高速公路路面基層施工中雙層連鋪技術應用研究

鄧德信

(廣西新發展交通集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

在高速公路建設中一般采用的是傳統瀝青混凝土路面，每個路面的結構層相對獨立，需要在下層的攤鋪路面完全硬化和穩定，且在檢查合格完畢后才能對上層路面進行施工。水泥穩定碎石作為半剛性材料基層，具有強度高、剛度大以及水穩定好等特點，因此，被越來越普遍地應用于高等級公路路面基層施工中。但其在長期的鋪設過程中也出現了造價高、效率低和連接狀況不順利等問題。由此，為了節約造價成本，提高鋪設的效率，許多歐洲國家開始研發并使用雙層攤鋪技術，即在同一時間將上下兩層的不同混合材料同時鋪設在下層，進行一體碾壓，完成路面兩層結構的一體化穩定硬化形態[1]。其技術與工藝的獨特點就是能夠實現雙層結構在同一時間段內的攤鋪和壓實，把兩層之間的混合材料通過相互擠壓的方式，使粘合材料能夠相互融合連接，最終形成一個相互作用的復合式整體結構，在兩個層級之間節省了粘結材質，實現了雙層結構的無縫隙最佳融合。在充分利用下層材料的混合預熱后改變上層材料的壓實條件，避免材料失去溫度所造成的工作時間延長，充分保留了碾壓的時長，提高碾壓的結實度。以歐美以及日本等國家為首的發達國家在本國大力開展雙層連鋪技術，但國內在這方面的研究較少。為了緩解我國高速公路建設工期的緊張狀況，發揮雙層連鋪技術的優越性能，本文通過實際案例進行研究，分析雙層連鋪技術在高速公路路面基層施工中的應用。

1 高速公路路況

對路面狀況的評價能夠保證在后續施工中技術的滿足程度，其評價效果指標的設定是道路施工中最重要的一環。待清理路基完工之后，選擇使用兩套攤鋪設備開展具體的水泥穩定碎石施工，上基層和下基層分別有一套設備施工，當下基層鋪到100 m長度左右的時候，進行碾壓施工，當壓實程度滿足標準要求后，開始攤鋪上基層，同時碾壓到壓實度達到標準要求后為止。在設定評價指標前需要對路況后續所承載的情形做假設，如后續路面會發生的局部沉陷與坑槽等問題，因此在設定評價目標時需要將車輛的車轍深度與裂縫率作為評價指數[2]。裂縫出現情況主要是由于車輛的長期行駛所造成的，高速公路產生的裂縫類型主要分為復合型和非復合型兩種。大體上復合型的裂縫主要以網狀結構或龜形裂縫結構劃分，其主要原因是行駛車輛的超負荷運載導致路面無法滿足要求。非復合型裂縫是由于路基不均勻的塌陷或冷熱脹縮引發的單根或面狀破損。以路面后期的情形設定為依據，基于FWD彎沉參數來判斷高速公路路面的承載力，作為評價路況的最終指標。路面的結構主要是由于過量的變形造成，為了更加精準地測定路面的結構承載力，通過彎沉盆的反結構性運算方法進行測定。以變量為基礎設定路面的破損情況，在已知的變量中，通過疲勞方程式求取道路結構的可允許變量范圍，判斷應變值與可變值的對比關系。如果應變值不在容許范圍內，路面強度分為兩種：所得值超過范圍的最大值表明該路面結構的強度不夠，所得值小于可允許變化的最小值，則表示路面強度良好。而應變值在允許值范圍內，則說明該路段的路面結構強度足夠[3]。根據彎沉參數反算的評價結果能夠有效運用在路面結構的判斷中，為后續的道路施工提供基礎保障。

2 劃分路段

路段的合理劃分直接影響施工數據的調用和周期效率。為了簡單易行地進行路段劃分，此次研究選擇累計差分法，其原理是根據原有的等長分段和變長分段的有效結合演變而來，能夠避免目測判斷的不合理性[4]。具體原理是：路線變量表示路線長度變化曲線面積與整個路段長度變化曲線面積的差值。在長度關系確定之后，路段邊界的位置點能夠代表曲線斜率的正負值變化位置。在不同長度的公路范圍內，可以假定每段公路之間含有不同的間距，每段間距之間的和保持不變，在每個設定的路段內都含有不同大小的屬性值[5]。每個函數在同一個單元可以保持連續不變，因此可以知道任何變量點上的累計面積都能夠符合自己的斜率，作為路段已知點的累計面積和實際平均值總量的差值，能夠在路面的邊界點進行從負到正的位置改變，在設定的路段間距內，累計面積會在不相等的間距內產生變化。由此，可以根據所得數值來分析每一個路段長度，確定計算路段是否可以進行兩兩或者多個合并，完成路段的劃分。

3 雙層攤鋪技術

在對整體施工路段進行劃分之后，在分設好的路段內各自設置中線，將每段路面以相同的間隔距離設置樁號，并在樁號的兩側布置掛線，測量水平距離[6]。在攤鋪準備前需要在路面兩側的掛線上確定基層的邊緣標高設計，完成鋪設系數確定。施工流程為：基層施工前需要清掃基面，將各種雜物清理干凈；在下層基面準備攤鋪前，通過拌和站將材料混合并完成運輸工作，在指定的鋪設地點開始進行下層基面的攤鋪工作，使用高于路面承載力的壓路機進行基底層的碾壓工作，一般為2～3遍。在進行正式碾壓鋪設時，需要將碾壓面按照劃分路段以40 m為一個段落，在單輪壓路機靜壓效果下以≤2 km/h的速度完成第一輪碾壓，依次增加碾壓的速度和碾壓機的噸數。具體原則為：在壓路機起步時要先起步再開振動，停止工作時先關閉振動再關機，起步和關機必須要緩慢進行[7]。第二輪碾壓的順序一般由低處到高處、由內側向外側推進，在角落不能碾壓到的地方，需要進行人工鋪設。第一遍靜壓從較短的段落向較長的段落遞進，從內向外的分壓中，壓路機需要沿著頂端的車輪痕跡橫向完成碾壓。在壓路機開始工作后，開機狀態下禁止在碾壓過程中急剎車或者掉頭，如果需要換擋必須在已經壓實的路面上進行。碾壓時的重疊部分要滿足50%的車輪寬度。在碾壓過程中，壓路機與鋪設路段的交界處車輛相距≥3 m[8]。為保證碾壓的效果，在鋪設過程中壓路機的振動頻率不可隨意更改，要嚴格遵守設定好的每一輪碾壓速度，當攤鋪速度需要變動時，振動頻率要即刻完成調整，保證在同一路段內的等振距離。

4 應用分析

4.1 路段選擇與鋪設材料準備

為了驗證雙層連鋪技術在高速公路路面面基施工中應用的可行性，此次試驗在保證試驗路段的鋪設質量前提下，對雙層連鋪技術進行現場工作中的協調性分析，完成現場監測的數據和后期完成度的效果比對。本次選擇某高速公路路段的改建工程K8+060～K12+140路段為試驗路段，同時將K8+060～K12+140路段作為備選路段，總長2 445 m，計劃在2 d內完成對該高速公路段的鋪設工作。路段位置如圖1所示。

圖1 試驗路段位置示意圖

根據圖中標注的位置，選擇三套6 000型拌和站為該路段的施工提供材料，拌和站的位置距離試驗路段大約40 km。在高速公路上鋪設的路面上中面層設計結構為5 cm AC-16+8 cm AC-30，通過五組不同厚度的組合設定路面，分別作為雙層連鋪技術的道路施工方案，驗證該技術的施工合理性。表1為不同方案下的路面結構設定。

表1 試驗路段路面結構表

從表1中劃分數據可知，每組方案選擇的路段長度各不相同，為保證方案實施的準確性，每組施工的基層和地層厚度相同，分別為26 cm和34 cm。按照拌和站的距離設定運料車單程的通行時間≤2 h，每次運料的重量不高于200 t，上層的混合材料總量為中層混合材料的50%，例如在方案1中選擇上層混合材料為150 t，則中層混合材料為300 t。

4.2 雙層連鋪技術攤鋪施工

將每組方案所需的混合材料與鋪設機數量準備完成后，避免人員走動對攤鋪機鋪設效果的影響，不同的材料運輸車輛間距應在45～50 m。碾壓分兩輪進行，將整體路段劃分成等平的五段，分別通過五組方案進行該技術的應用。為了防止混合材料產生上下層混料的現象，初次碾壓的速度要控制在2～2.5 km/h，尾壓速度控制在4.5～5.5 km/h。

雙層攤鋪技術在穩壓、初壓、復壓和尾壓的四個步驟中完成整個試驗路段施工。在尾壓的過程中測得每段路面的最大間隙≤2 mm，表示雙層連鋪技術能夠較為精準地進行高速公路路面的鋪設。為了驗證該技術的整體效果，在鋪設后的12 h內進行滲水試驗，以驗證路面的滲水情況。

4.3 應用結果分析

為了驗證雙層連鋪技術能夠在路段施工中使路面具有良好的防滲水性能，依據我國《公路施工技術規范》中滲水系數不能超過200 mL/min的標準，在規定時間內對整體路段完成鋪設的五組路段各設立兩個代表樁，每組樁之間的對應距離為4 m，分別在每個路段的兩組樁內進行滲水試驗，測試結果如表2所示。

根據表2中所得數據可知，五組方案所鋪設的高速公路路面的滲水系數均未超過規定范圍，且遠遠低于標準值。由此可知，雙層連鋪技術的應用在路面施工中具有良好的密水效果，不會出現嚴重滲水現象。

表2 路段滲水試驗結果表(m L/min)

5 結語

雙層連鋪技術作為一種新型的施工技術，在運用到實際高速公路路段鋪設時，通過攤鋪設備將不同的混合材料一同放入上下兩個結構的路面中，完成一體化精準攤鋪，使得整體鋪設路面的最大縫隙值在2 mm以內。在不同的攤鋪方案下，采用雙層連鋪技術施工的路面都具有良好的密水性，滲水系數遠遠低于國家施工標準，可有效降低高速路面在大雨中的滲水情況發生。但本文在研究中由于自身的能力限制，沒有對路面使用的材料和攤鋪設備進行具體要求，在后續的研究中希望可以從技術的多個角度深入研究，促進雙層連鋪技術的應用。