碾壓混凝土路面施工技術(shù)研究

梁飛

（河北光太路橋工程集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056002）

0 引言

碾壓混凝土路面是指采用攤鋪機(jī)（也可采用平地機(jī)）攤鋪，振動(dòng)壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)碾壓成型的路面。與普通混凝土路面相比，其具有施工速度快、強(qiáng)度高、節(jié)約水泥、開(kāi)放交通早等特點(diǎn)。

1 機(jī)械選型

1.1 拌和機(jī)

與普通混凝土路面相同，在碾壓混凝土路面施工中同樣要采用可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量的拌和機(jī)，這是保證質(zhì)量與進(jìn)度的重要基礎(chǔ)。但由于碾壓混凝土屬于超干硬混凝土，對(duì)拌和機(jī)拌和性能有更高要求，需采用強(qiáng)制式拌和機(jī)。

根據(jù)相關(guān)研究成果，混凝土稠度與發(fā)生的波動(dòng)都會(huì)對(duì)成型后路面實(shí)際平整度造成影響。導(dǎo)致混凝土稠度變化的原因?yàn)閱挝惑w積用水量發(fā)生變化，而引起用水量變化的原因?yàn)榘韬蜁r(shí)加水量改變或砂石料實(shí)際含水量改變。采用一般自動(dòng)計(jì)量拌和機(jī)時(shí)，雖然能對(duì)加水量予以嚴(yán)格控制，但不能根據(jù)砂石料實(shí)際含水量及其變化對(duì)加水量進(jìn)行調(diào)整。對(duì)此，建議使用能對(duì)砂石實(shí)際含水量進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的拌和機(jī)，或在一般拌和機(jī)基礎(chǔ)上配備可對(duì)砂石料實(shí)際含水量進(jìn)行快速檢測(cè)的系統(tǒng)。確定攪拌機(jī)具體形式后，對(duì)拌和效果有較大影響的因素為拌和時(shí)間。若選擇的是間歇式拌和機(jī)，則其拌和時(shí)間需結(jié)合實(shí)際拌和效果做適當(dāng)調(diào)整，而選擇連續(xù)式拌和機(jī)時(shí)，需確保拌和后的混合料達(dá)到均勻。為達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)所選連續(xù)式拌和機(jī)，其葉片應(yīng)可以調(diào)整，如果無(wú)法調(diào)整，則應(yīng)考慮通過(guò)二次攪拌來(lái)解決。

為了使混合料生產(chǎn)能力與現(xiàn)場(chǎng)攤鋪進(jìn)度良好適應(yīng)，若一臺(tái)拌和機(jī)無(wú)法達(dá)到要求，則需配備多臺(tái)拌和機(jī)進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)。此時(shí)要保證混合料拌和效果達(dá)到一致，否則會(huì)對(duì)出料均勻性造成很大影響，進(jìn)而影響到施工質(zhì)量。若采用多臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行作業(yè)，不僅要使原材料相同或相近，而且還要使用型號(hào)完全相同的拌和機(jī)，此外還要提前做好標(biāo)定，以免影響出料的均勻性。

1.2 運(yùn)輸車

運(yùn)輸車性能對(duì)混合料的生產(chǎn)及攤鋪系統(tǒng)能否穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行有直接影響。為便于和拌和機(jī)之間的配合，運(yùn)輸車應(yīng)能順利進(jìn)入卸料斗下方，同時(shí)高度應(yīng)合適，防止與拌和機(jī)發(fā)生碰撞，并避免落距過(guò)大導(dǎo)致離析。同時(shí)，為便于和攤鋪機(jī)之間的配合，所用運(yùn)輸車還應(yīng)確保卸料順利完成，以免對(duì)攤鋪機(jī)的連續(xù)作業(yè)造成影響。根據(jù)試驗(yàn)路經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)輸車以載重在10～20t范圍內(nèi)的自卸車為宜，且料斗要有良好的升降功能，懸架高度應(yīng)與攤鋪機(jī)之間良好配合，并按照實(shí)際情況進(jìn)行覆蓋。

1.3 攤鋪機(jī)

在碾壓混凝土路面施工中，攤鋪?zhàn)鳛橐坏狸P(guān)鍵工序，在選擇攤鋪機(jī)類型時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：第一，保證路面平整度，這是保證之后碾壓達(dá)到密實(shí)的關(guān)鍵?；诖耍x攤鋪機(jī)不僅要有良好的工作性能，而且還需配備穩(wěn)定的自動(dòng)找平及供料系統(tǒng)；第二，使攤鋪后的混合料有一定預(yù)壓密實(shí)度。混合料采用攤鋪機(jī)完成攤鋪后，需采用大型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓才可以達(dá)到密實(shí)。若攤鋪完成后混合料比較松散，則在碾壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的推移，使平整度被嚴(yán)重破壞。此外，從碾壓混凝土路面的成型過(guò)程可以看出（見(jiàn)圖1），完成攤鋪施工后，受到持續(xù)壓實(shí)作用會(huì)使路面產(chǎn)生一定沉降，使基層結(jié)構(gòu)的凹凸在路面上反映出來(lái)。在這種情況下，若能提高攤鋪后密實(shí)度，則可減小壓實(shí)后路面的沉降量，進(jìn)而減小對(duì)路面平整度造成的破壞，保證壓實(shí)完成后路面的平整度。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，攤鋪過(guò)程中的預(yù)壓密實(shí)度需達(dá)到88%以上。

圖1 一般混凝土路面和碾壓混凝土路面成型過(guò)程對(duì)比

2 混凝土拌制

混凝土拌制是指將質(zhì)量滿足要求的不同原材料按照一定配合比均勻混合。在進(jìn)行料場(chǎng)管理與材料計(jì)量時(shí)，對(duì)于碾壓混凝土，其要求和普通混凝土并沒(méi)有太大差別，只是因?yàn)槟雺夯炷翆?shí)際用水量相對(duì)較少，所以通過(guò)拌和達(dá)到均勻需要的時(shí)間比較長(zhǎng)。

通常情況下，當(dāng)拌和的形式與機(jī)具不同時(shí)，拌和時(shí)間也不相同。即便采用同一種類型的拌和機(jī)，其葉片線速度、形式與位置不同也會(huì)對(duì)最終拌和效果造成影響，所以拌和時(shí)間作為混凝土生產(chǎn)重要參數(shù)往往難以統(tǒng)一規(guī)定[1]。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，充分參考國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，在施工過(guò)程中應(yīng)先做好試拌，按照拌和達(dá)到均勻這一基本要求確定拌和時(shí)間，然后在正式拌和過(guò)程中按照這一指標(biāo)嚴(yán)格控制。對(duì)于混凝土的拌和效果，一般采用實(shí)際抗折強(qiáng)度和設(shè)計(jì)值之間的偏差率作為指標(biāo)，通過(guò)專門的試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

3 混凝土攤鋪

混凝土攤鋪是重要施工工序之一，是指將檢查合格的混凝土以要求的尺寸與預(yù)壓密實(shí)度沿橫縱向均勻鋪筑至基層表面，其主要工藝參數(shù)包括自動(dòng)找平裝置的工作參數(shù)、混凝土攤鋪速度及熨平板工作參數(shù)等。

（1）自動(dòng)找平裝置，是保證混凝土攤鋪質(zhì)量的重要部分，現(xiàn)在基本所有攤鋪機(jī)都配備自動(dòng)找平裝置。在施工過(guò)程中應(yīng)選擇適宜的找平基準(zhǔn)，確保裝置始終處在最佳工作狀態(tài)。

（2）松鋪系數(shù)，實(shí)際上是混凝土攤鋪厚度和壓實(shí)厚度之比，采用合理的松鋪系數(shù)是使攤鋪厚度達(dá)到壓實(shí)厚度要求的關(guān)鍵。另外，松鋪系數(shù)在很大程度上反映了混凝土攤鋪過(guò)程中的預(yù)壓密實(shí)度，與攤鋪機(jī)自身性能、混凝土攤鋪速度及攤鋪施工的各項(xiàng)工藝參數(shù)有關(guān)。在正式施工開(kāi)始前，需通過(guò)專門的試驗(yàn)來(lái)確定合適的松鋪系數(shù)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，松鋪系數(shù)一般為1.05～1.15[2]。

（3）攤鋪速度，是對(duì)整個(gè)施工過(guò)程有重要影響的因素，采用合適的攤鋪速度，除了能保證施工質(zhì)量，還能起到加快進(jìn)度和提高設(shè)備實(shí)際利用率的作用。為確保所選攤鋪速度合理性，應(yīng)明確以下幾方面內(nèi)容：第一，攤鋪速度和路面平整度之間的關(guān)系，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)機(jī)械配套一定時(shí)，如果攤鋪速度加快，則平整度變差；第二，攤鋪速度和路面壓實(shí)度之間的關(guān)系，當(dāng)攤鋪機(jī)夯實(shí)能量一定時(shí)，如果攤鋪速度加快，則夯實(shí)能量變小，使預(yù)壓密實(shí)度降低，影響路面平整度；第三，攤鋪速度和施工連續(xù)性之間的關(guān)系，在確定了拌和機(jī)類型后，同樣也確定了攤鋪機(jī)理論攤鋪速度。若攤鋪速度太快，則會(huì)使供料不及時(shí)導(dǎo)致經(jīng)常性停機(jī)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，停機(jī)部位的混凝土可能出現(xiàn)凸起，對(duì)路面整體平整度造成影響。而如果攤鋪速度不恒定，則會(huì)導(dǎo)致供料或預(yù)壓無(wú)法達(dá)到均勻，也會(huì)對(duì)路面整體平整度帶來(lái)一定影響；第四，攤鋪速度和攤鋪機(jī)自身行駛性能之間的關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)常用的攤鋪機(jī)都引入了全液壓驅(qū)動(dòng)及機(jī)電液一體化控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速[3]。然而，相關(guān)專家提出，不建議攤鋪機(jī)以不足0.5m/min的慢速持續(xù)工作，因?yàn)檫@樣不利于勻速行駛，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)或變速箱過(guò)熱，縮短機(jī)械使用壽命。

綜合考慮以上因素，如果攤鋪寬度為9m，攤鋪厚度為24cm，則攤鋪速度建議按照0.6～0.9m/min嚴(yán)格控制。在實(shí)際施工中，可結(jié)合具體的機(jī)械設(shè)備配置情況，通過(guò)下式計(jì)算確定適宜的攤鋪速度：

式（1）中：V為攤鋪速度（m/min）；Q為混凝土產(chǎn)量（m3/h）；B為攤鋪寬度（m）；H為路面厚度（cm）；K為效率系數(shù)，與機(jī)械設(shè)備配套情況有關(guān)，通常在0.85～0.95范圍內(nèi)取值，當(dāng)只有一臺(tái)拌和機(jī)時(shí)，取0.85，當(dāng)采用多臺(tái)進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)時(shí)，取0.95[4]。

（4）熨平板是攤鋪機(jī)的重要部件，現(xiàn)場(chǎng)所有攤鋪機(jī)均配備浮動(dòng)熨平板。攤鋪時(shí)，熨平板浮于混凝土之上，攤鋪機(jī)以恒定速度連續(xù)行駛時(shí)，若混凝土自身性能指標(biāo)保持不變，則熨平板的受力將始終保持平衡。對(duì)于熨平板工作角，如果是一個(gè)常數(shù)，則單位時(shí)間進(jìn)入到其底部的混凝土數(shù)量將保持不變，使攤鋪厚度達(dá)到均勻；而如果工作角變大，則會(huì)使單位時(shí)間進(jìn)入到其底部的混凝土數(shù)量變大，當(dāng)熨平板受到的浮力超過(guò)熨平板自重時(shí)，會(huì)使熨平板保持的平衡狀態(tài)被打破，導(dǎo)致攤鋪厚度變大，直到形成新的平衡狀態(tài)。相反，如果工作角變小，則會(huì)使單位時(shí)間進(jìn)入到其底部的混凝土數(shù)量變少。當(dāng)熨平板受到的浮力低于熨平板自重時(shí)，會(huì)使熨平板保持的平衡狀態(tài)被打破，導(dǎo)致攤鋪厚度減小，直到形成新的平衡狀態(tài)。由此可見(jiàn)，對(duì)熨平板工作角進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整能起到調(diào)整和控制混凝土攤鋪厚度的作用。

熨平板在壓力梁與夯錘的作用下還能對(duì)路面進(jìn)行預(yù)壓與整形，所以熨平板夯錘工藝參數(shù)會(huì)對(duì)路面預(yù)壓密實(shí)度及整體平整性造成很大影響。按照相關(guān)專家的建議，如果實(shí)際的攤鋪厚度與攤鋪機(jī)自身極限攤鋪厚度相接近，則需將熨平板夯錘的行程調(diào)至最大，同時(shí)將其他參數(shù)控制在最大值的80%以內(nèi)，這樣對(duì)攤鋪機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行十分有利。結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于不同類型的攤鋪機(jī)，需設(shè)定專門的熨平板技術(shù)參數(shù)。攤鋪預(yù)壓完成后，路面壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到85%以上。

4 混凝土碾壓

碾壓的作用在于使攤鋪到位的混凝土達(dá)到充分密實(shí)，最終形成堅(jiān)固的路面。當(dāng)混凝土的配合比與碾壓所用機(jī)械設(shè)備均確定后，壓實(shí)效果會(huì)受到以下因素的影響。

（1）碾壓段長(zhǎng)度。將混凝土拌和好后，由于水分蒸發(fā)和水泥水化反應(yīng)，會(huì)使混凝土稠度不斷增加，碾壓性能降低，如未能盡快碾壓，將導(dǎo)致壓實(shí)度較低。此外，與水穩(wěn)基層及普通混凝土相同，如果加水拌和與碾壓成型之間相隔很長(zhǎng)時(shí)間，會(huì)使強(qiáng)度損失明顯增大。對(duì)此，為保證路面強(qiáng)度，碾壓段長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，且完成攤鋪的部分應(yīng)盡快進(jìn)行碾壓。然而，碾壓段長(zhǎng)度太短會(huì)使壓路機(jī)多次轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生很多接頭，也會(huì)對(duì)壓實(shí)均勻性及路面整體平整度造成影響?；诖?，對(duì)碾壓段長(zhǎng)度而言，應(yīng)是強(qiáng)度損失可以容許的最大長(zhǎng)度。若按照施工時(shí)間來(lái)計(jì)算，將攤鋪45min形成的長(zhǎng)度作為標(biāo)準(zhǔn)碾壓段長(zhǎng)度較為適宜。

（2）碾壓次序。碾壓工序主要包含3個(gè)子工序，即初壓、復(fù)壓與終壓。混凝土攤鋪完成后，盡管路面已經(jīng)有一定的密實(shí)度，但并不可以直接開(kāi)始振動(dòng)碾壓，否則將導(dǎo)致混凝土推移。因此，攤鋪完成后應(yīng)先予以穩(wěn)壓，即初壓。通過(guò)初壓，能提高混凝土表面密實(shí)度，為之后的振動(dòng)碾壓奠定良好基礎(chǔ)。基于此，初壓對(duì)碾壓機(jī)械沒(méi)有太高的要求，一般利用靜力壓路機(jī)進(jìn)行，碾壓2遍。復(fù)壓作為碾壓關(guān)鍵工序，是使路面全厚度達(dá)到預(yù)期密實(shí)狀態(tài)的過(guò)程。復(fù)壓應(yīng)使用振動(dòng)壓路機(jī)，同時(shí)選擇合適的振動(dòng)參數(shù)，碾壓遍數(shù)應(yīng)足夠。在復(fù)壓過(guò)程中，壓路機(jī)輪應(yīng)有其寬度1/3左右的重疊，這樣能有效消除輪跡，保證路面整體平整度。如果壓路機(jī)的振動(dòng)能量相對(duì)較小，則要適當(dāng)增加重疊寬度。對(duì)于復(fù)壓的遍數(shù)，主要和所用壓路機(jī)的技術(shù)性能、碾壓厚度及重疊寬度等因素有關(guān)，通常不少于2遍，現(xiàn)場(chǎng)施工中需通過(guò)專門的測(cè)定得出。在攤鋪與采用鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓時(shí)，可能會(huì)使路面層產(chǎn)生深度不大的裂縫。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行碾壓能消除這些深度不大且細(xì)小的裂縫，而且碾壓完成后在路面產(chǎn)生的宏觀構(gòu)造還能增強(qiáng)路面實(shí)際抗滑力?；诖耍跅l件允許的情況下，終壓建議使用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行，終壓的遍數(shù)一般為2～8遍。

（3）振動(dòng)頻率與幅度。采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓時(shí)，其振動(dòng)頻率與幅度在很大程度上決定了最終的壓實(shí)效果。通過(guò)試驗(yàn)可知，高頻低幅對(duì)保證壓實(shí)度有利。

（4）碾壓速度。初壓時(shí)，速度宜按照1.5～2.0km/h控制；復(fù)壓時(shí)，速度宜按照2.0～3.0km/h控制；終壓時(shí)，速度宜按照4.0～6.0km/h控制。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，碾壓混凝土路面以其優(yōu)異的性能在當(dāng)前公路工程建設(shè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文提出了該路面施工技術(shù)的一些關(guān)鍵內(nèi)容，旨在為實(shí)際工程施工提供技術(shù)參考，保證路面質(zhì)量。