大寬度瀝青道面攤鋪離析及對(duì)策研究

申景輝 袁喜欽

摘 要：結(jié)合朱巴國(guó)際機(jī)場(chǎng)的改擴(kuò)建工程，研究大寬度瀝青道面不停航攤鋪時(shí)，產(chǎn)生離析的原因并進(jìn)行對(duì)策分析。在對(duì)試驗(yàn)段道面攤鋪時(shí)發(fā)現(xiàn)，13%的攤鋪區(qū)域出現(xiàn)不同程度的離析。隨后對(duì)此進(jìn)行離析原因分析并制定相應(yīng)對(duì)策。經(jīng)處理后道面離析問(wèn)題消失，效果顯著。研究成果對(duì)類(lèi)似大寬度瀝青道面不停航攤鋪施工具有一定的借鑒意義和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：攤鋪離析 大寬度道面 不停航施工 集料級(jí)配

離析分為級(jí)配離析和溫度離析，與瀝青混凝土道面的施工過(guò)程息息相關(guān)，過(guò)程包括集料的攪拌、存儲(chǔ)、堆放等。尤其是在施工難度技術(shù)較大的瀝青道面攤鋪環(huán)節(jié)，瀝青的離析將直接影響到道面的施工質(zhì)量和效果。瀝青道面粗集料密集處，瀝青空隙率較大且含量低，易導(dǎo)致瀝青道面耐久性降低及水損害，從而產(chǎn)生疲勞裂縫、坑洞以及剝落等其它病害；瀝青道面細(xì)集料集中處，瀝青空隙率小且含量大，易產(chǎn)生泛油、車(chē)轍等病害。因此，對(duì)瀝青道面攤鋪離析進(jìn)行原因分析及對(duì)策研究，在工程施工中具有重大的實(shí)際意義。

1.研究背景及工程概況

民用航空項(xiàng)目建設(shè)對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大幫助。早期機(jī)場(chǎng)跑道施工以水泥混凝土為主，且由于機(jī)場(chǎng)跑道使用時(shí)間較長(zhǎng)，不少機(jī)場(chǎng)道面出現(xiàn)了露石、拱起和裂縫等病害，嚴(yán)重影響到飛行的舒適及安全。對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道的改擴(kuò)建迫在眉睫。在原有水泥混凝土道面加鋪瀝青面層成為了機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建的一種重要手段。從上世紀(jì)80年代末開(kāi)始，在歐洲的樞紐法蘭克福機(jī)場(chǎng)，我國(guó)的上海虹橋機(jī)場(chǎng)及美國(guó)多個(gè)機(jī)場(chǎng)，都進(jìn)行了瀝青加鋪的機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建。然而，施工過(guò)程中瀝青道面攤鋪離析一直是個(gè)難題。

南蘇丹朱巴國(guó)際機(jī)場(chǎng)作為南蘇丹交通運(yùn)輸?shù)闹匾军c(diǎn)。該機(jī)場(chǎng)于20世紀(jì)80年代建成?，F(xiàn)有跑道長(zhǎng)2400m，寬45m，跑道表面常年缺乏維護(hù)且遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限，嚴(yán)重影響飛行安全。對(duì)此進(jìn)行機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建一期工程，將現(xiàn)有2400m跑道修復(fù)改造并延長(zhǎng)至3100m。由于朱巴機(jī)場(chǎng)是唯一機(jī)場(chǎng)，為保證機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)營(yíng)，故對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道改擴(kuò)建進(jìn)行不停航施工。道面范圍45m寬度內(nèi)內(nèi)必須進(jìn)行全斷面攤鋪，項(xiàng)目采用4臺(tái)德納派克SD2550CS瀝青混凝土攤鋪機(jī)，每臺(tái)攤鋪機(jī)為11.25m的大寬度攤鋪。道面瀝青上面層采用SMA-16，瀝青中、下面層均采用AC-20瀝青混凝土。

2.瀝青混凝土攤鋪離析

在大寬度的瀝青攤鋪施工過(guò)程中，混合料經(jīng)螺旋布料器的運(yùn)送長(zhǎng)度越大時(shí)，越容易產(chǎn)生不同粒徑集料的離析。項(xiàng)目首先進(jìn)行瀝青道面試驗(yàn)段施工，為下一步的瀝青道面施工總結(jié)經(jīng)驗(yàn)及選取合理的施工過(guò)程控制參數(shù)。在機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)選取了一塊11.25m×100m的開(kāi)闊場(chǎng)地開(kāi)展試驗(yàn)段施工。試驗(yàn)段施工結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域出現(xiàn)離析現(xiàn)象（圖1）。針對(duì)瀝青道面大寬度攤鋪存在局部離析現(xiàn)象，對(duì)試驗(yàn)段1125m2范圍內(nèi)存在離析的部位進(jìn)行檢查。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，共有13%的道面面積出現(xiàn)攤鋪邊緣離析、其他離析和泛油等現(xiàn)象（表1）。為了避免類(lèi)似問(wèn)題的出現(xiàn)，需要進(jìn)一步分析離析原因并制定相應(yīng)對(duì)策，滿足下一步道面施工質(zhì)量要求。

3.離析原因分析

利用調(diào)查分析，觀察驗(yàn)證等方法，結(jié)合已有的瀝青道面攤鋪經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)有可能造成瀝青混凝土粗細(xì)集料離析的因素，包括人員、設(shè)備、工藝、集料及配合比等綜合分析后發(fā)現(xiàn)，大寬度瀝青道面不停航攤鋪離析產(chǎn)生的原因主要可以歸結(jié)為3點(diǎn)：

（1）進(jìn)行大寬度攤鋪，螺旋布料器加長(zhǎng)，造成離析。由于大寬度攤鋪施工需要較長(zhǎng)的螺旋布料器，混合料運(yùn)送距離相應(yīng)變長(zhǎng)且輸運(yùn)量增大，而只有螺旋內(nèi)部才能進(jìn)行物料輸運(yùn)。因此為滿足施工要求需提高轉(zhuǎn)速。高轉(zhuǎn)速且暴露在空中的螺旋布料器會(huì)向物料上層拋送物料，造成瀝青施工的攤鋪離析。

（2）混凝土中粗、細(xì)集料過(guò)多或間斷級(jí)配造成離析。瀝青混凝土中最大粒徑越大，粗、細(xì)集料過(guò)多，集料級(jí)配中間檔較少容易造成離析，而上層瀝青正好屬于粗、細(xì)集料多，中間檔料少這種間斷級(jí)配，更容易造成離析。因此在前期瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)階段，選擇一個(gè)合理的級(jí)配是解決離析問(wèn)題的關(guān)鍵。

（3）不停航攤鋪造成離析。不停航攤鋪必須保證第二天跑道正常開(kāi)放使用，作業(yè)時(shí)間短，夜間作業(yè)條件差，為減少離析及粗集料對(duì)飛機(jī)輪胎磨損，現(xiàn)有2400m跑道除瀝青上面層采用SMA-16外，瀝青中、下面層均采用AC-20瀝青混凝土。攤鋪機(jī)工作時(shí)不得隨意中途停頓或變換速度，保證均勻、緩慢、連續(xù)不斷地工作，以減少粗細(xì)集料的離析和溫度離析，增大道面施工平整程度。然而，在現(xiàn)有兩座瀝青拌合站的條件下，45m跑道范圍內(nèi)4臺(tái)攤鋪機(jī)全斷面攤鋪存在及時(shí)供料的困難。為保證攤鋪過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定，必須確定合理的攤鋪速度。

以AC -2 0普通瀝青混凝土下面層為例，攤鋪?zhàn)钚簩?shí)厚度為10cm。45m跑道道面范圍內(nèi)單位長(zhǎng)度瀝青混凝土的重量為11.025t/ m。兩臺(tái)日工30 0 0型瀝青拌合站每小時(shí)產(chǎn)量分別為240t。兩臺(tái)瀝青拌合站每小時(shí)產(chǎn)量可攤鋪長(zhǎng)度為：2×240/11.025=43.5m。因此在不壓料的情況下，瀝青混凝土攤鋪機(jī)的攤鋪速度為：43.5/60=0.725m/min。攤鋪速度過(guò)小不滿足規(guī)范要求。

4.對(duì)策實(shí)施及效果

針對(duì)以上分析的瀝青道面攤鋪離析原因，分別制定如下3點(diǎn)對(duì)策：

（1）優(yōu)化螺旋布料器，保證混合料的高度。采用低轉(zhuǎn)速大扭矩的螺旋布料器，提高物料的輸送率，降低轉(zhuǎn)速，使得不同顆粒之間慣性差別變小從而削弱離析程度。在鋪筑過(guò)程中保證布料器持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，降低螺旋布料器的高度，保證物料的高度高于螺旋布料器2/3位置處（圖2上），使得物料從中間向兩邊移動(dòng)，降低了不同粒徑集料的分離程度。

此外，施工過(guò)程中還應(yīng)保證合適的送料倉(cāng)高度，并保證送料器和布料器的勻速操作。攤鋪機(jī)在上一車(chē)集料攤鋪即將完成時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉送料器，在下一車(chē)集料倒入之后，再重復(fù)進(jìn)行均勻送料、布料的操作。在攤鋪過(guò)程中，攤鋪機(jī)兩側(cè)還應(yīng)設(shè)置專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，對(duì)攤鋪全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并保持與攤鋪機(jī)司機(jī)溝通，如出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整（圖2下）。

（2）通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化瀝青混合料配合比。通常來(lái)說(shuō)，瀝青混合料中大粒徑顆粒越多，越易造成離析現(xiàn)象；瀝青混合料設(shè)計(jì)按目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)和驗(yàn)證三個(gè)階段進(jìn)行。三個(gè)階段的配合比都需對(duì)集料的配比組合進(jìn)行調(diào)試，力求符合瀝青混合料均勻性最優(yōu)級(jí)配曲線。在混合料的空隙率、穩(wěn)定度等指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，選取混合料均勻性最好的配合比進(jìn)行試驗(yàn)段試鋪，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次試鋪的效果確定混合料配合比的級(jí)配曲線（圖3）。

控制瀝青混合料級(jí)配最后的一個(gè)環(huán)節(jié)在拌合站。在跑道面層施工過(guò)程中，試驗(yàn)室安排專(zhuān)人在拌合站值班對(duì)生產(chǎn)AC-20 SBS、SMA-16 SBS瀝青混合料進(jìn)行監(jiān)控，密切觀察瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量變化，確保瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。對(duì)每班組生產(chǎn)的瀝青混合料抽檢不少于2次，在采用高溫燃燒爐法檢測(cè)瀝青含量的同時(shí)篩分剩余的集料。并檢測(cè)篩分的級(jí)配與配合比設(shè)計(jì)的級(jí)配誤差是否小于規(guī)范要求。如果不滿足誤差要求，及時(shí)調(diào)整各規(guī)格碎石的配比，保證生產(chǎn)的瀝青混合料級(jí)配穩(wěn)定。

為了提高AC-20普通瀝青混凝土下面層攤鋪速度，且不致攤鋪中途停頓或變換速度，保證攤鋪連續(xù)、穩(wěn)定，必須提前進(jìn)行備料。由于瀝青下面層攤鋪涉及到“除膠-清掃道面-舊跑道灑熱瀝青灌縫修復(fù)及補(bǔ)坑修復(fù)-锨刨上一次臨時(shí)接坡-清掃接坡-灑熱瀝青-人工鋪土工布-土工布碾壓-放控制樁-放平衡梁-攤鋪瀝青-碾壓-做下一道臨時(shí)接坡--設(shè)備退場(chǎng)-臨時(shí)標(biāo)線-灑水降溫-清理跑道”等一系列復(fù)雜工序，為保證第二天機(jī)場(chǎng)道面的不停航，經(jīng)過(guò)精密策劃和計(jì)算之后，安排每晚攤鋪瀝青100m。攤鋪速度取1.45m/min，滿足與上面層SMA瀝青攤鋪速度一致，則攤鋪時(shí)間為69min。攤鋪瀝青混凝土為100×11.025=1102.5t，瀝青拌合站需拌合138min，因此拌合站需要提前138-69=69min進(jìn)行備料，且提前備料552t。瀝青混凝土采用大型自卸車(chē)運(yùn)輸，每車(chē)裝料36t，故需提前備料16車(chē)（圖4）。

為了應(yīng)對(duì)拌合站和瀝青攤鋪機(jī)發(fā)生故障，避免瀝青攤鋪中斷，造成級(jí)配離析和溫度離析。除了平時(shí)對(duì)拌合站加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)之外，項(xiàng)目建有兩座拌合站防止一臺(tái)臨時(shí)發(fā)生故障。若遇拌合站或?yàn)r青攤鋪機(jī)發(fā)生故障，在盡力搶修的同時(shí)，根據(jù)已經(jīng)拌合出的瀝青混凝土料的數(shù)量，調(diào)整當(dāng)晚施工工作量，保證第二天順利通航。

根據(jù)如上制定的3點(diǎn)對(duì)策，應(yīng)用到試驗(yàn)段瀝青道面攤鋪施工。隨機(jī)選取800m2道面，對(duì)改進(jìn)后的瀝青混凝土SMA-16的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查、統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)表面平整密實(shí)，無(wú)泛油、松散、裂縫、離析、花白料、結(jié)團(tuán)成塊現(xiàn)象（圖5），道面外觀質(zhì)量符合MH5011-1999的要求。

5.結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合南蘇丹朱巴國(guó)際機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程，分析大寬度瀝青道面不停航攤鋪的離析原因并制定相應(yīng)對(duì)策。分析產(chǎn)生離析的原因主要為螺旋布料器加長(zhǎng)；混凝土集料級(jí)配間斷和不停航攤鋪。對(duì)此制定相應(yīng)對(duì)策：優(yōu)化螺旋布料器并保證混合料的高度；優(yōu)化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)；提前備料且計(jì)算合理的攤鋪施工速度。對(duì)策實(shí)施后，有效解決了瀝青道面離析的問(wèn)題，提高道面施工質(zhì)量。并為相關(guān)大寬度瀝青道面施工工程提供了技術(shù)參考和管理經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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