基于信息化監(jiān)管下的瀝青路面平整度控制研究

練 強

(宜興市交通工程建設管理處，江蘇 宜興 214200)

1 項目概況

宜興至長興高速公路江蘇段是江蘇省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中“縱三”線的重要組成部分。路線全長25.453 km，建成后將成為蘇西南和浙西北的快速通道，構(gòu)建起寧杭間第二條快速通道，這對加速推進長三角一體化、加快推動沿線區(qū)域經(jīng)濟社會快速發(fā)展具有重要意義，將成為拉動蘇浙省際經(jīng)濟、旅游發(fā)展的新引擎。

2 試鋪數(shù)據(jù)收集與分析

瀝青下面層試鋪采用2臺福格勒2100-3L攤鋪機梯隊攤鋪，掛鋼絲控制高程方式進行施工。技術(shù)咨詢組對實施方案中的施工參數(shù)和平整度指標進行了相關(guān)性預設，對瀝青路面試鋪段下面層的施工工藝參數(shù)進行收集，并對平整度情況進行了檢測[5]。從檢測數(shù)據(jù)可以看出，下面層平整度σ值雖然全部符合驗收標準(≤1.4 mm)要求，平均值為1.2 mm左右，但從檢測值分布均勻性、偏差值等方面分析，與預期質(zhì)量存在差距，具體數(shù)值見表1，各車道平整度波動見圖1。

表1 瀝青下面層平整度檢測值

續(xù)表1

圖1 瀝青下面層平整度波動圖

3 影響因素分析

結(jié)合以往施工經(jīng)驗和試鋪段數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，影響瀝青路面平整度的主要因素有以下幾點：施工作業(yè)人員的素質(zhì)、下承層初始平整度、工藝過程中環(huán)境的變化、瀝青混合料配比及溫度的穩(wěn)定、攤鋪機的性能和攤鋪參數(shù)的選擇、碾壓設備選擇與組合以及接縫處理等。

3.1 施工方案、人員及組織能力的影響

預定目標的實現(xiàn)主要靠作業(yè)人員嚴格按照操作規(guī)程來實現(xiàn)，作業(yè)人員對施工工藝參數(shù)與路面質(zhì)量關(guān)聯(lián)性分析和判斷能力十分重要。路面施工的每道工序要求應得到嚴格的執(zhí)行，更要有作業(yè)環(huán)節(jié)偏差影響路面質(zhì)量的直觀認識。路面工程的質(zhì)量控制對精細化施工能力及現(xiàn)場管理水平有著較高的要求。另外，加強現(xiàn)場的協(xié)調(diào)與管理也是非常重要的環(huán)節(jié)，工序的連續(xù)性、機械操作手及作業(yè)工人都必須要有專職技術(shù)人員隨時檢查和落實。在規(guī)范作業(yè)行為的同時，及時收集細節(jié)數(shù)據(jù)，為進一步分析積累經(jīng)驗。

3.2 下承層平整度的影響

下承層標高控制不嚴和平整度不佳極易導致瀝青下面層施工時虛鋪厚度不一致，從而導致瀝青下面層平整度發(fā)生波動。施工層的平整度受下承層平整度影響非常明顯，下承層平整度決定了施工層平整度控制的最佳值上限。

3.3 施工過程中環(huán)境變化的影響

瀝青路面施工過程中環(huán)境影響主要包括溫度和風力影響。涉及車輛運輸和攤鋪作業(yè)的溫度下降幅度和混合料溫度離析程度。大風和低溫對料溫離析的影響明顯，必須要采取有效措施減少環(huán)境條件對瀝青路面施工作業(yè)的影響。

3.4 瀝青混合料配合比及溫度穩(wěn)定的影響

級配控制良好的混合料出料時基本均勻，但在各施工工序過程中因為不合理的操作會產(chǎn)生離析，從而影響混合料的均勻性。粒徑較大的集料在攤鋪過程中會在攤鋪機布料過程產(chǎn)生翻滾，易在熨平板、螺旋布料器與機身固定連接件的邊部出現(xiàn)集聚，進而出現(xiàn)離析。也易使熨平板在找平時發(fā)生位移，形成細小“波浪”，進而影響鋪面平整度。瀝青混合料的施工溫度將決定施工和易性，拌和過程中應保證混合料溫度處于合理范圍，在施工過程應對易產(chǎn)生溫度離析工藝環(huán)節(jié)嚴格控制。

3.5 攤鋪機的性能和攤鋪參數(shù)選擇的影響

攤鋪機性能、攤鋪機與料車的配合度均能影響路面平整度質(zhì)量，其中攤鋪機性能(攤鋪寬度、熨平板平順度、夯錘尺寸及作用能力、初始壓實度、拌和與攤鋪能力的匹配、籠料方式、找平方式)及其與料車間的匹配度對于攤鋪作業(yè)的連續(xù)性有著直接影響。

3.6 碾壓設備選擇與組合的影響

壓路機的性能、碾壓組合方式、碾壓段長度、初復壓溫度、機型的選擇與組合、碾壓梯隊、碾壓速度、碾壓的折返與轉(zhuǎn)彎等對平整度有直接的影響。

3.7 接縫處理的影響

起步設置和收工處理路面整體平整度要處理得當，不然易出現(xiàn)顛簸和跳車，直接影響路面平整度。

綜合以上分析，結(jié)合管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集與分析，針對人員管理、溫度、攤鋪、碾壓等主要環(huán)節(jié)進行控制，改進施工工藝，提高瀝青路面平整度。

4 管控系統(tǒng)監(jiān)管數(shù)據(jù)分析

宜長高速公路瀝青路面下面層在攤鋪過程中，結(jié)合規(guī)范要求，編制了施工方案，并在溫度、攤鋪、碾壓等主要環(huán)節(jié)，相應采取了一些措施。

為減少混合料溫度散失對壓實度造成影響，在攤鋪路段兩側(cè)設置防風篷布，每側(cè)長度200 m，初壓設置3臺雙鋼輪緊跟碾壓，以保證在較高的攤鋪溫度下達到初始壓實度。

運輸車輛四周全部采用鐵皮加雙層保溫棉進行保溫，以滿足混合料保溫的需要。

下面層攤鋪時采用掛鋼絲的控制方式，采用2臺福格勒2100-3L攤鋪機梯隊攤鋪，兩臺攤鋪機兩側(cè)均采用掛鋼絲控制標高和寬度；后面一臺攤鋪機內(nèi)側(cè)根據(jù)已攤鋪好未進行碾壓的鋪面進行控制。

攤鋪過程中，保持每臺攤鋪機前2～3輛運料車待鋪；兩攤鋪機相距8～10 m，施工中攤鋪機的螺旋布料器均勻、不停頓地轉(zhuǎn)動，始終保持2/3埋入混合料中，并保證緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地攤鋪瀝青混合料，不隨意變換速度或中途停頓；在攤鋪機受料斗前部增設橡膠擋板，以防止瀝青混合料滾落，造成混合料的離析，并減少受料斗的攏料次數(shù)；對于攤鋪機的拼接中縫和兩臺攤鋪機之間的接縫處條帶狀離析，采用篩撒細料的方式進行處理。攤鋪速度按1.2 m/min控制，緩慢、均勻、不間斷地攤鋪，兩臺攤鋪機梯隊攤鋪時前后間距控制在8～10 m。兩臺攤鋪機壓力梁的振動壓力為50 bar，夯錘的振動頻率為60%(總頻率為100%)。

瀝青混合料碾壓按照“高溫、緊跟、勻速、慢壓、高頻、低幅、少水”的原則由路肩側(cè)向中央分隔帶側(cè)進行碾壓，碾壓完畢鋪面無輪跡。根據(jù)試鋪總結(jié)意見，施工現(xiàn)場配備了3臺雙鋼輪、3臺膠輪進行碾壓，碾壓組合見表2。

表2 碾壓工藝參數(shù)

采用上述工藝施工后，隨機抽取15個生產(chǎn)日的信息化監(jiān)管數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出以下主要結(jié)果。

(1)出廠溫度在150～165 ℃范圍內(nèi)的占97%，但是處于150～155 ℃范圍的占到了63%；攤鋪溫度≥145 ℃的占比為48%。

(2)攤鋪速度平均值為2.1 m/min，攤鋪速度超過1.5 m/min占到了67%，過大的攤鋪速度，使攤鋪機自帶的夯錘沒有充足的時間對混合料進行振動夯實，降低了初始平整度；同時考慮到拌合樓實際供料能力及下面層9.5 cm的層厚，攤鋪機使用較大的攤鋪速度攤鋪作業(yè)將發(fā)生間歇性停機待料現(xiàn)象，攤鋪過程均勻連續(xù)保障不足，從而使最終的平整度的未能達到較好水平。

(3)對碾壓速度進行統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)初壓、復壓、終壓碾壓速度的平均值為6.1 km/h，均超過標準要求，壓實速度過快。

(4)鋼輪與膠輪在碾壓習慣上均存在優(yōu)化空間，在碾壓過程中，相同斷面處鋼輪與膠輪均存在對薄弱環(huán)節(jié)碾壓遍數(shù)比其他區(qū)域較少的現(xiàn)象。另外，鋼輪與膠輪均存在同斷面碾壓遍數(shù)不均勻現(xiàn)象，21%的區(qū)域并不能滿足總壓實遍數(shù)至少7遍的要求。

5 優(yōu)化措施

影響瀝青路面平整度指標的因素有很多，根據(jù)信息化監(jiān)管情況，主要針對混合料施工溫度、攤鋪速度與生產(chǎn)能力匹配度、碾壓速度及遍數(shù)的均勻性等參數(shù)進行量化分析，并進行優(yōu)化調(diào)整。在瀝青路面施工中控制好這些參數(shù)可對瀝青路面的施工帶來積極的影響。

針對以上結(jié)論中提到的3個主要影響因素，在工程實施過程中提出了以下幾點優(yōu)化措施。

措施一：確保混合料出料溫度處于控制范圍中上區(qū)間段。

(1)適當提高混合料的生產(chǎn)溫度，使混合料出料溫度處于控制范圍中上區(qū)間段(158 ℃控制，不低于155 ℃)，利用信息化監(jiān)管系統(tǒng)加強對混合料出廠溫度控制，發(fā)現(xiàn)溫度不符合要求應及時調(diào)整，并發(fā)出預警，記錄對應施工樁號。

(2)檢查每輛運料車，保證每車配備蓬布對混合料進行覆蓋，降低運輸過程中的溫度損耗。

(3)做好攤鋪前準備，攤鋪機開工前應提前0.5～1.0 h預熱熨平板，保證溫度不低于100 ℃。攤鋪過程中安排人員對攤鋪溫度進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)溫度不足立即對混合料進行處理。

在落實以上優(yōu)化措施后，對混合料出料溫度均值情況進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)混合料出料溫度整體處于上升趨勢，且從7月15日開始，出料溫度基本處于控制中值以上，見圖2。

圖2 每日出廠溫度平均值概況

措施二：降低攤鋪速度，與混合料生產(chǎn)能力匹配。

(1)通過對瀝青拌合樓下面層瀝青混合料(單盤生產(chǎn)周期為52 s，單盤產(chǎn)量為3.8 t)實際生產(chǎn)能力的計算可知：瀝青拌合站下面層瀝青混合料的生產(chǎn)能力為262 t/h左右；同時現(xiàn)場攤鋪1 m所需混合料為3.56 t，可知每小時下面層理論攤鋪距離為73.6 m，理論攤鋪速度為1.22 m/min。

(2)在攤鋪過程中，安排質(zhì)量員對攤鋪速度進行監(jiān)控，要求攤鋪機必須緩慢均勻連續(xù)不間斷的攤鋪，不得隨意變換速度和中途停頓，以提高平整度。將攤鋪速度控制在1.2m/min左右，發(fā)現(xiàn)不符合要求立刻進行調(diào)整。

措施二實施后，對照15個生產(chǎn)日的攤鋪速度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，見圖3。攤鋪速度均值從開始的1.6 m/min下降到7月16日之后的1.2 m/min左右，其中需要說明的是7月13日和20日現(xiàn)場有機械設備轉(zhuǎn)場活動，故而攤鋪速度均值有了明顯的提高，但從變化趨勢來看，整體呈下降態(tài)勢。

圖3 每日攤鋪速度均值變化情況

措施三：降低碾壓速度，減小速度差值。

(1)對壓路機操作人員進行技術(shù)交底，要求在施工中嚴格控制壓實速度。遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，即緊跟在攤鋪機后面，采取高頻率、低振幅的方式慢速碾壓，嚴禁為了趕工加快壓實速度。

(2)安排人員對壓實速度進行監(jiān)控，以初壓2～3 km/h，復壓3～5 km/h，終壓3～6 km/h的要求進行壓實速度控制，并安裝壓路機蜂鳴裝置，對監(jiān)測到的超出控制速度范圍的情況及時預警，提醒壓路機操作手及時改正。

實施以上措施后，對15個生產(chǎn)日的壓實速度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，見圖4～圖6。從圖中可以看出，初壓和復壓速度極大值基本超出上限，主要是初壓和復壓速度要求范圍小較難控制的原因，但加大監(jiān)管力度后，每個生產(chǎn)日的不同碾壓階段極值空間在持續(xù)收窄，且速度均值也呈下降趨勢，初步達到了控制目標。

圖4 每日初壓速度極值與均值概況

圖5 每日復壓速度極值與均值概況

圖6 每日終壓速度極值與均值概況

實施四：提高碾壓遍數(shù)均勻性。

(1)對壓路機操作人員進行信息化技術(shù)交底，學會運用碾壓軌跡和遍數(shù)顯示圖，根據(jù)壓路機配備的平板電腦顯示的碾壓軌跡判定碾壓均勻性和壓實遍數(shù)。

(2)安排人員在現(xiàn)場使用信息化監(jiān)管系統(tǒng)附帶的壓實客戶端來確定路面所有施工區(qū)域的壓實遍數(shù)，現(xiàn)場碾壓時對欠壓區(qū)域及時進行補充碾壓。

措施實施后，隨機抽取了完成碾壓路段的碾壓遍數(shù)云圖，發(fā)現(xiàn)遍數(shù)均勻性有了明顯提高，且滿足總遍數(shù)不少于7遍的要求。

6 現(xiàn)場檢測結(jié)果對比

對采用優(yōu)化措施完成施工的瀝青下面層路段進行平整度檢測，檢測結(jié)果見表3。

表3 瀝青下面層平整度檢測值匯總

根據(jù)平整度檢測結(jié)果分析，各行車道均有不同程度提升，提升率基本達到了20%以上，提升較為明顯，見表4。

表4 平整度均值及代表值對比情況

基于下面層分析總結(jié)，尋找提高平整度的技術(shù)路線，采用此種方法在后來的中、上面層施工中也取得了較好的控制效果。宜長高速公路最終上面層平整度平均σ值達到0.5mm。

7 結(jié)束語

平整度控制所涉及的工序較多，如果項目實施過程中按照常規(guī)方法對所有涉及的內(nèi)容(包括原材料、施工組織工序及機械配置等)加以控制，實際的優(yōu)化效率較低，尤其對工期緊、質(zhì)量要求較高的工程，更難有足夠的時間進行分析研究。此時利用可實時監(jiān)管施工情況的信息化管控系統(tǒng)開展相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)混合料施工溫度、攤鋪速度與生產(chǎn)能力匹配度、碾壓速度及遍數(shù)的均勻性是影響瀝青路面平整度指標的主要因素，開展針對性的優(yōu)化措施后，瀝青路面平整度有了明顯提高，整體提升率在20%以上，說明使用信息化監(jiān)管系統(tǒng)來提高瀝青路面平整度是一種高效、科學的技術(shù)途徑。