公路路面施工過程中瀝青攤鋪施工技術(shù)分析

摘要 為了保證公路瀝青路面的攤鋪施工質(zhì)量，文章總結(jié)了不同類型攤鋪的特點(diǎn)及總體結(jié)構(gòu)，分析了攤鋪機(jī)的施工工藝流程和行走速度、松鋪厚度、振搗梁頻率和振幅、攤鋪溫度等攤鋪施工參數(shù)的選擇方法。同時，以某一級公路工程瀝青路面為研究對象，以預(yù)壓實度為評價指標(biāo)，對其攤鋪施工質(zhì)量進(jìn)行評價，研究成果可供類似項目提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 公路工程；瀝青路面；攤鋪機(jī)；攤鋪參數(shù)；攤鋪施工質(zhì)量

中圖分類號 U416.216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0124-03

0 引言

瀝青路因噪聲振動小、可再生、施工簡單等特點(diǎn)，在公路工程中取得了廣泛應(yīng)用。但是，很多公路瀝青路面壽命達(dá)不到設(shè)計要求，通車幾年內(nèi)就產(chǎn)生了車轍、裂縫等病害，很大程度上影響了行車安全，造成資金的浪費(fèi)。引起公路瀝青路面病害的原因多樣，其中施工質(zhì)量是關(guān)鍵因素，而攤鋪施工又是影響瀝青路面施工質(zhì)量的基礎(chǔ)[1]。為了保證瀝青路面的路用性能，進(jìn)一步研究公路瀝青攤鋪施工技術(shù)十分重要。

1 瀝青路面攤鋪機(jī)結(jié)構(gòu)組成

1.1 攤鋪機(jī)分類

目前，瀝青路面攤鋪機(jī)類型繁多，尚無統(tǒng)一的分類方法。

按行走方式不同，可將攤鋪機(jī)分為輪胎式攤鋪機(jī)和履帶式攤鋪機(jī)，其中輪胎式攤鋪機(jī)常用的是橡膠輪胎，減震功能好、移動速度快，但是輪胎附著性能較差，在攤鋪阻力突然變化的情況下，容易產(chǎn)生輪胎打滑現(xiàn)象。同時，橡膠輪胎的剛度較低、抗變形能力小，攤鋪形成的路面平整度較差，多用于低等級公路攤鋪施工；履帶式攤鋪機(jī)的接地比壓小、附著力大、提供的牽引力高，履帶不易打滑，攤鋪形成的路面平整度較好，但是履帶式攤鋪機(jī)的移動速度低，轉(zhuǎn)移施工現(xiàn)場不方便，適用于高等級公路的寬幅路面施工。

按傳動方式不同，可將攤鋪機(jī)分為機(jī)械式攤鋪機(jī)和液壓式攤鋪機(jī)。機(jī)械式攤鋪機(jī)的各部分構(gòu)件均采用機(jī)械傳動，自動化程度低、整體牽引力小、攤鋪質(zhì)量不佳，多用于低等級公路攤鋪施工。同時，液壓式攤鋪機(jī)的各部分構(gòu)件均采用液壓傳動，運(yùn)行平穩(wěn)，自動控制能力好，可用在各種等級的公路。

1.2 攤鋪機(jī)總體結(jié)構(gòu)

不同廠家、不同型號的瀝青路面攤鋪機(jī)組成可能略有差異，但總體結(jié)構(gòu)基本是由發(fā)動機(jī)、底盤、行走裝置、工作裝置（推輥、料斗、刮板輸送器、螺旋布料器、熨平裝置）等部分組成。該文主要重點(diǎn)針對攤鋪機(jī)的工作裝置開展分析[2]：①推輥設(shè)置在攤鋪機(jī)機(jī)架前方，是最前端的凸出部分，可用于頂推自卸車后輪胎，配合自卸汽車卸料。②料斗是由兩個活動的斗壁鉸接而成，其升降由液壓缸控制。當(dāng)需接收兩混合料時，可將斗壁放下。③刮板輸送器位于料斗底部，可利用傳動鏈條運(yùn)輸瀝青混合料。④螺旋布料器位于主機(jī)尾部，劃分成左、右兩段，分別向兩側(cè)輸料。在攤鋪施工期間，可結(jié)合路面攤鋪厚度調(diào)整螺旋高度。⑤熨平裝置，熨平裝置由主熨平裝置、加寬熨平裝置、厚度和拱度調(diào)節(jié)裝置等組成，能夠?qū)r青混合料進(jìn)行預(yù)壓整平，以保證瀝青路面的壓實質(zhì)量。

2 瀝青路面攤鋪工藝和施工參數(shù)

2.1 瀝青路面攤鋪工藝

利用攤鋪機(jī)可將瀝青混合料以一定的寬度、厚度均勻地鋪筑在基層（下承層）上，并對瀝青混合料攤鋪層進(jìn)行攤鋪熨平，具體工作原理如圖1所示，即通過自卸汽車運(yùn)送瀝青混合料，將其倒入攤鋪機(jī)的料斗中，先由刮板輸送帶將瀝青混合料運(yùn)輸至主機(jī)后方，再由左、右螺旋分料器將瀝青混合料運(yùn)輸至熨平板前方，利用熨平板將瀝青混合料按設(shè)計幾何尺寸進(jìn)行熨平，形成平穩(wěn)、密實的路面攤鋪層。

2.2 攤鋪機(jī)作業(yè)參數(shù)

大量工程經(jīng)驗表明，影響攤鋪機(jī)攤鋪質(zhì)量的主要作業(yè)參數(shù)包括瀝青混合料攤鋪機(jī)的作業(yè)參數(shù)、行走速度、松鋪厚度、振搗頻率和振幅等，具體闡述如下：

2.2.1 行走速度

攤鋪機(jī)行走速度是影響瀝青路面穩(wěn)定攤鋪的基本要求，且影響攤鋪質(zhì)量，具體影響如下：攤鋪機(jī)行走速度較低時，變量泵排量小，攤鋪速度波動較大，會導(dǎo)致路面平整度差；而隨著攤鋪機(jī)行走速度的提高，路面攤鋪層的預(yù)壓實度有增大趨勢，但并不是無限增大的。

在實際項目中，可結(jié)合驅(qū)動輪的參數(shù)預(yù)估攤鋪機(jī)的行走速度，見式（1）[3]：

v=2πnr（1?δ） （1）

式中，v——攤鋪機(jī)行走速度（m/min）；n——驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速（r/min）；r——動力半徑（m）；δ——驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率（%）。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004，以下簡稱《規(guī)范》），對于普通熱拌瀝青混合料，攤鋪機(jī)的行走速度宜控制在2～6 m/min；對于改性瀝青混合料或SMA瀝青混合料，攤鋪機(jī)的行走速度宜適當(dāng)降低，可控制在1～3 m/min。同時，攤鋪機(jī)在行走時不得隨意變換速度或中途停頓，避免攤鋪后的路面產(chǎn)生波浪、拖痕等問題，保證路面平整度。

2.2.2 松鋪厚度

瀝青混合料的松鋪厚度不宜過大或過小。當(dāng)松鋪厚度較小時，影響瀝青路面施工效率，可能延誤工期；當(dāng)松鋪厚度較大時，瀝青混合料的預(yù)壓實度不均勻，容易出現(xiàn)表層預(yù)壓實度大、底部預(yù)壓實度不足的問題。在施工期間，可通過鋪筑試驗段來確定松鋪厚度，具體松鋪系數(shù)可用平整度指標(biāo)表達(dá)，見式（2）[4]：

式中，h——平整度指標(biāo)；K——松鋪系數(shù)，多取1.15～1.35；n——結(jié)構(gòu)層數(shù)。

2.2.3 振搗頻率和振幅

攤鋪機(jī)的振搗梁可在傳動系統(tǒng)的帶動下做上下往復(fù)運(yùn)動，對瀝青混合料產(chǎn)生作用力，使其密實度提高。此時，影響振搗效果的關(guān)鍵參數(shù)是振搗頻率和振幅。

振搗頻率是指攤鋪機(jī)的振搗梁在單位時間內(nèi)的振動次數(shù)，在選擇時要考慮瀝青混合料的固有振動特性。由“共振理論”可知，當(dāng)攤鋪機(jī)振搗梁的振搗頻率與瀝青混合料的固有頻率接近時，兩者之間會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，顆粒間的摩阻力相對減小，振動壓實效果最好。同時，振幅是指振搗梁的升降高度，可結(jié)合瀝青混合料的顆粒大小選擇。一般情況下，攤鋪層瀝青混合料顆粒較小取較低的振幅，反之亦然。

2.2.4 作業(yè)參數(shù)

為了給出合理的瀝青路面攤鋪機(jī)作業(yè)參數(shù)，該文調(diào)查了多條公路的攤鋪機(jī)施工參數(shù)及施工效果，如表1所示：

綜上，建議公路瀝青路面在攤鋪時的行走速度取3～5 m/min、松鋪厚度取40～80 mm、振搗振幅取9～12 mm、振搗頻率取15～20 Hz。

2.3 攤鋪溫度

瀝青混合料是一種典型的黏彈性材料，其物理力學(xué)性能受溫度影響較大。當(dāng)攤鋪溫度過高時，會導(dǎo)致瀝青混合料老化，變硬變脆，在車輛荷載反復(fù)作用下易破壞；當(dāng)攤鋪溫度過低時，會降低有效壓實時間，導(dǎo)致瀝青路面壓實度不滿足《規(guī)范》。為了驗證這一結(jié)論，該文統(tǒng)計了攤鋪溫度和有效壓實時間的關(guān)系，如圖2所示。同時，利用二次多項式函數(shù)擬合了兩者之間的關(guān)系，擬合方程為y=?0.013x2+4.55x?365.0（y為有效壓實時間、x為攤鋪溫度），相關(guān)系數(shù)接近1，擬合精確度滿足瀝青路面攤鋪要求[5]。

隨著瀝青混合料攤鋪溫度的提高，有效壓實時間不斷增加，但變化速率不均勻。當(dāng)攤鋪溫度低于165 ℃，有效壓實時間變化速率快；當(dāng)攤鋪溫度超過165 ℃，有效壓實時間變化不明顯。攤鋪溫度從165 ℃提高至170 ℃，有效壓實時間僅增加了0.3 min，增加幅度為1.16%。因此，瀝青混合料的攤鋪溫度不宜過高或過低。

3 瀝青路面攤鋪施工質(zhì)量評價

3.1 工程概況

3.1.1 路面結(jié)構(gòu)層

該文依托對象為某一級公路工程，其設(shè)計速度為80 km/h，設(shè)計荷載為公路-I級，路面設(shè)計使用年限為15年，承擔(dān)的交通荷載為10.5×106次/車道，屬于重交通等級，路面采用瀝青混合料，路面厚75 cm，路面結(jié)構(gòu)組合為4 cmAC-13C（細(xì)粒式）上面層+5 cmAC-20C（中粒式）中面層+6 cmAC-25（粗粒式）下面層+40 cm水泥穩(wěn)定砂礫+20 cm天然砂礫。

3.1.2 工程建設(shè)條件

公路沿線氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂颍钭兓瘎×遥募靖邷亍⒍竞涓稍铮昶骄鶜鉁丶s6.5～7.5 ℃，年降雨量較少，平均年降雨量約280～350 mm，且集中在6—10月份。

3.1.3 原材料

瀝青路面原材料由基質(zhì)瀝青、集料、填料等，其中基質(zhì)瀝青采用90#石油瀝青，粗集料采用砂巖、細(xì)集料采用天然砂，填料采用礦粉。各種原材料運(yùn)輸至施工場地后，不能直接通過生產(chǎn)廠家提供的生產(chǎn)合格證明來驗收，要抽樣開展室內(nèi)試驗，確保原材料的性能指標(biāo)滿足《規(guī)范》。原材料驗收合格后，按馬歇爾試驗確定了瀝青路面的最佳油石比為4.86%，礦料級配如表2所示：

3.2 攤鋪施工質(zhì)量評價

3.2.1 評價指標(biāo)選擇

結(jié)合相關(guān)研究成果，可以攤鋪層的預(yù)壓實度作為瀝青路面攤鋪質(zhì)量的評價指標(biāo)。預(yù)壓實度測定是在攤鋪后、壓實前，具體可用式（3）表達(dá)[6]：

式中，E——預(yù)壓實度（%）；M1、M0——瀝青混合料實測密度和標(biāo)準(zhǔn)密度（g/cm3）。

3.2.2 評價結(jié)果分析

該公路瀝青路面的攤鋪采用液壓式攤鋪機(jī)，行走速度為3m/min、松鋪厚度取60 mm、振搗梁的振幅取12 mm、振搗梁的頻率采用20 Hz。在攤鋪前，先將液壓式攤鋪機(jī)的熨平板溫度提高至100 ℃以上。隨后，將瀝青混合料逐層攤鋪，并預(yù)壓。在攤鋪層上取8個監(jiān)測點(diǎn)，編號為1#～8#，測定了不同監(jiān)測點(diǎn)的預(yù)壓實度，如圖3所示：

由圖3監(jiān)測結(jié)果可知：瀝青混合料攤鋪層各個位置的預(yù)壓實度波動較小，最大值為90.5%，最小值88.6%，極差為1.9%，平均值為89.55%，說明該公路瀝青路面的攤鋪施工質(zhì)量控制較好。

4 結(jié)束語

該文主要研究了公路瀝青路面攤鋪機(jī)分類、攤鋪施工參數(shù)及攤鋪施工效果，得到了以下成果：

（1）瀝青路面攤鋪機(jī)可按行走方式和傳動方式分成輪胎式、履帶式、機(jī)械式、液壓式等，但其結(jié)構(gòu)基本包括發(fā)動機(jī)、底盤、行走裝置、工作裝置。

（2）瀝青路面攤鋪施工時，要嚴(yán)格控制攤鋪機(jī)的行走速度（3～5 m/min）、松鋪厚度（40～80 mm）、振搗頻率（15～20 Hz）和振幅（9～12 mm）等。

（3）路面攤鋪時瀝青混合料不宜過高或過低，否則會影響瀝青路面平整度和有效壓實時間。

（4）瀝青路面攤鋪質(zhì)量可利用預(yù)壓實度評價，預(yù)壓實度越大，路面攤鋪質(zhì)量越好。

參考文獻(xiàn)

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