單機寬幅和并機梯次攤鋪效果對比分析

徐中新，胡永彪，郭榮國，張建光

(1.道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，長安大學 工程機械學院，陜西 西安 710064；2.中鐵七局集團第三工程公司，陜西 西安 712000)

單機寬幅和并機梯次攤鋪效果對比分析

徐中新1，胡永彪1，郭榮國2，張建光2

(1.道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，長安大學 工程機械學院，陜西 西安 710064；2.中鐵七局集團第三工程公司，陜西 西安 712000)

在對比分析單機寬幅與并機梯次2種攤鋪方式優缺點的基礎上，利用常規檢測方法檢測2種施工方式下路面的平整度、表面構造深度以及瀝青混合料級配穩定性；利用無損檢測方法檢測2種施工方式下路面的密實度和壓實度。通過對比分析這些指標來評價2種攤鋪方式的攤鋪效果，并對2種檢測方法的一致性進行分析。試驗結果表明：中大DT1600型攤鋪機的研發和使用，使單機寬幅攤鋪的路面攤鋪效果優于傳統的并機梯次攤鋪，可以有效地保證瀝青路面的質量。瀝青路面常規檢測和無損檢測結果具有較好的一致性，將2種檢測方法結合起來進行路面施工均勻性的檢測對路面施工具有一定的指導價值。

路面工程；單機寬幅攤鋪；并機梯次攤鋪；常規檢測；無損檢測；攤鋪效果

of Mechanical Engineering，Chang’an University, Xi’an 710064,China；2.The Third Engineering Co. Ltd of China Railway Seventh Group, Xi’an 712000, China)

瀝青路面施工采用單機寬幅還是并機梯次攤鋪在行業內一直存在爭議。規范規定：高速公路和一級公路施工宜采用并機梯次攤鋪，當混合料供應能力滿足不間斷攤鋪時，也可以采用單機寬幅攤鋪[1]。官黎明等[2]分析DT1600型攤鋪機的特點，并闡述其在施工中的應用；楊楓等[3]結合施工實踐，對比分析單機寬幅和并機梯次攤鋪方式對路面運營狀況的影響。胡勝等[4]通過工程實踐指出單機寬幅攤鋪方式可以成功運用于瀝青路面施工；姚懷新[5]指出單機寬幅施工是一種適合我國道路建設快速發展的國情并具有廣泛發展前景的施工工藝。單機寬幅攤鋪路面平整度好，避免了中間搭接處的離析現象，并且可以節省施工成本和工期。制約單機寬幅路面施工無法大面積推廣的主要因素是攤鋪裝備不能滿足施工的需求，傳統的單機寬幅攤鋪設備僅僅是將攤鋪機的熨平板和螺旋布料器進行簡單的加長，并不能有效改善寬度增加導致的路面邊緣易離析現象。隨著中大新型大功率寬幅抗離析DT1600型攤鋪機的研發和使用，單機寬幅攤鋪過程中的離析現象可以得到有效解決，對平整度有較好的改善和提高，產生了較好的攤鋪效果[6]。本文在已有研究基礎之上，通過現場試驗，綜合對比分析了單機寬幅與并機梯次攤鋪效果，為后續的瀝青路面施工提供一定的參考和指導。

1 單機寬幅與并機梯次攤鋪優缺點分析

當混合料的級配偏離設計級配時，出現材料離析現象；路面不同部位產生溫度差異時會導致其間的摩擦力和黏結力發生變化，碾壓作業后路面會出現密實度差異，出現溫度離析現象[7-8]。離析的出現容易使路面在運營的早期出現坑洞、車槽等病害，大大縮短瀝青路面的使用壽命[9-10]。2種攤鋪方式的優缺點見表1。

表1 2種攤鋪方式的優缺點對比Table 1 Advantages and disadvantages of these two paving methods

表中：●表示存在離析，○表示離析得到改善，—表示無離析

由表1可知：并機梯次攤鋪的各個階段都會出現不同程度的離析現象，且在攤鋪搭接帶處會出現縱向、豎向離析，而這一部位恰恰位于重載車道處，重車載的反復作用會使路面在使用初期出現坑洞、車轍病害，嚴重影響路面的質量[11-12]。這是并機梯次攤鋪無法解決的問題。單機寬幅攤鋪，螺旋布料階段的離析和路面邊緣處的材料離析現象得到改善，路面不存在接縫處離析現象，但溫度離析依然存在。但單機寬幅攤鋪時，由于路面邊緣處為非行車道，溫度離析產生的危害較小；并機梯次攤鋪時，中間搭接處為重載車道，該處出現溫度離析將會嚴重損害路面的運營質量。

2 單機攤鋪與并機攤鋪效果對比

為了進一步分析2種攤鋪方式路面攤鋪效果，對內蒙古某高速公路瀝青路面下面層施工進行跟蹤檢測。

下面層為ATB25結構層，其生產級配如表2所示。施工過程中分別采用中大DT1600攤鋪機和進口瀝青攤鋪機，主要技術參數見表3。整個攤鋪過程分別采用單機寬幅和并機梯次2種攤鋪方式，其中單機寬幅攤鋪為中大DT1600型攤鋪機，并機梯次攤鋪的為2臺進口攤鋪機，路面并機梯次攤鋪寬度為：6 m(靠中央分隔帶)和5.5 m(靠路肩)，搭接寬度為0.25 m，半幅路寬為11.25 m。

表2 ATB25生產級配Table 2 Production gradation of ATB25

表3 攤鋪機主要技術參數Table 3 Main technical parameters of paver

與某進口攤鋪機相比，DT1600型攤鋪機具有大功率、2次攪拌改善離析、寬幅抗離析等優點。

1)大功率。攤鋪機在小功率作業時，混合料在內外摩擦力的作用使大粒料被送往螺旋布料器的兩端，導致離析現象。某進口攤鋪機發動機最大功率為183 kW，而中大DT1600型攤鋪機發動機最大功率可達到269 kW，可確保料位高度滿埋時緩慢均勻輸送混合料，有效防止送料速度較大時混合料因拋灑導致的離析現象。

2)2次攪拌改善離析。某進口攤鋪機螺旋分料器的主要功能是輸料和布料，而DT1600型攤鋪機增大了螺旋布料器輸料能力，降低螺旋驅動轉速，且螺旋布料器離地高度可調整，可以實現對混合料的2次攪拌作用，有效改善混合料攤鋪前各環節出現的混合料離析現象。

3)寬幅抗離析。某進口攤鋪機采用高速軸向柱塞馬達加減速機的傳動方案，而DT1600型攤鋪機直接采用低速徑向柱塞大扭矩馬達驅動，可有效減少混合料中的大顆粒隨橫向輸送距離增大向兩端聚集離析的現象；

此外，DT1600型攤鋪機的螺旋布料器前導料板離地高度可調整，且在前導板下部增加了彈性橡膠板結構，可防止粗料滾落到路表面出現的離析。

2.1 2種攤鋪方式路面平整度檢測分析

離地間距的變化大小可以直接反映路面平整

度的好壞，離地間距變化大，平整度差；反之，平整度較好。本文通過測量路面的離地間距對比2種攤鋪方式平整度的好壞。

圖1為2種攤鋪方式下路面平整度測量現場。由圖1可知，使用中大DT1600攤鋪機單機寬幅攤鋪路面橫斷面離地間距相差3 mm，而某進口攤鋪機并機梯次攤鋪的路面橫斷面離地間距相差33 mm，且單機寬幅攤鋪路面離地間距的變化小于并機梯次攤鋪。這表明單機寬幅攤鋪的路面平整度優于并機梯次攤鋪。

(a)并機梯次;(b)單機寬幅圖1 2種攤鋪方式下路面平整度測量現場Fig.1 Roughness measurement of these two paving methods

2.2 2種攤鋪方式路面施工質量檢測分析

2.2.1 鋪砂法測量路面的構造深度

在路面橫斷面上，從靠近中央分隔帶邊開始，每隔1 m選一處用鋪砂法測其表面構造深度，路面半幅寬度為11.25 m，共測12個點，其測量結果的平均值見表4。

表4 2種攤鋪方式路面的構造深度Table 4 Pavement surface texture depth of these two paving methods

表5 離析評定指標Table 5 Evaluation index of segregation

表5為國內常用的瀝青路面離析評定指標[13]，結合表5和表3可知，采用中大DT1600攤鋪機單機寬幅攤鋪的路面構造深度平均值為1.1 mm，所測的12個點中，發生輕度離析的點只有1個，未發生離析所占比例91.7%。采用某國外進口攤鋪機并機梯次攤鋪的路面構造深度的平均值為1.5 mm，未發生離析的點有3個，其余點處均出現不同程度的離析，且在路面搭接處出現重度離析。

2.2.2 抽提篩分試驗檢測混合料級配

瀝青混合料級配變化會導致集料離析，離析的出現會使路面難壓實、孔隙率高和力學結構發生改變，進而造成路面滲水、強度降低等隱患；當路面受到重荷載作用時，粒料會發生移位，導致路面出現龜裂、脫落、水損害和坑洞等早期病害[14]。在攤鋪現場，對未經碾壓的瀝青混合料取樣進行抽提篩分試驗，取樣位置沿行車方向，從路面中央分隔帶起為路面左邊緣、1/4處、1/2處、3/4處和右邊緣處，依次編號為1～5。分別在2種攤鋪方式的路面縱斷面依次取3處橫斷面，單機寬幅編號為A,B和C，并機梯次編號為D，E和F，對2種攤鋪方式下3個斷面相同位置所取瀝青混合料的篩分結果進行均值處理，并與生產配合比比較求得其偏差，見圖2～3所示。

圖2 單機寬幅攤鋪取樣點篩分結果均值與生產配合比的偏差Fig.2 Deviation between the mean of sampling points screening results and production proportion of single machine paving

圖3 并機梯次攤鋪取樣點篩分結果均值與生產配合比的偏差Fig.3 Deviation between the mean of sampling points screening results and production proportion of trapezoid paving

從圖中可以看出：2種攤鋪方式的路面邊緣處的篩分級配與生產級配均出現一定程度的偏差，采用并機梯次攤鋪方式的路面其搭接處的篩分級配與生產級配相差較大。并機梯次攤鋪方式中(圖3所示)，取樣位置1，3和5處的4.75 mm以上篩孔的篩分結果均值與生產配合比的偏差范圍大多數都超過了規范要求的±5%；2.36 mm篩孔的篩分結果均值與生產配合比的偏差范圍全部超過了規范要求的±3%，而單機寬幅攤鋪方式的各斷面的偏差范圍控制在±4%以內。這表明采用并機梯次攤鋪的路面兩側和搭接處的集料離析現象較明顯，而采用單機寬幅攤鋪方式的路面斷面上各點的施工均勻性較好，可使路面橫向、縱向離析得到有效控制，有效消除并機梯次攤鋪出現的并機搭接離析現象，保證路面施工質量與運營性能。

2.2.3 2種攤鋪方式路面無損檢測分析

1)松鋪層均勻性無損檢測

對2種攤鋪方式用PQI301無核密度儀進行密度均勻性檢測，PQI301由信號發射、信號接收、數據分析和顯示等部分組成，應用電磁學的原理，通過檢測瀝青面層材料的介電常數獲得面層密度[15]，其原理如圖4所示。在路面橫斷面及縱斷面上各取6個點，為減小測量誤差，在同一個測點進行5次試驗，如圖5所示，然后將測得的密度取平均值，見表6～7，圖6為2種攤鋪方式下路面橫向、縱向測點變異系數。

圖4 PQI301原理圖Fig.4 Schematic diagram of PQI301

圖5 測點取樣位置Fig.5 Location of sampling point

表6 單機寬幅攤鋪方式橫向、縱向密度采集結果Table 6 Transverse and longitudinal density acquisition results of single machine paving

表7 并機寬幅攤鋪方式橫向、縱向密度采集結果Table 7 Transverse and longitudinal density acquisition results of trapezoid paving

圖6 2種攤鋪方式橫向、縱向測點變異系數Fig.6 Transverse and longitudinal variable coefficient of these two paving methods

從表6～7和圖6中可以看出，單機橫向變異系數最大值2.66%，縱向變異系數2.56%，并機橫向變異系數最大值5.24%，縱向變異系數最大值4.16%，這表明單機寬幅攤鋪路面的均勻性優于并機梯次攤鋪，這與瀝青混合料抽提篩分試驗的結果相吻合。但是，由于抽提篩分試驗過程繁瑣，當所需的數據量較大時，影響松鋪路面的及時碾壓，且試驗過程需要現場取料，容易對松鋪路面造成損害。而無核密度儀的優點是測試方法簡單、速度快、精確度較高，且不會對路面造成損害，更適合現場施工過程中的攤鋪均勻性檢測。

2)成型路面均勻性和壓實度無損檢測

在碾壓成型的路面上選取寬度11 m，長度60 m，劃分660個1 m×1 m的網格，利用無核密度儀檢測路面的密度和壓實度，2種攤鋪方式路面均勻性和壓實度檢測統計情況見表8～9。

表8 2種攤鋪方式成型路面均勻性檢測統計
Table 8 Uniformity detection statistics of shaping pavement of these two paving methods

攤鋪方式下列離析程度下路面的施工均勻性統計/%無離析輕度離析中度離析重度離析單機寬幅87.5610.471.520.45并機梯次65.7620.310.613.33

表9 2種攤鋪方式成型路面壓實度檢測統計
Table 9 Compactness detection statistics of shaping pavement of these two paving methods

攤鋪方式壓實度統計/%≥96%<96%單機寬幅98.41.6并機梯次97.62.4

由表7可知，單機寬幅攤鋪方式碾壓成型路面未發生離析的比例占87.56%，高于并機梯次攤鋪的65.76%，發生中度以上離析的比例不到2%，低于并機梯次攤鋪，這說明采用單機寬幅攤鋪的路面的均勻性優于并機梯次攤鋪。由表8可知，2種攤鋪方式成型路面的壓實度合格率基本一致，說明采用單機寬幅攤鋪方式的路面壓實度可以達到規范的要求。

3 常規檢測和無損檢測方法一致性分析

在我國逐步推行瀝青路面施工全面質量管理，實現按質支付的背景下，保證檢測方法的一致性成為關鍵，故有必要對2種檢測方式的一致性進行分析。

研究表明：標定后的無核密度儀測定的密度與芯樣實際密度之間具有一致性[16]。從文中第2部分可知瀝青混合料抽提篩分試驗和無核密度儀測量的結果是一致的。下面通過試驗探討無核密度儀測定的密度與路面構造深度之間的一致性。在測路面構造深度前，先用無核密度儀測量標記點的密度，再在對應的位置測量路面的構造深度，圖7是單機寬幅、并機梯次攤鋪路面密度與構造深度的對比關系。

由圖7可知，2種攤鋪方式下，PQI測得的路面密度與構造深度具有很好的相對關系，相關系數R2分別為0.864 9和0.890 3。相關研究和現場試驗結果表明：瀝青路面無損檢測和常規檢測測得的結果具有一致性，在目前我國路面質量評價體系不夠完善的情況下，將2種檢測方法結合起來進行路面性能的檢測很有價值。

(a)并機梯次；(b)單機寬幅圖7 2種攤鋪方式路面密度與構造深度的對比關系Fig.7 Correlation between pavement density and surface texture depth of these two paving methods

4 結論

1)使用DT1600型攤鋪機進行單機寬幅攤鋪，對路面平整度有較好的改善和提高，能使路面橫向、縱向離析得到有效控制，避免了并機梯次攤鋪出現的搭接離析現象，同時其路面施工均勻性優于并機梯次攤鋪，路面壓實度可以得到有效保障，這為單機寬幅路面施工的推廣提供了基礎。

2)在瀝青路面施工過程中，采用無核密度儀這一無損檢測手段，能夠實時、快速、高效地對施工均勻性做出評價，可以對施工過程中出現的問題進行及時調整，有效地保證瀝青路面的施工質量。

3)試驗結果表明，瀝青路面常規檢測和無損檢測結果呈現較好的一致性，將2種檢測方法結合起來進行路面施工均勻性的檢測具有較好的可行性。有損檢測對路面的破壞是不可逆的，實現路面由有損檢測到無損檢測的轉變對路面施工和路面質量的保障具有一定的現實意義。

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Contrastive analysis on paving effect of single machine and trapezoid paving

XU Zhongxin1, HU Yongbiao1, GUO Rongguo2, ZHANG Jianguang2

(1.Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education, School

Based on the discussion of the advantages and disadvantages of single machine and trapezoid paving, the roughness, the surface texture depth and the gradation stability of asphalt mixture with the two paving methods were assessed by using the conventional test. The degree of density and the degree of compactness with the two paving methods were assessed by using the non-destructive test. Then the paving effect of the two paving methods of asphalt pavement was appraised through the contrastive analysis these indexes. What’s more, the pertinence between conventional test and non-destructive test was analyzed through field test. The result shows that the paving effect of the single machine paving is superior to the trapezoid paving by using paver DT1600, and it can insure construction quality of pavement. The conventional test agrees well with the non-destructive test. The paving uniformity test by combining the two testing methods is certain guidance value for pavement construction.

pavement engineering; single machine paving; trapezoid paving; conventional test; non-destructive testing; paving effect

2016-03-10

內蒙古交通科技資助項目(NJ2-014-25)；中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(2014G3252006)；中鐵七局集團有限公司科技項目(16A25)

胡永彪(1964-)，男，山東滕州人，教授，博士，從事工程機械作業質量控制理論和技術研究；E-mail:hybchd@126.com

U41

A

1672-7029(2016)12-2483-07