn)、運輸、堆放等環(huán)節(jié)的集料離析,瀝青拌合樓生產(chǎn)、儲存、裝料、攤鋪機收斗、布料器分料等工藝環(huán)節(jié)存在的混合料級配離析,混合料運輸距離過長、未采取保溫措施、機械故障、氣溫較低等于原因?qū)е碌臏囟入x析。顯然,僅僅認識到離析問題所在和采取了防止離析的相關(guān)技術(shù)措施仍然是不夠的,還需要有效的檢驗手段 ,監(jiān)控施工質(zhì)量效果以便及時發(fā)現(xiàn)問題、反饋信息和調(diào)整相應(yīng)施工工藝,施工中嘗試了無損檢測方法激光紋理儀。

1 工程案例

該公路全長153.2km,預(yù)測本高速公路建成通車后的交通量大,重載車多,又處在高溫、多雨的地區(qū),顯然對于瀝青路面的抗高溫穩(wěn)定性和抗水損害性能將是嚴(yán)峻的考驗。

該公路主線以瀝青混凝土路面為主,其路面結(jié)構(gòu)(見圖1)為:主線路基段4cmAK-16A(上面層)+5cmAC-20I(中面層)+6cmAC-25I(下面層)+1cm(下封層)+40cm(水泥穩(wěn)定碎石基層)+20cm(水泥穩(wěn)定類底基層);橋面鋪裝部分沒有下面層,中面層與上面層與路基段相同。而沿線的石場調(diào)查顯示,石料基本是花崗巖 ,限于工期和造價的制約,材料設(shè)計只能采用花崗巖,這無疑為設(shè)計高性能的瀝青混合料增加相當(dāng)大的難度。

瀝青面層工程量大,工期緊是該工程的突出問題。為了確保工程施工質(zhì)量,甚至實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)工程,制定一套瀝青路面施工的組織管理和質(zhì)量控制體系十分必要。

2 施工質(zhì)量控制

通過對該高速公路瀝青路面施工離析的控制和研究,提出了瀝青路面離析主要應(yīng)從集料離析、瀝青混合料級配離析以及溫度離析3個方面進行控制。

2.1石料質(zhì)量控制

鑒于目前我國石料生產(chǎn)的整體技術(shù)能力和管理水平落后,不可能要求規(guī)格料生產(chǎn)能達到很高的水平,而原材料的質(zhì)量又直接影響著瀝青混合料的性能,如何在有限的條件下,提高該高速公路瀝青路面原材料質(zhì)量十分關(guān)鍵。該高速公路石料采用沿線的花崗巖類石料,不可避免的會存在一些不足,如與瀝青的粘附性差、強度不高、磨光值偏低,組分不穩(wěn)定(密度變化)等,顯然,加強對石場和料場原材料技術(shù)指標(biāo)的質(zhì)量跟蹤控制十分必要。施工中在加強對施工單位原材料自檢以及監(jiān)理單位抽檢的基礎(chǔ)上,同時開展了技術(shù)服務(wù)單位平行檢驗與質(zhì)量穩(wěn)定性評價試驗,如及時進行石場或料場各規(guī)格料的表觀密度、篩分、針片狀、軟石含量等指標(biāo)的檢驗。粗集料每500m3進行常規(guī)檢驗,細集料每200m3 抽檢,將各指標(biāo)進行統(tǒng)計分析,通過對均值及標(biāo)準(zhǔn)差的比較,跟蹤石料的質(zhì)量便一準(zhǔn)狀況,如篩分顆粒組成配變化反映了振動篩網(wǎng)的磨損程度,密度的變異顯示了開采巖層的變化,棱角度的變大說明反擊頗槌需要更換等。通過上述技術(shù)把關(guān),發(fā)現(xiàn)施工中個別石場石料不同程度存在針片狀超標(biāo)、風(fēng)化石含量過大、含有密度異常黑色碎石等問題,并及時進行了處理,避免了質(zhì)量事故的發(fā),大大提高了原材料的質(zhì)量控制力度。

2.2 配合比設(shè)計驗證與優(yōu)化

解決瀝青混合料級配離析應(yīng)首先從目標(biāo)配合比設(shè)計開始。增加粗集料比利可提高混合料抗高溫性能,但也增加了施工離析的風(fēng)險;反之,細集料比例變大,雖施工均勻性較好,但抗高溫性能損失較大。本文著重開展了以下方面的重要工作:按規(guī)范設(shè)計同時兼顧廣東省省交通廳2003299號文件要求;兼顧高溫穩(wěn)定性和密水性,采用 SUPERPAVE技術(shù)優(yōu)化規(guī)范配合比設(shè)計的部分體積指標(biāo)。

299號文件對瀝青混合料配合比設(shè)計的要求體現(xiàn)在2個方面:針對廣東省地處經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)特點,即交通量大,重載車比例高,提出了中上面層重交瀝青混合料應(yīng)不小1200次/mm,以及針對高溫多雨的特點,提出了中下面層瀝青混合料設(shè)計空隙率為3%～4%,抗滑表層為4%～5%。施工過程中遇到問題的現(xiàn)場指導(dǎo)與專題研討等。

眾所周知,AC類瀝青混凝土為密實懸浮型結(jié)構(gòu),其粗級料未能形成良好的嵌擠分布,而越來越多的研究表明(如美國的SUPERPAVE技術(shù)和我國的按體積設(shè)計混合料CAVF法),混合料的高溫穩(wěn)定性受級配的粗集料嵌擠狀態(tài)的影響相當(dāng)顯著。為此,設(shè)計規(guī)范瀝青混合料的同時適當(dāng)考慮已有研究成果,提高所設(shè)計的規(guī)范瀝青混凝土粗集料間的嵌擠程度,針對不同原材料,通過大量試驗確定級配曲線的走勢和關(guān)鍵點的通過率引入體積法設(shè)計瀝青混合料思想 ,嚴(yán)格控制 VMA、VFA、VV 等積指標(biāo),如中下面層“S”曲線的曲率反向位置最適宜2.3～9.5mm間,對于AC類瀝青混合料4.75mm通過率,AC-25I控制為37%?%,AC-20I控制為43%?%,2.36mm篩檔的分計篩余控制在10%以內(nèi),對于VMA指標(biāo),AC-25I大于13%,AC-20I大于14%。這些技術(shù)措施既提高了瀝青混合料的抗高溫穩(wěn)定性,也減少大顆粒多所造成的級配離析。

2.3 施工過程中的離析分析與控制

瀝青混合料施工過程存在級配離析和溫度離析2種主要情況?？刂萍壟潆x析應(yīng)解決瀝青混合料拌和、儲存及運輸離析以及現(xiàn)場攤鋪離析等,無論那一種情況,一般施工后都會表現(xiàn)為瀝青混合料的均勻性差,出現(xiàn)混合料級配異常。由于我國原材料的質(zhì)量穩(wěn)定性較差,目前瀝青拌和機主要采用間歇式,冷料倉進料就有可能產(chǎn)生離析,如原材料堆放造成的“上細下粗”致使冷料階在段性變異;冷料倉進料無擋板會發(fā)生混料;冷料倉出料口為矩形時,滿料倉位對傳送皮帶的產(chǎn)生較大阻力,進料方向的倉內(nèi)易形成死區(qū);斗門開度大小影響著皮帶轉(zhuǎn)速,若沒有反饋信號系統(tǒng),造成進料波動;細料含水量過高時,供料易產(chǎn)生聚堆的情況,等等。施工中采取將冷料倉進料口架設(shè)了擋板防止串料,出料口改矩形為梯形等措施。

生產(chǎn)配合比一旦確定后,各熱料倉供料應(yīng)保持穩(wěn)定,影響混合料離析的主要是振動篩的效率,計量系統(tǒng)和產(chǎn)量(效率)。振動篩的效率與篩孔、振動頻率和傾角有關(guān),針對不同集料調(diào)整合理的篩孔將使各熱料倉供料均衡,減少等料溢料;合理的振動頻率和傾角將使集料顆粒實現(xiàn)充分分離,特別是 ,熱料烘干不充分不僅影響與瀝青的裹附,也將使篩分不徹底;集料系統(tǒng)十分關(guān)鍵,如果其他的環(huán)節(jié)沒問題,唯獨計量不準(zhǔn),混合料級配難免不變異。為此,在施工配合比調(diào)試階段,進行了大量試驗,確定篩孔尺寸,試驗振動頻率和篩網(wǎng)傾角與時間的關(guān)系,進而確定合理的生產(chǎn)效率,同時加強烘干鼓料溫的監(jiān)測,以保證熱料倉的篩分質(zhì)量。

錐形貯料罐存料高度不夠,向多內(nèi)拋料時落差過大造成大顆粒滾向邊角,局部區(qū)域粗細料聚集。向運料車裝料時同樣存在向料車拋料的問題。顯然,確保貯料罐內(nèi)具有一定的貯料高度可以有效減少拋料離析,同時要求料車在裝料過程中保持“兩進兩退”的動態(tài)受料過程。

瀝青混合料攤鋪是施工中最直觀的離析現(xiàn)象,也使控制瀝青混合料離析的最關(guān)鍵環(huán)節(jié) ,其表現(xiàn)為施工后路面呈帶狀或局部塊狀區(qū)域性差異,其實質(zhì)為該位置礦料級配以不同于生產(chǎn)配合比,或為粗集料顆粒聚集,表面粗糙,或為細顆粒集中,表面光滑。糾其原因,料車裝料離析和攤鋪機頻繁收斗是區(qū)域離析的主要原因,布料器支撐設(shè)置過多位置不合理、非勻速(時快時停)布料、葉片未充分延伸到攤鋪機外邊緣等,都會產(chǎn)生路面帶狀離析,此外,試驗表明談鋪寬度超過8m后,攤鋪邊緣離析明顯加大。為此,施工中有針對的制定了防范措施,如3車料才可以收斗,且應(yīng)保證收斗時存料不少于滿料的1/3,分料器攤鋪中勻速旋轉(zhuǎn),支撐點左右各一個,且葉片末端距攤鋪邊緣不能超過一個螺距,同時必須采取兩臺攤鋪機梯隊作業(yè)。

混合料溫度體現(xiàn)為貯料罐內(nèi)邊緣于內(nèi)部溫度存在差異,料車運輸途中與車體和空氣接觸位置溫度低于內(nèi)部,攤鋪機作業(yè)時的停機、等料造成的前后攤鋪瀝青混合料溫度不同,碾壓工序不合理造成的先壓和后亞區(qū)域溫度不一致等。顯然 ,溫度離析帶來的影響十分不利,溫度過高攤鋪中會產(chǎn)生混合料結(jié)團,影響攤鋪的均勻性和熨平效果,過低的溫度也將造成難于碾壓,很難保證達到目標(biāo)壓實度。為此,制定控制溫度離析的措施,監(jiān)理和總承包聯(lián)合測溫,進行全過程的溫度監(jiān)控,如瀝青的加熱溫度、石料的加熱溫度、混合料的出廠溫度、攤鋪前的溫度、碾壓過程中各階段的溫度等,要求貯料罐存料時間最多不能超3h ,料車應(yīng)加蓋帆布(防雨)和棉被(保溫)。為防止瀝青焦化,對于出廠溫度超過190℃的混合料必須廢棄;遇機械故障、降雨等情況運料車內(nèi)混合料溫度降低至145℃以下的也要求廢棄;特別是對碾壓中分階段(初壓、復(fù)壓、終壓)的瀝青混合料進行大量的溫度監(jiān)控,重交瀝青混合料初壓不得低于135℃、終壓溫度不得低于90℃,改性初壓溫度不低于150℃、終壓不低于100℃。全過程的動態(tài)溫度監(jiān)控有利于掌握情況,以及提醒值得注意的某些施工環(huán)節(jié),并針對具體情況做出相應(yīng)對策。

3 激光紋理評價路面施工離析

激光紋理儀是采用激光脈沖反射原理來測定路面構(gòu)造深度大小的。激光紋理儀可高速連續(xù)測量瀝青路面的表面紋理輪廓,可以快速得到連續(xù)的縱向表面構(gòu)造深度。激光構(gòu)造深度儀比較輕便,便于攜帶,也可車載,并且能實時進行數(shù)據(jù)分析。

采用激光紋理儀測構(gòu)造深度評價瀝青路面施工的離析時,直接測量結(jié)果是構(gòu)造深度值,不是我們期望的最終結(jié)果,在數(shù)據(jù)分析過程中采用它與標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造深度值的比值 ,通過比值來反映出路面的離析情況。路面離析的地方,粗骨料集中,表面構(gòu)造深度必然較正常情況偏大。攤鋪工藝、機械設(shè)備性能、料源的穩(wěn)定性等因素都影響混合料的離析程度,根據(jù)評價結(jié)果,可以及時從這幾方面尋找與分析原因,并加以改進。

具體測試方法為:針對剛剛施工完成的瀝青路面,先選擇一段長度100～200m不等的有代表性的路段,然后利用皮尺對選定的路段區(qū)域進行縱向(行車方向)和橫行(垂直行車方向)網(wǎng)格劃分。根據(jù)激光紋理儀的工作原理(每10延m一個結(jié)果) ,把選定的路段區(qū)域劃分為多個長(縱向)10m,寬(橫行)1m的小長方形,利用激光紋理儀測得各個小長方形的構(gòu)造深度值 ,連續(xù)量測得到路段的多個這樣的”點”區(qū)域的構(gòu)造深度 ,便形成了對一塊區(qū)域的檢測 ,然后再采用統(tǒng)計數(shù)學(xué)方法來分析評價整塊區(qū)域內(nèi)各個點區(qū)域的離析狀況及其分布,從而達到對該塊區(qū)域內(nèi)瀝青路面施工質(zhì)量進行控制的目的。通過采用該方法對全線數(shù)十次的評價的結(jié)果顯示,該方法可有效地識別離析的位置和程度,并給出量化值。為局部路面補強和返工提供了強有力的技術(shù)支持。

4質(zhì)量控制水平

通過從原材料、配合比、施工工藝等方面嚴(yán)格控制 ,通過現(xiàn)場測試評價并加以改進 ,該路面施工質(zhì)量一直處于受控之中 ,交工驗收檢測的各項指標(biāo)都較好(見表1) ,全線瀝青路面分部工程優(yōu)良率為100%,3個項目段工程質(zhì)量都被評定為優(yōu)良。

該高速公路從通車至今,從通車伊始交通量就較大 ,剛通車時晝夜交通量就達1萬輛 ,目前已經(jīng)近3萬輛 ,重車比例占3成左右。瀝青路面經(jīng)過了高溫與多雨的考驗,目前又是高溫多雨的季節(jié),從該高速公路上實駕車行走與質(zhì)保期維修養(yǎng)護的情況來看,路面因離析出現(xiàn)水毀坑槽的現(xiàn)象較少,基本沒有車轍病害,全線行車舒適、平整度好,路面的構(gòu)造深度也滿足要求。

5 結(jié)語

通過以該高速公路瀝青路面施工離析為主要內(nèi)容的質(zhì)量控制研究,可得到以下結(jié)論:

第一,采取承包商、監(jiān)理單位和技術(shù)服務(wù)單位協(xié)助總包三級組織管理模式管理施工質(zhì)量是成功的;

第二,將瀝青路面施工離析劃分為石料離析、礦料級配離析、溫度離析,進行了合理分析,并采取有針對性的技術(shù)保證措施,收到了理想的效果;

第三,采用激光紋理儀評價瀝青路面施工離析,方法簡單,操作便捷 ,效果理想、直觀。

第四,通過以離析為重點的施工質(zhì)量控制,該高速公路瀝青路面獲得了優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量效果。