單機(jī)寬幅和并機(jī)梯次攤鋪效果對比分析

徐中新，胡永彪，郭榮國，張建光

(1.道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710064；2.中鐵七局集團(tuán)第三工程公司，陜西 西安 712000)

單機(jī)寬幅和并機(jī)梯次攤鋪效果對比分析

徐中新1，胡永彪1，郭榮國2，張建光2

(1.道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710064；2.中鐵七局集團(tuán)第三工程公司，陜西 西安 712000)

在對比分析單機(jī)寬幅與并機(jī)梯次2種攤鋪方式優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用常規(guī)檢測方法檢測2種施工方式下路面的平整度、表面構(gòu)造深度以及瀝青混合料級配穩(wěn)定性；利用無損檢測方法檢測2種施工方式下路面的密實(shí)度和壓實(shí)度。通過對比分析這些指標(biāo)來評價(jià)2種攤鋪方式的攤鋪效果，并對2種檢測方法的一致性進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：中大DT1600型攤鋪機(jī)的研發(fā)和使用，使單機(jī)寬幅攤鋪的路面攤鋪效果優(yōu)于傳統(tǒng)的并機(jī)梯次攤鋪，可以有效地保證瀝青路面的質(zhì)量。瀝青路面常規(guī)檢測和無損檢測結(jié)果具有較好的一致性，將2種檢測方法結(jié)合起來進(jìn)行路面施工均勻性的檢測對路面施工具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

路面工程；單機(jī)寬幅攤鋪；并機(jī)梯次攤鋪；常規(guī)檢測；無損檢測；攤鋪效果

of Mechanical Engineering，Chang’an University, Xi’an 710064,China；2.The Third Engineering Co. Ltd of China Railway Seventh Group, Xi’an 712000, China)

瀝青路面施工采用單機(jī)寬幅還是并機(jī)梯次攤鋪在行業(yè)內(nèi)一直存在爭議。規(guī)范規(guī)定：高速公路和一級公路施工宜采用并機(jī)梯次攤鋪，當(dāng)混合料供應(yīng)能力滿足不間斷攤鋪時(shí)，也可以采用單機(jī)寬幅攤鋪[1]。官黎明等[2]分析DT1600型攤鋪機(jī)的特點(diǎn)，并闡述其在施工中的應(yīng)用；楊楓等[3]結(jié)合施工實(shí)踐，對比分析單機(jī)寬幅和并機(jī)梯次攤鋪方式對路面運(yùn)營狀況的影響。胡勝等[4]通過工程實(shí)踐指出單機(jī)寬幅攤鋪方式可以成功運(yùn)用于瀝青路面施工；姚懷新[5]指出單機(jī)寬幅施工是一種適合我國道路建設(shè)快速發(fā)展的國情并具有廣泛發(fā)展前景的施工工藝。單機(jī)寬幅攤鋪路面平整度好，避免了中間搭接處的離析現(xiàn)象，并且可以節(jié)省施工成本和工期。制約單機(jī)寬幅路面施工無法大面積推廣的主要因素是攤鋪裝備不能滿足施工的需求，傳統(tǒng)的單機(jī)寬幅攤鋪設(shè)備僅僅是將攤鋪機(jī)的熨平板和螺旋布料器進(jìn)行簡單的加長，并不能有效改善寬度增加導(dǎo)致的路面邊緣易離析現(xiàn)象。隨著中大新型大功率寬幅抗離析DT1600型攤鋪機(jī)的研發(fā)和使用，單機(jī)寬幅攤鋪過程中的離析現(xiàn)象可以得到有效解決，對平整度有較好的改善和提高，產(chǎn)生了較好的攤鋪效果[6]。本文在已有研究基礎(chǔ)之上，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，綜合對比分析了單機(jī)寬幅與并機(jī)梯次攤鋪效果，為后續(xù)的瀝青路面施工提供一定的參考和指導(dǎo)。

1 單機(jī)寬幅與并機(jī)梯次攤鋪優(yōu)缺點(diǎn)分析

當(dāng)混合料的級配偏離設(shè)計(jì)級配時(shí)，出現(xiàn)材料離析現(xiàn)象；路面不同部位產(chǎn)生溫度差異時(shí)會(huì)導(dǎo)致其間的摩擦力和黏結(jié)力發(fā)生變化，碾壓作業(yè)后路面會(huì)出現(xiàn)密實(shí)度差異，出現(xiàn)溫度離析現(xiàn)象[7-8]。離析的出現(xiàn)容易使路面在運(yùn)營的早期出現(xiàn)坑洞、車槽等病害，大大縮短瀝青路面的使用壽命[9-10]。2種攤鋪方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 2種攤鋪方式的優(yōu)缺點(diǎn)對比Table 1 Advantages and disadvantages of these two paving methods

表中：●表示存在離析，○表示離析得到改善，—表示無離析

由表1可知：并機(jī)梯次攤鋪的各個(gè)階段都會(huì)出現(xiàn)不同程度的離析現(xiàn)象，且在攤鋪搭接帶處會(huì)出現(xiàn)縱向、豎向離析，而這一部位恰恰位于重載車道處，重車載的反復(fù)作用會(huì)使路面在使用初期出現(xiàn)坑洞、車轍病害，嚴(yán)重影響路面的質(zhì)量[11-12]。這是并機(jī)梯次攤鋪無法解決的問題。單機(jī)寬幅攤鋪，螺旋布料階段的離析和路面邊緣處的材料離析現(xiàn)象得到改善，路面不存在接縫處離析現(xiàn)象，但溫度離析依然存在。但單機(jī)寬幅攤鋪時(shí)，由于路面邊緣處為非行車道，溫度離析產(chǎn)生的危害較?。徊C(jī)梯次攤鋪時(shí)，中間搭接處為重載車道，該處出現(xiàn)溫度離析將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害路面的運(yùn)營質(zhì)量。

2 單機(jī)攤鋪與并機(jī)攤鋪效果對比

為了進(jìn)一步分析2種攤鋪方式路面攤鋪效果，對內(nèi)蒙古某高速公路瀝青路面下面層施工進(jìn)行跟蹤檢測。

下面層為ATB25結(jié)構(gòu)層，其生產(chǎn)級配如表2所示。施工過程中分別采用中大DT1600攤鋪機(jī)和進(jìn)口瀝青攤鋪機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見表3。整個(gè)攤鋪過程分別采用單機(jī)寬幅和并機(jī)梯次2種攤鋪方式，其中單機(jī)寬幅攤鋪為中大DT1600型攤鋪機(jī)，并機(jī)梯次攤鋪的為2臺(tái)進(jìn)口攤鋪機(jī)，路面并機(jī)梯次攤鋪寬度為：6 m(靠中央分隔帶)和5.5 m(靠路肩)，搭接寬度為0.25 m，半幅路寬為11.25 m。

表2 ATB25生產(chǎn)級配Table 2 Production gradation of ATB25

表3 攤鋪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 3 Main technical parameters of paver

與某進(jìn)口攤鋪機(jī)相比，DT1600型攤鋪機(jī)具有大功率、2次攪拌改善離析、寬幅抗離析等優(yōu)點(diǎn)。

1)大功率。攤鋪機(jī)在小功率作業(yè)時(shí)，混合料在內(nèi)外摩擦力的作用使大粒料被送往螺旋布料器的兩端，導(dǎo)致離析現(xiàn)象。某進(jìn)口攤鋪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率為183 kW，而中大DT1600型攤鋪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率可達(dá)到269 kW，可確保料位高度滿埋時(shí)緩慢均勻輸送混合料，有效防止送料速度較大時(shí)混合料因拋灑導(dǎo)致的離析現(xiàn)象。

2)2次攪拌改善離析。某進(jìn)口攤鋪機(jī)螺旋分料器的主要功能是輸料和布料，而DT1600型攤鋪機(jī)增大了螺旋布料器輸料能力，降低螺旋驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，且螺旋布料器離地高度可調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對混合料的2次攪拌作用，有效改善混合料攤鋪前各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的混合料離析現(xiàn)象。

3)寬幅抗離析。某進(jìn)口攤鋪機(jī)采用高速軸向柱塞馬達(dá)加減速機(jī)的傳動(dòng)方案，而DT1600型攤鋪機(jī)直接采用低速徑向柱塞大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可有效減少混合料中的大顆粒隨橫向輸送距離增大向兩端聚集離析的現(xiàn)象；

此外，DT1600型攤鋪機(jī)的螺旋布料器前導(dǎo)料板離地高度可調(diào)整，且在前導(dǎo)板下部增加了彈性橡膠板結(jié)構(gòu)，可防止粗料滾落到路表面出現(xiàn)的離析。

2.1 2種攤鋪方式路面平整度檢測分析

離地間距的變化大小可以直接反映路面平整

度的好壞，離地間距變化大，平整度差；反之，平整度較好。本文通過測量路面的離地間距對比2種攤鋪方式平整度的好壞。

圖1為2種攤鋪方式下路面平整度測量現(xiàn)場。由圖1可知，使用中大DT1600攤鋪機(jī)單機(jī)寬幅攤鋪路面橫斷面離地間距相差3 mm，而某進(jìn)口攤鋪機(jī)并機(jī)梯次攤鋪的路面橫斷面離地間距相差33 mm，且單機(jī)寬幅攤鋪路面離地間距的變化小于并機(jī)梯次攤鋪。這表明單機(jī)寬幅攤鋪的路面平整度優(yōu)于并機(jī)梯次攤鋪。

(a)并機(jī)梯次;(b)單機(jī)寬幅圖1 2種攤鋪方式下路面平整度測量現(xiàn)場Fig.1 Roughness measurement of these two paving methods

2.2 2種攤鋪方式路面施工質(zhì)量檢測分析

2.2.1 鋪砂法測量路面的構(gòu)造深度

在路面橫斷面上，從靠近中央分隔帶邊開始，每隔1 m選一處用鋪砂法測其表面構(gòu)造深度，路面半幅寬度為11.25 m，共測12個(gè)點(diǎn)，其測量結(jié)果的平均值見表4。

表4 2種攤鋪方式路面的構(gòu)造深度Table 4 Pavement surface texture depth of these two paving methods

表5 離析評定指標(biāo)Table 5 Evaluation index of segregation

表5為國內(nèi)常用的瀝青路面離析評定指標(biāo)[13]，結(jié)合表5和表3可知，采用中大DT1600攤鋪機(jī)單機(jī)寬幅攤鋪的路面構(gòu)造深度平均值為1.1 mm，所測的12個(gè)點(diǎn)中，發(fā)生輕度離析的點(diǎn)只有1個(gè)，未發(fā)生離析所占比例91.7%。采用某國外進(jìn)口攤鋪機(jī)并機(jī)梯次攤鋪的路面構(gòu)造深度的平均值為1.5 mm，未發(fā)生離析的點(diǎn)有3個(gè)，其余點(diǎn)處均出現(xiàn)不同程度的離析，且在路面搭接處出現(xiàn)重度離析。

2.2.2 抽提篩分試驗(yàn)檢測混合料級配

瀝青混合料級配變化會(huì)導(dǎo)致集料離析，離析的出現(xiàn)會(huì)使路面難壓實(shí)、孔隙率高和力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而造成路面滲水、強(qiáng)度降低等隱患；當(dāng)路面受到重荷載作用時(shí)，粒料會(huì)發(fā)生移位，導(dǎo)致路面出現(xiàn)龜裂、脫落、水損害和坑洞等早期病害[14]。在攤鋪現(xiàn)場，對未經(jīng)碾壓的瀝青混合料取樣進(jìn)行抽提篩分試驗(yàn)，取樣位置沿行車方向，從路面中央分隔帶起為路面左邊緣、1/4處、1/2處、3/4處和右邊緣處，依次編號為1～5。分別在2種攤鋪方式的路面縱斷面依次取3處橫斷面，單機(jī)寬幅編號為A,B和C，并機(jī)梯次編號為D，E和F，對2種攤鋪方式下3個(gè)斷面相同位置所取瀝青混合料的篩分結(jié)果進(jìn)行均值處理，并與生產(chǎn)配合比比較求得其偏差，見圖2～3所示。

圖2 單機(jī)寬幅攤鋪取樣點(diǎn)篩分結(jié)果均值與生產(chǎn)配合比的偏差Fig.2 Deviation between the mean of sampling points screening results and production proportion of single machine paving

圖3 并機(jī)梯次攤鋪取樣點(diǎn)篩分結(jié)果均值與生產(chǎn)配合比的偏差Fig.3 Deviation between the mean of sampling points screening results and production proportion of trapezoid paving

從圖中可以看出：2種攤鋪方式的路面邊緣處的篩分級配與生產(chǎn)級配均出現(xiàn)一定程度的偏差，采用并機(jī)梯次攤鋪方式的路面其搭接處的篩分級配與生產(chǎn)級配相差較大。并機(jī)梯次攤鋪方式中(圖3所示)，取樣位置1，3和5處的4.75 mm以上篩孔的篩分結(jié)果均值與生產(chǎn)配合比的偏差范圍大多數(shù)都超過了規(guī)范要求的±5%；2.36 mm篩孔的篩分結(jié)果均值與生產(chǎn)配合比的偏差范圍全部超過了規(guī)范要求的±3%，而單機(jī)寬幅攤鋪方式的各斷面的偏差范圍控制在±4%以內(nèi)。這表明采用并機(jī)梯次攤鋪的路面兩側(cè)和搭接處的集料離析現(xiàn)象較明顯，而采用單機(jī)寬幅攤鋪方式的路面斷面上各點(diǎn)的施工均勻性較好，可使路面橫向、縱向離析得到有效控制，有效消除并機(jī)梯次攤鋪出現(xiàn)的并機(jī)搭接離析現(xiàn)象，保證路面施工質(zhì)量與運(yùn)營性能。

2.2.3 2種攤鋪方式路面無損檢測分析

1)松鋪層均勻性無損檢測

對2種攤鋪方式用PQI301無核密度儀進(jìn)行密度均勻性檢測，PQI301由信號發(fā)射、信號接收、數(shù)據(jù)分析和顯示等部分組成，應(yīng)用電磁學(xué)的原理，通過檢測瀝青面層材料的介電常數(shù)獲得面層密度[15]，其原理如圖4所示。在路面橫斷面及縱斷面上各取6個(gè)點(diǎn)，為減小測量誤差，在同一個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行5次試驗(yàn)，如圖5所示，然后將測得的密度取平均值，見表6～7，圖6為2種攤鋪方式下路面橫向、縱向測點(diǎn)變異系數(shù)。

圖4 PQI301原理圖Fig.4 Schematic diagram of PQI301

圖5 測點(diǎn)取樣位置Fig.5 Location of sampling point

表6 單機(jī)寬幅攤鋪方式橫向、縱向密度采集結(jié)果Table 6 Transverse and longitudinal density acquisition results of single machine paving

表7 并機(jī)寬幅攤鋪方式橫向、縱向密度采集結(jié)果Table 7 Transverse and longitudinal density acquisition results of trapezoid paving

圖6 2種攤鋪方式橫向、縱向測點(diǎn)變異系數(shù)Fig.6 Transverse and longitudinal variable coefficient of these two paving methods

從表6～7和圖6中可以看出，單機(jī)橫向變異系數(shù)最大值2.66%，縱向變異系數(shù)2.56%，并機(jī)橫向變異系數(shù)最大值5.24%，縱向變異系數(shù)最大值4.16%，這表明單機(jī)寬幅攤鋪路面的均勻性優(yōu)于并機(jī)梯次攤鋪，這與瀝青混合料抽提篩分試驗(yàn)的結(jié)果相吻合。但是，由于抽提篩分試驗(yàn)過程繁瑣，當(dāng)所需的數(shù)據(jù)量較大時(shí)，影響松鋪路面的及時(shí)碾壓，且試驗(yàn)過程需要現(xiàn)場取料，容易對松鋪路面造成損害。而無核密度儀的優(yōu)點(diǎn)是測試方法簡單、速度快、精確度較高，且不會(huì)對路面造成損害，更適合現(xiàn)場施工過程中的攤鋪均勻性檢測。

2)成型路面均勻性和壓實(shí)度無損檢測

在碾壓成型的路面上選取寬度11 m，長度60 m，劃分660個(gè)1 m×1 m的網(wǎng)格，利用無核密度儀檢測路面的密度和壓實(shí)度，2種攤鋪方式路面均勻性和壓實(shí)度檢測統(tǒng)計(jì)情況見表8～9。

表8 2種攤鋪方式成型路面均勻性檢測統(tǒng)計(jì)
Table 8 Uniformity detection statistics of shaping pavement of these two paving methods

攤鋪方式下列離析程度下路面的施工均勻性統(tǒng)計(jì)/%無離析輕度離析中度離析重度離析單機(jī)寬幅87.5610.471.520.45并機(jī)梯次65.7620.310.613.33

表9 2種攤鋪方式成型路面壓實(shí)度檢測統(tǒng)計(jì)
Table 9 Compactness detection statistics of shaping pavement of these two paving methods

攤鋪方式壓實(shí)度統(tǒng)計(jì)/%≥96%<96%單機(jī)寬幅98.41.6并機(jī)梯次97.62.4

由表7可知，單機(jī)寬幅攤鋪方式碾壓成型路面未發(fā)生離析的比例占87.56%，高于并機(jī)梯次攤鋪的65.76%，發(fā)生中度以上離析的比例不到2%，低于并機(jī)梯次攤鋪，這說明采用單機(jī)寬幅攤鋪的路面的均勻性優(yōu)于并機(jī)梯次攤鋪。由表8可知，2種攤鋪方式成型路面的壓實(shí)度合格率基本一致，說明采用單機(jī)寬幅攤鋪方式的路面壓實(shí)度可以達(dá)到規(guī)范的要求。

3 常規(guī)檢測和無損檢測方法一致性分析

在我國逐步推行瀝青路面施工全面質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)按質(zhì)支付的背景下，保證檢測方法的一致性成為關(guān)鍵，故有必要對2種檢測方式的一致性進(jìn)行分析。

研究表明：標(biāo)定后的無核密度儀測定的密度與芯樣實(shí)際密度之間具有一致性[16]。從文中第2部分可知瀝青混合料抽提篩分試驗(yàn)和無核密度儀測量的結(jié)果是一致的。下面通過試驗(yàn)探討無核密度儀測定的密度與路面構(gòu)造深度之間的一致性。在測路面構(gòu)造深度前，先用無核密度儀測量標(biāo)記點(diǎn)的密度，再在對應(yīng)的位置測量路面的構(gòu)造深度，圖7是單機(jī)寬幅、并機(jī)梯次攤鋪路面密度與構(gòu)造深度的對比關(guān)系。

由圖7可知，2種攤鋪方式下，PQI測得的路面密度與構(gòu)造深度具有很好的相對關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.864 9和0.890 3。相關(guān)研究和現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明：瀝青路面無損檢測和常規(guī)檢測測得的結(jié)果具有一致性，在目前我國路面質(zhì)量評價(jià)體系不夠完善的情況下，將2種檢測方法結(jié)合起來進(jìn)行路面性能的檢測很有價(jià)值。

(a)并機(jī)梯次；(b)單機(jī)寬幅圖7 2種攤鋪方式路面密度與構(gòu)造深度的對比關(guān)系Fig.7 Correlation between pavement density and surface texture depth of these two paving methods

4 結(jié)論

1)使用DT1600型攤鋪機(jī)進(jìn)行單機(jī)寬幅攤鋪，對路面平整度有較好的改善和提高，能使路面橫向、縱向離析得到有效控制，避免了并機(jī)梯次攤鋪出現(xiàn)的搭接離析現(xiàn)象，同時(shí)其路面施工均勻性優(yōu)于并機(jī)梯次攤鋪，路面壓實(shí)度可以得到有效保障，這為單機(jī)寬幅路面施工的推廣提供了基礎(chǔ)。

2)在瀝青路面施工過程中，采用無核密度儀這一無損檢測手段，能夠?qū)崟r(shí)、快速、高效地對施工均勻性做出評價(jià)，可以對施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，有效地保證瀝青路面的施工質(zhì)量。

3)試驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青路面常規(guī)檢測和無損檢測結(jié)果呈現(xiàn)較好的一致性，將2種檢測方法結(jié)合起來進(jìn)行路面施工均勻性的檢測具有較好的可行性。有損檢測對路面的破壞是不可逆的，實(shí)現(xiàn)路面由有損檢測到無損檢測的轉(zhuǎn)變對路面施工和路面質(zhì)量的保障具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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Contrastive analysis on paving effect of single machine and trapezoid paving

XU Zhongxin1, HU Yongbiao1, GUO Rongguo2, ZHANG Jianguang2

(1.Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education, School

Based on the discussion of the advantages and disadvantages of single machine and trapezoid paving, the roughness, the surface texture depth and the gradation stability of asphalt mixture with the two paving methods were assessed by using the conventional test. The degree of density and the degree of compactness with the two paving methods were assessed by using the non-destructive test. Then the paving effect of the two paving methods of asphalt pavement was appraised through the contrastive analysis these indexes. What’s more, the pertinence between conventional test and non-destructive test was analyzed through field test. The result shows that the paving effect of the single machine paving is superior to the trapezoid paving by using paver DT1600, and it can insure construction quality of pavement. The conventional test agrees well with the non-destructive test. The paving uniformity test by combining the two testing methods is certain guidance value for pavement construction.

pavement engineering; single machine paving; trapezoid paving; conventional test; non-destructive testing; paving effect

2016-03-10

內(nèi)蒙古交通科技資助項(xiàng)目(NJ2-014-25)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014G3252006)；中鐵七局集團(tuán)有限公司科技項(xiàng)目(16A25)

胡永彪(1964-)，男，山東滕州人，教授，博士，從事工程機(jī)械作業(yè)質(zhì)量控制理論和技術(shù)研究；E-mail:hybchd@126.com

U41

A

1672-7029(2016)12-2483-07