公路工程施工中瀝青面層連續(xù)攤鋪技術(shù)的應(yīng)用

馬福彬

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司機(jī)械化施工分公司，四川成都 610000）

0 引言

連續(xù)攤鋪技術(shù)是一種源自國(guó)外的瀝青公路施工技術(shù)，與傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)最大的區(qū)別在于：將原本獨(dú)立施工的上、下面層改為同時(shí)攤鋪、共同碾壓。在下面層熱量的影響下，碾壓時(shí)間更為持久，壓實(shí)效果更加充分。連續(xù)攤鋪技術(shù)的施工工藝主要有兩種：一是熱接熱，攤鋪完上、下層的混合料，同步壓實(shí)成型；二是接熱暖，先充分壓實(shí)下面層，然后再進(jìn)行上面層攤鋪施工，最后兩個(gè)面層一起壓實(shí)。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公路瀝青面層連續(xù)攤鋪技術(shù)展開(kāi)詳細(xì)綜述。

1 傳統(tǒng)施工中瀝青路面的常見(jiàn)病害

1.1 瀝青路面基面層間的病害

自我國(guó)步入經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期以來(lái)，交通壓力越來(lái)越大，導(dǎo)致路面病害頻發(fā)。實(shí)踐調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，公路病害除了與天氣、交通量、使用年限等因素有關(guān)，瀝青路面結(jié)構(gòu)層間的不良接觸狀態(tài)同樣是導(dǎo)致病害的重要原因。在層間接觸不佳的情況下，隨著經(jīng)年累月的車(chē)輛通行，層間會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，從最初微小的裂縫逐漸擴(kuò)大為面積較大的橫向裂縫，然后形成U 形裂縫。U 形裂縫的形成與多種因素有關(guān)，如車(chē)輛頻繁啟動(dòng)、加速、剎車(chē)、減速等，尤其是在公路轉(zhuǎn)彎處的長(zhǎng)縱坡路段，U 形裂縫更為常見(jiàn)。有學(xué)者利用ABAQUS 軟件對(duì)車(chē)輛啟動(dòng)、轉(zhuǎn)彎處路面承受的應(yīng)力進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示，公路路面縱向拉應(yīng)力、剪應(yīng)力與U 形裂縫底部、雙側(cè)位置相互吻合。而U 形裂縫的底部之所以開(kāi)裂，主要是拉應(yīng)力的作用；雙側(cè)開(kāi)裂則是剪應(yīng)力所致。除此之外，層間接觸不良還可能引起路面鼓包、坑槽等病害，縮短公路工程的使用壽命，增加潛在的行車(chē)安全隱患。

基面層間病害的形成原因，總體而言可歸納為以下幾點(diǎn)：

第一，交通量過(guò)大：隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，公路所承受的交通壓力前所未有。尤其是很多大型貨車(chē)司機(jī)，為了節(jié)約運(yùn)輸成本，經(jīng)常違規(guī)超重超載。部分交通要道，高軸重車(chē)輛占比甚至超過(guò)50%，這些車(chē)輛的載重更是超出標(biāo)準(zhǔn)要求4～5 倍之多，尤其以煤炭、鋼材等運(yùn)輸車(chē)輛的超載現(xiàn)象最為嚴(yán)重。在超重超載狀態(tài)下，車(chē)輛的啟動(dòng)和剎車(chē)、加速和減速、轉(zhuǎn)彎都會(huì)對(duì)路面層間造成巨大的剪切應(yīng)力，當(dāng)超出公路的設(shè)計(jì)值時(shí)，各層間就會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，彼此完全分離。

第二，基層與面層的接觸狀態(tài)：根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》），假如出現(xiàn)瀝青路面的結(jié)構(gòu)層完全保持接觸狀態(tài)，但半剛性基層和瀝青面層的接觸并不安全的情況，是因二者的材料特點(diǎn)、回彈模量存在差異所致。這種情況下，即使按照規(guī)范要求灑布黏層油，也很難使基層和面層成為完整的整體，反而會(huì)成為瀝青路面最薄弱的環(huán)節(jié)，在強(qiáng)大的剪應(yīng)力作用下，層間的接觸狀態(tài)必然會(huì)遭到破壞。

第三，級(jí)配：粗集料在瀝青混合料中占比最大，細(xì)集料與填充料相對(duì)較少。粗集料之間能夠相互嵌擠，但壓實(shí)后仍然會(huì)留有較大空隙，無(wú)論是抗變形能力還是抗剪切能力，或是整體性，都存在很大不足，在超荷載情況下路面很容易塌陷。

第四，環(huán)境：瀝青材料特點(diǎn)決定了在遇到高溫、降雨、降雪等特殊天氣時(shí)，路面很容易遭到破壞。如高溫天氣會(huì)降低瀝青路面層間的黏結(jié)力；持續(xù)暴雨會(huì)對(duì)路面造成腐蝕，從而產(chǎn)生裂縫、松散、翻漿、坑槽等病害。

第五，施工技術(shù)：傳統(tǒng)施工模式下，先攤鋪基層，然后再振動(dòng)壓實(shí)，當(dāng)壓實(shí)度滿足質(zhì)量要求后再養(yǎng)護(hù)，各個(gè)瀝青面層的振動(dòng)壓實(shí)是分開(kāi)施工的。每一層都保持獨(dú)立結(jié)構(gòu)，各層表面通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)變得平整、密實(shí)，但層與層之間仍然存在很大差異，各層之間的集料不能充分嵌擠，只能通過(guò)黏層油相互黏結(jié)在一起，集料之間不能形成內(nèi)摩擦力。

1.2 瀝青路面黏層的病害

根據(jù)《規(guī)范》要求，瀝青結(jié)合料的材料層間應(yīng)設(shè)置黏層，主要作用是把上、下結(jié)構(gòu)層整合成一個(gè)完整、統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，但如果操作不規(guī)范，則很可能造成層間黏結(jié)不良的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)層之間的黏結(jié)效果受到黏層材料灑布量的直接影響，如果未達(dá)到最理想的灑布量，黏層的黏結(jié)力就會(huì)不足；如果灑布量過(guò)大，則會(huì)在黏層之間形成富油層，使層間的抗剪切力下降。如果黏層材料噴灑不均勻，結(jié)構(gòu)層之間便無(wú)法形成有效黏層。如果透層油的灑布不均勻，也會(huì)形成富油層或者無(wú)黏層油等情況，使基面層間的黏結(jié)力大打折扣。

1.3 瀝青路面封層的病害

《規(guī)范》中明確提到：無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類(lèi)，或者冷再生類(lèi)材料的結(jié)構(gòu)層和瀝青結(jié)合料結(jié)構(gòu)層之間應(yīng)該設(shè)置封層，用來(lái)增強(qiáng)防滲水能力與基面層間的黏結(jié)力。傳統(tǒng)路面封層的施工技術(shù)主要有兩種：一種是稀漿封層，這種施工技術(shù)容易造成松散問(wèn)題，主要是因?yàn)橄{混合料之間的黏結(jié)度較差。在環(huán)境惡劣、乳化瀝青含量低、級(jí)配不合理、施工技術(shù)不達(dá)標(biāo)等因素的影響下，都會(huì)出現(xiàn)松散現(xiàn)象。另一種是同步碎石封層施工，最常見(jiàn)的問(wèn)題是掉粒與脫落，由于乳化瀝青噴灑不均勻，混合料之間無(wú)法充分黏結(jié)，封層就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

1.4 瀝青路面透層的病害

《規(guī)范》中明確提到：粒料類(lèi)基層以及無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類(lèi)基層的頂面應(yīng)該設(shè)置透層，以增加瀝青路面的滲透性，透層材料主要以稀釋瀝青與乳化瀝青為主。透層瀝青適合非瀝青類(lèi)的材料層，這種材料可達(dá)到一定的投入深度，加強(qiáng)非瀝青材料層和瀝青混合料層間的結(jié)合度。盡管《規(guī)范》中規(guī)定了透層灑布的最佳用量，但透層油類(lèi)型的選擇以及灑布量的確定，大部分情況下仍根據(jù)實(shí)際需要或由施工人員的經(jīng)驗(yàn)而定，在技術(shù)水平、基層表面污染等因素的影響下，透層很難發(fā)揮出真正作用。在半剛性的基層表面，透層油只有在透入5～10mm 的情況下才具有固結(jié)效果，但傳統(tǒng)施工中，基層攤鋪碾壓成型后，壓實(shí)度可達(dá)到98%，基層頂面的固化度與密實(shí)度極高，基層養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)，其強(qiáng)度越大，透層油就越難滲透，無(wú)法充分滲透的透層油會(huì)在基層表面形成油膜，養(yǎng)護(hù)時(shí)很容易受到污染，如果沒(méi)能及時(shí)清理雜物，還可能進(jìn)一步污染夾層，油膜和污染夾層會(huì)讓基面層間失去黏結(jié)力，混合料極易脫落，形成局部空洞。

2 連續(xù)攤鋪工藝的施工要點(diǎn)

2.1 清理層間污染物

連續(xù)攤鋪施工之前，將下層的落葉、碎石、垃圾等清理干凈，尤其不能有油污。施工期間按要求保養(yǎng)機(jī)械，保證機(jī)械性能良好，沒(méi)有漏水和漏油現(xiàn)象。車(chē)輛進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前，應(yīng)檢查輪胎是否干凈和干燥。施工后，清理散落的熱料和雜物。

2.2 壓實(shí)度的控制

壓實(shí)機(jī)械的性能、操作與路面壓實(shí)效果密切相關(guān)。要求攤鋪機(jī)的型號(hào)與參數(shù)設(shè)置相同，攤鋪施工中保持同步作業(yè)。下中面層的穩(wěn)壓施工通常選擇≥25t的碾壓機(jī)，先初壓2～3 遍，保證后續(xù)運(yùn)料車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)不會(huì)留下明顯印記。攤鋪施工結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)碾壓、復(fù)壓，提高壓實(shí)度。

2.3 平整度的控制

若無(wú)特殊要求，攤鋪機(jī)通常采用自動(dòng)找平模式，對(duì)下中面層進(jìn)行初壓后，針對(duì)漏料產(chǎn)生的少量凹槽，應(yīng)通過(guò)人工填補(bǔ)的方式來(lái)補(bǔ)救，這種方法也可以用來(lái)處理車(chē)輛行駛留下的印記。補(bǔ)料時(shí)，不僅要完全覆蓋凹槽，還要有少量補(bǔ)料外溢。

2.4 工序控制

瀝青面層連續(xù)攤鋪施工的施工工藝和傳統(tǒng)施工模式有明顯不同，前者需要盡可能縮短施工間隔，保證施工工序的連續(xù)性。施工準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，所有人員、設(shè)備、機(jī)械都應(yīng)就位；攤鋪中上面層時(shí)，直接在下層表面攤鋪即可。攤鋪施工結(jié)束后，嚴(yán)格管制交通，做好養(yǎng)護(hù)措施，在路面溫度低于50C 的情況下，才能恢復(fù)交通。

3 公路瀝青面層連續(xù)攤鋪技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程概況

某一級(jí)公路工程，瀝青混凝土路面，長(zhǎng)度3.0km，寬23.5m，雙向四車(chē)道，速度80km/h。工程所在地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸季風(fēng)氣候，春天多風(fēng)沙、夏季多雨，為了應(yīng)對(duì)惡劣天氣，經(jīng)綜合研究，最終決定實(shí)施雙層連續(xù)攤鋪施工技術(shù)。

3.2 施工前的準(zhǔn)備工作

建立瀝青混凝土材料攪拌站，備好集料并進(jìn)行深加工。嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制備混合料，合理搭配粗集料、中集料、細(xì)集料的比例，做好水泥混凝土路面的硬化處理。在與施工公路相似的路段試驗(yàn)機(jī)械性能，檢測(cè)相關(guān)參數(shù)，包括虛鋪系數(shù)、攤鋪速度、壓實(shí)度、瀝青材料的使用量。攤鋪施工前1 天，將下層雜物清除干凈，在表面噴灑黏層油，減少污染。具體流程如圖1所示。

圖1 施工流程圖

3.3 施工技術(shù)

3.3.1 施工放樣

設(shè)置標(biāo)高墨線，設(shè)置位置需要超出路面標(biāo)高10cm，標(biāo)記雙側(cè)寬度與調(diào)控點(diǎn)、彎坡點(diǎn)。橫坡、縱坡符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，使用滑桿與攤鋪機(jī)控制基線。采用浮動(dòng)基準(zhǔn)梁的方式控制上面層的攤鋪施工，每隔10m 設(shè)置一道基準(zhǔn)線立桿，避免基線變化。如果有彎道，則應(yīng)在標(biāo)高處每隔5m 設(shè)置一道基準(zhǔn)線。一方面，基準(zhǔn)線要保持緊繃，另一方面，其拉力應(yīng)＞800N。將拉力機(jī)設(shè)置在緊線器上，間距應(yīng)控制在200m 以內(nèi)。

3.3.2 拌和瀝青混合料

用碎石材料作為粗集料，要求強(qiáng)度與耐磨性符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；用人工砂、石屑等材料作為細(xì)集料。清理集料中的雜物，按照不同規(guī)格分門(mén)別類(lèi)的堆放碎石材料，材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

采用間歇式方式攪拌混凝土，保證混合料的配比、性能、質(zhì)量滿足施工要求。攪拌過(guò)程中，嚴(yán)格設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，全面落實(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，委派專(zhuān)人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管。在沒(méi)有使用改良瀝青材料的情況下，應(yīng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控材料溫度。攪拌施工結(jié)束后，檢測(cè)混凝土的溫度，若出廠溫度＞195C，應(yīng)直接作廢。

3.3.3 雙層連續(xù)攤鋪技術(shù)

（1）攤鋪控制：攤鋪厚度與路面厚度、平整度密切相關(guān)，結(jié)合實(shí)際情況確定雙層攤鋪的最大厚度。

其一，面層厚度：一級(jí)公路要求5～15cm。合理控制混合料的碾壓溫度，任何噸位、規(guī)格的壓路機(jī)，在瀝青面層厚度＜10cm 的情況下，基本都能達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度。試驗(yàn)顯示瀝青面層的厚度每增加25%，有效碾壓時(shí)間就應(yīng)增加50%，否則將無(wú)法達(dá)到壓實(shí)度要求。瀝青面層的分層厚度控制在15cm 左右。

其二，平整度：瀝青混凝土路面每多鋪設(shè)一層，其平整度也會(huì)隨之改善。但如果第二層、第三層鋪設(shè)的厚度相同，平整度的變化并不明顯。平整度效果往往受到面層厚度的影響，因此可通過(guò)減少攤鋪層次的方式讓路面更加平整，而且雙層攤鋪的效率明顯高于三層攤鋪。結(jié)合此工程，最佳攤鋪厚度為4cm 的中粒式瀝青混凝土＋8cm 的瀝青碎石。

（2）人員配置：雙層連續(xù)攤鋪施工需要兩組作業(yè)人員，每組5 人，具體分工如下：指揮瀝青混合料進(jìn)料、清理轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)料斗1 人；駕駛混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)的司機(jī)1人；雙層攤鋪機(jī)司機(jī)1 人，其余2 人操作熨平板，此2人分別在熨平板的兩側(cè)檢查攤鋪厚度，處理攤鋪邊角。所需設(shè)備為瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)與雙層攤鋪機(jī)各兩臺(tái)。

（3）碾壓方式：第一，雙層攤鋪機(jī)行駛100～150m后，啟動(dòng)自重4t 的小型壓路機(jī)，靜壓兩遍。第二，使用自重10t 的振動(dòng)壓路機(jī)（3 臺(tái)）進(jìn)行復(fù)壓，碾壓4 遍。第三，使用自重12t 的壓路機(jī)終壓4 遍，混合料溫度90～110C。第四，碾壓施工中，壓路機(jī)應(yīng)保持勻速、緩慢前進(jìn)，前后幅重疊寬度為壓路機(jī)輪寬度的1/3～1/2；壓路機(jī)與攤鋪機(jī)的行駛方向保持一致。第五，碾壓施工中禁止擅自改變路線、禁止擅自剎車(chē)，壓路機(jī)的行駛速度應(yīng)以攤鋪機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)。第六，一邊碾壓一邊在鋼輪表面灑水，避免混合料黏結(jié)在鋼輪表面。施工結(jié)束后，瀝青路面在沒(méi)有充分冷卻前禁止堆放材料、禁止停放機(jī)械。

3.4 接縫處理

施工過(guò)程中，盡可能把接縫數(shù)量控制在最小范圍內(nèi)。使用垂直平接縫處理，保證各層之間的橫縫相互錯(cuò)開(kāi)。施工結(jié)束后，攤鋪機(jī)離場(chǎng)前應(yīng)在靠近路面端部1m 的位置將云平臺(tái)略微抬起，人工鏟除端部混合料后再次碾壓，然后使用長(zhǎng)度為3m 的直尺檢測(cè)端部的平整度。下次施工前，先灑布黏結(jié)層瀝青，然后再進(jìn)行攤鋪施工。可在碾壓路段放置墊木，為壓路機(jī)的行駛提供方便。橫向碾壓時(shí)，在新鋪層上放置寬度為15cm 的墊木，以保證碾壓充分和路面的連續(xù)性、平整性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，與傳統(tǒng)瀝青面層施工相比，雙層連續(xù)攤鋪施工流程有很大不同。具體施工中，應(yīng)全面了解現(xiàn)場(chǎng)情況，明確施工要求，嚴(yán)格控制各個(gè)施工工序，保證所有工序均符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提高公路瀝青面層施工質(zhì)量，延長(zhǎng)公路的使用壽命，減少病害，提高駕駛的安全性與舒適度。