高速公路加寬路面壓實度控制技術(shù)研究

郭蔚虹　高希敏　許志勇

0 引 言

攤鋪水泥穩(wěn)定碎石基層或瀝青面層，邊部要支模板，以防止混合料塌滑，這不但要增加模板費用，還要投入一定人力，增加施工成本。如果不支模板就要進行超寬攤鋪，導(dǎo)致混合料浪費。

高速公路改擴建路面施工時，由于水泥穩(wěn)定碎石基層或瀝青面層存在松鋪系數(shù)，混合料攤鋪后未壓實路面高于臺階時（圖1），碾壓混合料造成的側(cè)移將使新路和舊路搭接處虧料，無法壓實新路與舊路的交接處[1-6]。

綜上可知，為了提高高速公路加寬路面的壓實度，必須對壓路機進行改造，并優(yōu)化施工工藝。

1 側(cè)模碾壓技術(shù)

為了解決混合料側(cè)移問題，在壓路機機架上增加1套可控的側(cè)模裝置，初壓時將側(cè)模裝置放下進行側(cè)模碾壓，結(jié)束后收起側(cè)模裝置進行正常碾壓。這樣可實現(xiàn)新路和舊路搭接處碾壓時不虧料，保證新路與舊路交接處的壓實度。

2 高速公路水穩(wěn)基層施工

高速公路路面邊部是壓實的薄弱部位，傳統(tǒng)的碾壓需使用普通模板，施工時每層都要支一次模（圖2），由于支模需要空間，所以為了保證最上一層（上面層）的寬度，中、下瀝青面層和水穩(wěn)底基層、上基層、下基層施工時都要超寬，這樣累計起來會造成很大的浪費。而采用通用模板進行施工時，整個施工過程中只需支一次模，既能保證了路面邊部的壓實質(zhì)量，又減少了因分層施工超寬攤鋪支模的弊端，大大減少了材料成本。

高速公路水穩(wěn)基層施工通用模板工作原理如下。

（1）高速公路水穩(wěn)基層施工通用模板的構(gòu)造。高速公路半剛性基層施工通用模板由上支撐板、側(cè)板、下支撐板、鋼釬四部分組成（圖3），上支撐板、側(cè)板、下支撐板用螺栓連接，組成模板主體，用鋼釬打入底基層固定模板主體。上支撐板用角鋼加工而成，結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中頂板4個孔用于插入鋼釬固定模板；兩端的長孔用于連接側(cè)板及調(diào)整模板高度。 側(cè)板采用鋼板加工而成（圖5），其4個角有4個長孔，用于連接側(cè)板及調(diào)整模板高度。下支撐板與上支撐板結(jié)構(gòu)相同，對稱安裝。

（2）高速公路半剛性基層施工通用模板高度調(diào)整原理。通用模板上有長孔，通過螺栓連接實現(xiàn)高度在一定的范圍內(nèi)任意可調(diào)（圖6），滿足目前高速公路及普通公路的半剛性基層施工要求。

3 路面壓實度自動檢測儀

3.1 雷達壓實度自動檢測儀

由于目前瀝青路面壓實度無損檢測采用核子密度儀，其精度受檢測介質(zhì)均勻性影響很大；如果瀝青混合料均勻性差，核子密度儀檢測瀝青路面的結(jié)果往往不準(zhǔn)確，因此很多項目規(guī)定不準(zhǔn)采用核子密度儀檢測瀝青路面壓實度。

探地雷達也可以檢測壓實度，其原理為：在主機控制下，探地雷達脈沖源產(chǎn)生周期性的毫微秒信號，并直接反饋給發(fā)射天線；經(jīng)由發(fā)射天線耦合地下的信號，在傳播路徑上遇到介質(zhì)的非均勻體（面）則產(chǎn)生反射信號。反射系數(shù)和波速主要取決于介質(zhì)的介電常數(shù)，相比而言，空氣的相對介電常數(shù)為1，混凝土介質(zhì)的介電常數(shù)約為6。電磁波由空氣進入非空氣介質(zhì)或由非空氣介質(zhì)進入空氣介質(zhì)時，雷達信號就會被反射，測試回波信號的幅度會明顯增強，在雷達檢測剖面上形成明顯的異常，對異常信號進行分析可檢測對應(yīng)區(qū)域混凝土的壓實度。

瀝青混合料的碾壓溫度應(yīng)設(shè)在120 ℃～180 ℃，傳統(tǒng)的雷達檢測壓實度技術(shù)由于沒有考慮溫度對介電常數(shù)的影響，所以檢測結(jié)果不準(zhǔn)確。本文通過建立“溫度-瀝青混合料”介電常數(shù)模型，成功解決了溫度影響介電常數(shù)造成檢測結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。

將改進的雷達壓實度自動檢測儀安裝在壓路機上，并使壓實度檢測數(shù)據(jù)實時傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對壓實度的自動控制。

3.2 瑞雷波壓實度自動檢測儀

瑞雷波是一種沿介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑サ谋砻娌ǎ⊿urface Wave），其質(zhì)點在波的傳播方向的垂直平面內(nèi)振動。瑞雷波具有3個基本特性：在分層介質(zhì)中具有頻散特性；波長不同，穿透深度也不同；傳播速度與橫波傳播速度具有相關(guān)性[7]。

波的傳播速度與頻率有關(guān)的現(xiàn)象稱為“頻散”。當(dāng)瑞雷波的半波長接近介質(zhì)的分界面距與自由界面的深度時，頻散曲線的變化較為顯著，這是瑞雷波勘探的理論基礎(chǔ)。根據(jù)瑞雷波在不同巖性介質(zhì)中穿透深度與波長的關(guān)系以及橫波速度與介質(zhì)的物理力學(xué)參數(shù)相關(guān)，可獲得VR-h和VR-VS關(guān)系曲線，這些曲線能直接反映地下某一深度范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況或介質(zhì)的“軟”、“硬”分布情況和“密”、“疏”程度。

根據(jù)以上相關(guān)關(guān)系，并以已知的檢測結(jié)果進行標(biāo)定，即可直接由瑞雷波的波速精確求取路面的密實程度。

4 路面壓實度控制

在高速公路路面加寬的施工過程中，采取以下措施對路面壓實度進行控制。

（1）采用多級臺階法壓實。對瀝青上、中、下面層和水穩(wěn)底基層、上基層、下基層均銑刨臺階。多級臺階法有效保證了壓實質(zhì)量，尤其是加大了新路與舊路的重疊量，保證了新路與舊路交接處的壓實度。

（2）水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青面層初壓時采用側(cè)模碾壓，這樣能夠使新路與舊路搭接處碾壓時不虧料，保證了新路與舊路交接處的壓實度。

（3）使用碾壓質(zhì)量控制系統(tǒng)和壓實度自動檢測儀進行碾壓質(zhì)量自動控制和過程控制。碾壓控制系統(tǒng)可以通過實時監(jiān)控碾壓遍數(shù)、碾壓速度，在不符合要求時自動報警，從而有效保證碾壓質(zhì)量。壓實度檢測儀實現(xiàn)了對壓實度的不間斷檢測及自動控制[8-12]。

（4）水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層采用瑞雷波儀檢測壓實度；瀝青面層采用核子密度儀和雷達密度儀2種儀器檢測壓實度，并建立核子密度儀壓實度與雷達密度儀壓實度的線性關(guān)系。

（5）專利設(shè)備——高速公路水穩(wěn)基層施工通用模板和瀝青面層施工通用模板。通用模板在整個施工過程中只支模1次，既保證了路面邊部的壓實質(zhì)量，又減少了因分層施工要超寬攤鋪支模的弊端，大大降低了材料成本。

（6）專利儀器——熱拌瀝青混凝土松鋪厚度和溫度多功能測量儀。儀器在施工中檢測松鋪厚度和施工溫度，確保壓實在最佳壓實溫度下進行，保證壓實質(zhì)量。

5 施工工藝流程

高速公路加寬路面壓實度控制施工工藝流程見圖7。

6 水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層施工要點

6.1 施工準(zhǔn)備

（1）銑刨臺階。根據(jù)施工需要用銑刨機銑出底基層、下基層和上基層3級臺階（圖8）。臺階的高度為18 cm與底基層、下基層和上基層的設(shè)計高度一致；臺階的寬度統(tǒng)一為40 cm。

（2）安裝碾壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。碾壓質(zhì)量控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及檢測儀器（瑞雷波壓實度檢測儀）。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及檢測儀器安裝在復(fù)壓的YZ-26單鋼輪振動壓路機上（圖9），顯示器設(shè)在施工現(xiàn)場[13-15]。所有數(shù)據(jù)信息均傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，業(yè)主和監(jiān)理可以隨時上網(wǎng)查看。

（3）安裝滑模式碾壓裝置。在初壓的YZ-22單鋼輪振動壓路機上安裝滑模式碾壓裝置。

（4）邊部支模板。在邊部支高速公路水穩(wěn)基層施工通用模板，并固定牢固。

（5）上承層質(zhì)量檢測。底基層施工時檢測路床的施工質(zhì)量是否合格，下基層施工時檢測底基層的施工質(zhì)量是否合格，上基層施工時檢測下基層的施工質(zhì)量是否合格。

（6）灑水泥漿。為了保證層間黏結(jié)的效果，攤鋪前應(yīng)將下結(jié)構(gòu)層表面清掃干凈，然后采用機械灑布的方式進行水泥漿的灑布，使用的水泥與水泥碎石混合料用量一致，且水灰比宜為0.5，水泥用量宜為1 kg·m-2，噴灑時間在上結(jié)構(gòu)層施工前1 h以內(nèi)為宜。

（7）混合料攤鋪。為了減少縱向施工縫，使用DT-1600攤鋪機進行混合料全幅一次攤鋪成型。

（8）混合料質(zhì)量檢測。檢測混合料含水量、水泥用量及松鋪系數(shù)是否滿足要求。

（9）臺階接縫處理。為了加強臺階接縫處及鋼模邊緣與混合料之間的連接，用水壺澆注適量的水泥漿（圖10）。

6.2 初壓

使用安裝有側(cè)模式碾壓裝置的YZ-22單鋼輪振動壓路機初壓2遍。

從起壓點開始，前進、后退1次為1趟，下一趟輪跡要疊上一趟輪跡的二分之一，直到疊過第2組壓路機的起壓點為止。完成上述碾壓為1遍。

第1遍使用靜壓，YZ-22單鋼輪振動壓路機從臺階接縫處開始逐趟向外側(cè)碾壓，第1趟碾壓時放下側(cè)模碾壓裝置進行側(cè)模碾壓，從第2趟開始至最后一趟收起側(cè)模碾壓裝置進行普通方式碾壓。

第2遍使用弱振（高頻低幅）碾壓，YZ-22單鋼輪振動壓路機從臺階接縫處開始逐趟向外側(cè)碾壓，第1趟碾壓時放下側(cè)模碾壓裝置進行滑模碾壓，從第2趟開始至最后一趟收起側(cè)模碾壓裝置進行普通方式碾壓。

6.3 復(fù)壓

復(fù)壓采用組合式碾壓，組合式碾壓參數(shù)選擇如下。

（1）壓路機配置。復(fù)壓采用2臺安裝有碾壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的YZ-26單鋼輪振動壓路機。

（2）組合方式。2臺安裝有碾壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的YZ-26單鋼輪振動壓路機前后組合成1組，同步前進，同步后退。

（3）振幅和頻率的選擇。復(fù)壓采用強振（低頻高幅）碾壓。

（4）疊輪方式。下一趟壓實時壓路機疊上一趟輪跡過的二分之一。

（5）壓實遍數(shù)。復(fù)壓3遍，即2臺YZ-26單鋼輪振動壓路機各3遍，共計6遍。

（6）壓實速度。復(fù)壓速度為2～3 km·h-1。

6.4 復(fù)壓特殊情況處理

（1）當(dāng)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯示超速時，壓路機操作手要及時降速。

（2）復(fù)壓達到規(guī)定的壓實遍數(shù)后，如服務(wù)器顯示有不合格的段落及壓實度不合格的數(shù)據(jù)，且語音提示增加壓實遍數(shù)時，說明局部壓實度不合格。壓路機操作手要根據(jù)語音提示在對應(yīng)的段落增加壓實遍數(shù)。

（3）控制系統(tǒng)語音提示壓實度合格，本段壓實結(jié)束，進入下一碾壓段。

6.5 壓實度檢測

復(fù)壓結(jié)束后，可人工進行質(zhì)量檢測，驗證碾壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

6.6 終壓

壓實度檢測合格后進行終壓，終壓時先用YZ-22單鋼輪振動壓路機靜壓1遍，然后用26 t輪胎式壓路機收面1～2遍。最后按照國家規(guī)范的相關(guān)規(guī)定進行驗收。

7 結(jié)語

為了提高高速公路加寬路面的壓實度，對壓路機進行了改造；水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青面層初壓時采用側(cè)模碾壓，使新路和舊路搭接碾壓后不虧料，保證了交接處的壓實度。采用多級臺階法壓實，使用碾壓質(zhì)量控制系統(tǒng)和壓實度自動檢測儀實現(xiàn)碾壓質(zhì)量自動控制和施工過程控制。水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層采用瑞雷波儀檢測壓實度，瀝青面層采用核子密度儀和雷達密度儀2種儀器檢測壓實度。

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