高速公路加寬路面平整度控制技術(shù)

周合寬

截止2016年底，中國高速公路通車總里程達(dá)到13.5萬km，躍居世界第一位。不到30年時間，中國走完了發(fā)達(dá)國家百余年的高速公路發(fā)展歷程。但是早期的高速公路普遍存在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、線型差等問題，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通量的日益增加，經(jīng)過十幾年甚至二十幾年的運(yùn)行，尤其在大噸位、大流量連續(xù)荷載的作用下，路面及橋梁均出現(xiàn)了不同程度的病害，通行能力和安全性已不能滿足人民的出行要求。2001年沈大高速公路開創(chuàng)了中國高速公路改擴(kuò)建的先河，隨后滬寧、滬杭、哈大、綿廣、鄭漯、安新等多條高速公路相繼進(jìn)行了加寬擴(kuò)建。

進(jìn)行高速公路路面基層和瀝青面層加寬施工時，平整度和壓實度控制是最困難的一個施工環(huán)節(jié)，受水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青面層松鋪系數(shù)的影響，混合料攤鋪后未壓實路面高于臺階，碾壓時混合料側(cè)移造成新路和舊路搭接處虧料，無法保證新路與舊路交接處的平整度和壓實度。

鑒于上述原因，本期特稿提出了提高高速公路加寬路面平整度和壓實度的技術(shù)措施。

0 引言

改革開放后的近30年，是中國公路交通歷史上發(fā)展速度最快、規(guī)模最大、最具活力的時期。從1984年國務(wù)院正式批準(zhǔn)京津塘高速公路建設(shè)開始，中國高速公路的建設(shè)就拉開了序幕。1988年滬嘉高速公路建成通車，填補(bǔ)了我國無高速公路通車的空白。從1996年開始，中國高速公路進(jìn)入快速發(fā)展期，截止到2016年底，通車總里程達(dá)到13.5萬km，躍居世界第一位。不到30年時間中國走完了發(fā)達(dá)國家百余年的高速公路發(fā)展歷程。

但是，早期的高速公路普遍存在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、線型差等問題，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通量的日益增加，經(jīng)過十幾年甚至二十幾年的運(yùn)行，尤其在大噸位、大流量連續(xù)荷載的作用下，路面及橋梁均已出現(xiàn)不同程度的病害，通行能力和安全性已不能滿足人民的出行要求。2001年沈大高速公路開創(chuàng)了中國高速公路改擴(kuò)建的先河，隨后滬寧、滬杭、哈大、綿廣、鄭漯、安新等多條高速公路相繼進(jìn)行了加寬改擴(kuò)建。

1 高速公路加寬路面平整度控制難點分析

進(jìn)行高速公路路面基層和瀝青面層加寬施工時，平整度控制是最困難的施工環(huán)節(jié)之一，受水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青面層松鋪系數(shù)的影響，混合料攤鋪后未壓實路面常會高于臺階，碾壓時混合料側(cè)移造成新路和舊路搭接處虧料（圖1），無法保證新路與舊路交接處的平整度。

2 高速公路加寬路面平整度控制措施

影響高速公路加寬路面平整度的因素很多，除了一些特殊原因外，還與攤鋪設(shè)備、碾壓工藝、支模、接縫等多種因素有關(guān)，所以必須采取綜合措施控制平整度[1-5]。

2.1 平整度指標(biāo)及施工質(zhì)量指標(biāo)

平整度的提高是通過路面基層和面層施工逐層提高實現(xiàn)的，單單重視上面層的平整度是不科學(xué)的，所以要從底基層就重視起來。首先根據(jù)要求將平整度指標(biāo)分解，確定瀝青上、中、下面層和水穩(wěn)底基層、上基層、下基層各層的平整度要求。

經(jīng)驗表明，要提高瀝青面層的平整度，首先基層要有較高的平整度，所以在施工前要先確定水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層的平整度目標(biāo)，并且高于規(guī)范要求[6-8]。水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層的平整度目標(biāo)見表1。

中國對高速公路的平整度一直以來較高的要求，要求瀝青面層上面層的平整度標(biāo)準(zhǔn)差為0.7 mm左右[9-11]。所以在施工前要先確定上面層、中面層和下面層的平整度目標(biāo)，并且該目標(biāo)要高于規(guī)范的規(guī)定。上面層、中面層和下面層的平整度要求見表2。

施工中質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)及允許偏差見表3。

2.2 采用側(cè)模式碾壓技術(shù)

高速公路加寬路面施工時，攤鋪后未壓實的混合料路面高于臺階，碾壓時混合料會側(cè)移，造成新路和舊路搭接處虧料。為解決該問題水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青面層初壓時采用側(cè)模式碾壓，從而保證新路與舊路交接處的平整度。

2.3 采用多級臺階法施工

瀝青上、中、下面層和水穩(wěn)底基層、上基層、下基層均銑刨臺階（圖2、3）。多級臺階法有效保證了壓實質(zhì)量和平整度，尤其是加大了新路與舊路的重疊量，保證了其交接處的平整度。

2.4 優(yōu)化攤鋪工藝

瀝青面層施工時要獲得較高的平整度，必須保持?jǐn)備仚C(jī)勻速行走和連續(xù)均勻供料。但目前普遍使用的自卸車直接向攤鋪機(jī)供料的攤鋪方式存在缺陷，首先是攤鋪機(jī)要頂推運(yùn)料車前行，第二是向攤鋪機(jī)供料的運(yùn)輸車輛不停地更換，造成攤鋪機(jī)不能勻速行走和連續(xù)均勻供料。為解決該問題，采用瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車結(jié)合DT-1800大寬度攤鋪機(jī)的攤鋪工藝（圖4）。使用瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車后，轉(zhuǎn)運(yùn)車與攤鋪機(jī)保持恒速、恒距離，運(yùn)料車不再將混合料直接倒入攤鋪機(jī)料斗，而是先倒入轉(zhuǎn)運(yùn)車，因此不會對攤鋪機(jī)產(chǎn)生撞擊。

2.5 優(yōu)化碾壓工藝

實踐證明，先用膠輪壓路機(jī)揉搓，再用鋼輪振壓對提高壓實度有好處，但由于在高溫下先使用膠輪輪跡太重，對提高平整度不利，因而施工單位一般將膠輪放在復(fù)壓的后期，但這同樣會影響平整度。盡管膠輪碾壓工序在后期，由于仍存在較深的輪跡，復(fù)壓后溫度已經(jīng)很低，終壓消除輪跡十分困難，因而也會影響平整度。為解決該問題，采用組合式碾壓新工藝：1臺雙鋼輪振動壓路機(jī)和1臺膠輪壓路機(jī)前后組合在一起，2臺壓路機(jī)相距2 m左右，以相同的速度同步前進(jìn)、同步后退（圖5）。

2.6 高速公路面層施工通用導(dǎo)梁

路面施工時攤鋪導(dǎo)梁一般使用簡易支架或小型千斤頂（圖6、7），穩(wěn)定性差（圖8）、高度不能調(diào)整，不利于控制平整度。

為解決該問題，可采用一種專利設(shè)備——高速公路面層施工通用導(dǎo)梁。高速公路面層施工通用導(dǎo)梁由基座、下立柱、上立柱、托架、橫梁5個部分組成（圖9），下立柱焊接在基座上，上立柱和下立柱通過長孔用螺栓連接（通過長孔實現(xiàn)高度可調(diào)），托架通過焊接固定到上立柱上，橫梁放置或固定在托架上。

進(jìn)行面層施工時，通用導(dǎo)梁設(shè)置上立柱和下立柱，上立柱可插入下立柱中，在一定的范圍內(nèi)通過調(diào)整立柱的高度實現(xiàn)導(dǎo)梁高度的調(diào)整。

高速公路面層施工通用導(dǎo)梁既適用于水泥穩(wěn)定碎石基層，也可用于瀝青面層施工，通用性強(qiáng)、高度可調(diào)整、能快速拆裝、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，可大大提高路面的平整度（圖10）。

2.7 使用平整度自動檢測儀

普通的碾壓方式在碾壓結(jié)束后才檢測平整度，該方法屬于質(zhì)量后控，瀝青面層施工時等到發(fā)現(xiàn)平整度不合格時施工已結(jié)束，無法補(bǔ)救。為解決該問題，使用平整度自動檢測儀來實現(xiàn)平整度自動控制和過程控制（圖11）。平整度自動檢測儀可以實時監(jiān)控平整度，不符合要求時自動報警，從而有效保證平整度。

3 提高平整度機(jī)理分析

3.1 轉(zhuǎn)運(yùn)車提高平整度的機(jī)理

3.1.1 存在的問題

傳統(tǒng)攤鋪施工工藝存在以下問題嚴(yán)重影響了平整度。

（1）運(yùn)料卡車對攤鋪機(jī)的撞擊。運(yùn)料卡車與攤鋪機(jī)相撞后，必定會引起熨平板跳動，導(dǎo)致路面不平（產(chǎn)生凹凸）。另一方面，如果卡車上的料撒落在地面，被攤鋪機(jī)的履帶板碾壓后附著其上，也必然會引起熨平板偏離設(shè)定高度、傾斜或攤鋪機(jī)的自動調(diào)平裝置產(chǎn)生誤動作，破壞攤鋪層的平整度。

（2）攤鋪機(jī)“連續(xù)作業(yè)”無法保證。攤鋪機(jī)“連續(xù)作業(yè)”是攤鋪的基本工作原則。傳統(tǒng)施工工藝易出現(xiàn)攤鋪阻力不斷變化、料位高度變化和停機(jī)待料的情況，從而導(dǎo)致無法連續(xù)攤鋪。

3.1.2 轉(zhuǎn)運(yùn)車的工作原理

轉(zhuǎn)運(yùn)車與攤鋪機(jī)保持恒速、恒距離，使攤鋪機(jī)能“連續(xù)作業(yè)”。

（1）使用瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車后，運(yùn)料車不再將料直接倒入攤鋪機(jī)受料斗，而是先倒入轉(zhuǎn)運(yùn)車，運(yùn)料卡車不會再對攤鋪機(jī)產(chǎn)生撞擊。

（2）傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)作業(yè)過程中，攤鋪機(jī)的附著（頂推）重量會連續(xù)減小，因此滑轉(zhuǎn)率是一個變量，從而使得實際作業(yè)速度非恒定。通過使用轉(zhuǎn)運(yùn)車，可使攤鋪機(jī)料倉中的貯料維持基本不變或變化不大的狀態(tài)，因此附著重量不變或變化微小，實現(xiàn)真正意義上的恒速攤鋪，進(jìn)一步提高攤鋪作業(yè)的均勻性。

（3）轉(zhuǎn)運(yùn)車采用了變徑、變節(jié)距的螺旋攪拌技術(shù)，可以根據(jù)混合料離析和溫度離析材料在貯料倉中的分布規(guī)律，從不同位置取相應(yīng)量的料進(jìn)行均勻的二次拌和，然后再將物料通過懸臂輸料系統(tǒng)平穩(wěn)地輸送至攤鋪機(jī)受料斗內(nèi)，有效解決了運(yùn)輸時瀝青混合料產(chǎn)生的集料離析和溫度離析。

3.2 組合式碾壓

傳統(tǒng)工藝常采用鋼輪和膠輪分開碾壓，膠輪輪跡太重，不利于提高平整度。組合式碾壓能及時消除輪跡，平整度大大提高。

圖12、13是某高速公路項目NO.9、NO.10標(biāo)在不同碾壓方式下施工后的平整度檢測結(jié)果對比。圖14、15是NO.11、NO.12標(biāo)在不同碾壓方式下施工后的平整度合格率對比。

從圖12～15可以看出，無論是平整度檢測結(jié)果還是合格率，組合式碾壓方式均優(yōu)于常規(guī)碾壓，并且平整度比較均勻，波動小。NO.9標(biāo)采用組合式碾壓有一個路段不合格，這是由于拌和樓臨時故障產(chǎn)生了冷接縫。

4 施工過程中平整度控制方法

（1）在基層和面層施工中，初壓后要用5 m直尺進(jìn)行平整度檢測，凹的地方要及時補(bǔ)料，凸的地方要及時鏟除。終壓前、后要分別再用5 m直尺進(jìn)行平整度檢測（圖16），不合格的點位要及時處理。

（2）路面施工后的第2天，施工單位和監(jiān)理人員要聯(lián)合用八輪儀對前一天的施工段進(jìn)行平整度檢測，并建立平整度臺帳。對不合格的點位或段落要及時處理。

（3）在每一層施工前，各施工單位要用平整度檢測車對上一結(jié)構(gòu)層的平整度進(jìn)行排查（單幅測每個車道中心線一道），不合格的點或段落要及時處理。

（4）施工中盡量減少施工縫，盡可能將施工縫放在橋梁伸縮縫處。嚴(yán)格檢查施工縫、橋梁伸縮縫處等關(guān)鍵部位的平整度，必要時可進(jìn)行銑刨或磨光處理。

施工縫是影響平整度的重要因素，其實在路面施工中，很少出現(xiàn)大段落的點位或段落平整度超標(biāo)，不合格的點位大多集中在施工縫，所以面層或基層施工時，對每道縫都要進(jìn)行銑刨或磨光處理（圖17）。

（5）嚴(yán)格控制攤鋪速度和碾壓溫度，攤鋪速度控制在1.8～2.5 m·min-1，路面施工終壓溫度不低于100 ℃。

（6）底面層與橋頭搭板結(jié)合位置及橋面鋪裝層施工縫位置是影響平整度的主要原因（圖18），須銑刨（圖19）或磨光，經(jīng)監(jiān)理進(jìn)行專項驗收合格后方可進(jìn)行中面層施工。代表處設(shè)計該專項驗收表格，并嚴(yán)格執(zhí)行。

高速公路路面施工中一段路面很少出現(xiàn)每個點的平整度都不合格的情況，平整度的下降往往是個別點引起的。平整度檢測車在檢測時是以100 m為評定段，評定結(jié)果以1 km為單位，某一個點不合格就會造成某100 m評定段不合格，而幾個100 m評定段不合格就會造成某1 km的評定單位不合格。所以控制平整度要控制重點部位和段落，如施工縫、基層裂縫位置、底面層與橋頭搭板結(jié)合位置及橋面鋪裝層施工縫等位置。

（7）中面層全部施工完畢方可進(jìn)行上面層施工，上面層宜連續(xù)施工，每個連續(xù)施工段落不小于3～5 km。

（8）基層含水量控制好。

5 施工設(shè)備

施工使用的主要設(shè)備有攤鋪機(jī)械、壓實機(jī)械、質(zhì)量控制設(shè)備，輔助設(shè)備有模板和導(dǎo)梁等（表4）。

6 施工工藝流程

高速公路加寬路面平整度控制施工工藝流程見圖20。

7 結(jié)語

影響高速公路加寬路面平整度的因素很多，除了高速公路加寬的特殊原因外，還與攤鋪設(shè)備、碾壓工藝、支模、接縫等多種因素有關(guān)，所以必須采取綜合措施控制平整度。

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