高等级公路沥青路面面层施工技术探究

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  摘要:高等级路面沥青面层直接同行车和大气相接触,承受行车荷载引起的竖向力、水平力和冲击力的作用,同时又受降水的侵蚀作用和温度变化的影响。为此,只有控制好路面的承载能力、平整度、温度稳定性、抗滑能力、透水性、噪音量等使用指标,做好沥青路面面层各工序精细化施工管理,才能保证路面满足设计年限的使用需要,改善汽车的行驶条件,提高道路服务水平(包括舒适性和经济性),以满足汽车运输的要求。
  本文以广东省信宜(桂粤界)至茂名公路项目为背景,探究沥青路面面层关键施工技术。
  关键词:沥青路面;面层;施工技术
  一、一般要求
  根据设计文件,本项目沥青路面上、中、下面层分别为改性沥青GAC-16C、改性沥青GAC-20C和普通沥青GAC-25。设计上面层为4.5cm厚GAC-16C、中面层为5.5cm厚GAC-20C混合料,下面层为7cm厚GAC-25混合料(主线长大纵坡段以及枢纽互通匝道路面结构采用改性沥青)。沥青面层施工温度应不低于10℃。
  二、材料要求
  (一)沥青
  选用优质A级70号道路石油沥青及SBS(I-D型)改性沥青技术指标应满足设计及规范要求。
  (二)集料
  粗集料:采用质地坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石,粒径大于2.36mm。下面层采用碱性石料,应选用反击式破碎机轧制的碎石,严格控制针片状颗粒含量,以确保粗集料的质量。
  GAC-16C沥青混合料粗集料选用3~5mm、5~10mm、10~15mm三种规格,GAC-20C沥青混合料粗集料选用3~5mm、5~10mm、10~20mm三种规格,GAC-25C沥青混合料粗集料选用3~5mm、5~10mm、10~20mm、20~30mm四种规格。
  细集料:应有棱角、洁净、干燥、无风化、无杂质,采用机制砂,为提高沥青混合料的水稳定性,下面层细集料应采用石灰岩质细集料。
  (三)填料
  宜采用石灰岩等碱性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清洁,矿粉质量技术要求满足表4规定,拌和机回收的粉料不能用于拌制沥青混合料,以确保沥青面层的质量。
  (四)抗剥落剂
  当集料与沥青的粘附等级达不到技术要求时,需要掺加抗剥落剂等措施,本项目采用水泥作为抗剥落剂,替代部分矿粉(水泥添加量不超过2%)。
  三、施工机械
  (一)拌和机
  要求配置4000型以上间歇式沥青混合料拌和机,至少配有5个冷料斗,另配有80t以上热贮料仓。全部生产过程由计算机自动控制,配有良好的打印装置。拌和机应配备良好的二级除尘装置。
  拌和机冷料仓之间须设有挡板,防止不同规格集料的“串料”现象。拌和机一级旋风除尘回收粉尘可通过螺旋输送至提升斗内再次使用,而二级布袋除尘回收粉尘严禁使用。且二级除尘的回收粉尘排放过程中须注意减少扬尘,以防扬尘回至冷料堆中,可集中排放至粉罐后排放,或直接通过螺旋输送排出,如直接排出需要加湿处理。
  为减少离析现象,拌和机成品料卸料口高度不宜过高,以不影响料车正常作业尽量减少高度为宜。当高度过高时,可通过垫高地基来改善。
  (二)摊铺机
  要求配置高性能摊铺机三台,摊铺机具良好的夯锤、找平系统,熨平板拼装要求新旧一致。为减少摊铺过程的离析现象,螺旋布料器拼接不宜过短,尽量使用长螺旋。螺旋布料器变速箱位置由于缺少叶片,可能出现细料集中现象,可通过在此位置加装反向小叶片的方式进行改善。
  (三)壓路机
  要求配置25t以上胶轮压路机2台以上,10t以上双钢轮压路机4台以上。为减少混合料温度离析现象,双钢轮压路机作业过程中尽量减少喷水量,以不粘轮为度,在双钢轮压路机尽量实现间歇式喷水功能。胶轮压路机应保证自身重量,自重不足时,在两侧加装配重。
  (四)自卸车
  考虑到施工的连续性,以及本地区的施工环境,自卸车数量主要根据运距、摊铺速度确定,保证前场等候卸料数量控制在每台摊铺机前3~5辆。为减少运输过程中混合料温度散失过多,须做好保温措施。运输过程中须覆盖、绑扎严密,覆盖材料采用“两布一被”的方式(两层油布中间加一层棉被),同时在运料车侧厢、尾板凹槽处填充石棉等保温材料。
  (五)装载机
  用于后场生产的装载机数量应能保证进料需要。
  四、混合料配合比设计
  热拌沥青混合料配合比设计遵循关于热拌沥青混合料配合比的目标配合比、生产配合比及试拌试铺验证三个阶段,确定矿料级配及最佳沥青用量。
  (一)热拌沥青混合料技术要求
  热拌沥青混合料设计采用马歇尔方法进行,混合料技术性质应满足相关规定,在确定了最佳油石比及集料级配后应开展相应的性能验证试验。
  (二)配合比设计步骤
  沥青混合料配合比设计主要按以下步骤进行:
  1.目标配合比设计阶段
  (1)确定各矿料的组成比例。
  (2)确定沥青的最佳油石比。
  (3)残留稳定度检验。
  2.生产配合比设计阶段
  (1)确定各热料仓矿料和矿粉的用量。
  (2)确定最佳油石比。
  (3)残留稳定度检验。
  3.生产配合比验证阶段
  用生产配合比进行试拌,沥青混合料的技术指标合格后铺筑试铺段。取试铺用的沥青混合料进行马歇尔试验检验和沥青含量、筛分试验,检验标准配合比矿料合成级配中,至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近目标配合比级配值,并避免在0.3mm~0.6mm处出现驼峰。由此确定正常生产用的标准配合比。   4.关于沥青混凝土马歇尔室内试验中几点统一做法
  (1)进行目标配合比设计和生产配合比设计时,制备试件的混合料,需采用小型沥青混合料拌和机拌和,以模拟生产实际情况。
  (2)每组试件个数一律用6个;在配合比设计中,人工配制沥青混合料制作试件时宜采用替代法,施工现场采集的沥青混合料试样宜采用直接法制件。
  (3)试件成型温度:道路石油沥青根据粘温曲线确定,在缺乏沥青粘度条件时,可按140~145℃进行击实试验,按155~160℃进行拌和试验;改性沥青拌和击实温度由厂家提供,当缺乏相关数据时,可按155~165℃进行击实试验,按175~180℃进行拌和试验。试模应按规定预热。
  (4)沥青混合料试件密度统一用表干法测得的毛体积密度。
  (5)沥青混合料理论最大相对密度,道路石油沥青混合料按T0711真空法实测获得,SBS改性沥青按JTGF40B·5·9规定计算。
  (三)铺筑试验路
  沥青各面层施工开工前,均需先做试铺路面。试铺路面宜选在正线直线段,长度不少于200m。
  试铺路面施工分为试拌和试铺两个阶段,需要决定的内容包括:
  1.根据各种机械的施工能力相匹配的原则,确定适宜的施工机械,按生产能力确定机械数量与组合方式。
  2.通过试拌决定:
  (1)拌和机的操作方式——如上料速度、拌和数量、拌和时间与拌和温度等。
  (2)验证沥青混合料的配合比设计和沥青混合料的技术性质,决定正式生产用的矿料配合比和油石比。
  3.通过试铺决定:
  (1)摊铺机的操作方式——摊铺温度、摊铺速度、初步振捣夯实的方法和强度、自动找平方式等。
  (2)压实机具的选择、组合、压实顺序、碾压温度、碾压速度及遍数。
  (3)施工缝处理方法。
  (4)沥青面层的松铺系数。
  4.确定施工产量及作业段的长度,修订施工组织计划。
  5.全面检查材料及施工质量是否符合要求。
  6.确定施工组织及管理体系、质保体系、人员、机械设备、检测设备、通讯及指挥方式。
  五、热拌沥青混合料上、中、下面层施工
  (一)一般规定
  1.铺筑沥青下面层前应检查封层的完整性及基层的粘结性。
  2.铺筑沥青面层前应对相应下承层进行表面清扫。
  3.两面层之间应喷洒粘层沥青。
  4.对于水泥混凝土桥面,在铺筑沥青混合料下铺装层前,应检查桥面防水层的完整性。
  5.桥面沥青混合料铺装中应将桥面接缝内杂物清理干净,填塞碎石并捣实,上铺厚度不小于4cm的沥青混合料,碾压密实,缝面标高应与水泥混凝土调平层一致。
  (二)混合料拌和
  1.严格控制沥青加热温度、集料加热温度、混合料出厂温度、混合料废弃温度、摊铺温度、初压温度、复压温度、碾压温度等技术指标,集料温度应比沥青温度高10~15℃。
  2.拌和楼控制室要逐盘打印沥青及各种矿料的用量和拌和温度,并定期对拌和楼的计量和测温进行校核;没有材料用量和温度自动记录装置的拌和机不得使用。
  3.拌和时间由试拌确定。干拌时间宜控制在3~5s,湿拌时间宜控制在30~40s,每盘混合料生产周期控制约在40S~60s;
  4.要注意目测检查混合的均匀性,及时分析异常现象。
  5.每天结束后,用拌和楼打印的各料数量进行总量控制。
  6.规模生产中,若非原材料發生变化,混合料生产配合比合成级配不得随意改变。
  7.每台拌和机每天上午、下午各取一组混合料试样做马歇尔试验和抽提筛分试验,检验油石比、矿料级配和沥青混凝土的物理力学性质。
  (三)混合料运输
  1.运输过程中需检测混合料的出厂温度与到场温度,可在运料车侧厢板中部距底30cm处钻取测温孔,检测时插入深度不少于150mm。
  2.为减少卸料过程的离析,运料车在装料时应按“前、后、中”分堆装料
  3.运料车应有良好的篷布覆盖设施。
  4.连续摊铺过程中,运料车在摊铺机前10~30cm处停住,不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车应挂空档,靠摊铺机推动前进。
  5.为减少卸料过程的离析现象,自卸车向摊铺机料斗内卸料时,尽可能减少顶升次数
  (四)混合料摊铺
  1.摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度,按(2~4)m/min予以调整选择(桥面铺装、隧道的摊铺速度应为面层的0.8倍以下,且不大于2m/min),做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。
  2.混合料未压实前,施工人员不得进入踩踏。
  3.中、下面层摊铺厚度采用钢丝引导的控制高程方式。上面层应采用非接触式平衡梁控制摊铺厚度。
  4.摊铺机应调整到最佳工作状态。
  5.当冬季施工环境温度偏低时,摊铺机作业过程中应尽可能提高熨平板和夯锤振级,以不击碎石料为度。
  6.为减少摊铺机拼接处的温度离析现象,两台摊铺机间距应尽量缩短,以不影响后台摊铺机作业为度,间距控制在10m以内。
  7.摊铺面层混合料前应将中央分隔带路缘石设置好,路肩侧应设置钢模板。
  8.摊铺时尽量缩短料车更换的间隔时间,保证摊铺机料斗在此期间内不脱料,尽量避免摊铺机料斗在摊铺过程中拢料。
  9.摊铺遇雨时,立即停止施工,并清除未压实及成型的混合料。料车上遭受雨淋的混合料应废弃,不得摊铺。
  10.每车沥青混合料在摊铺机前卸料完成后,由于留存在摊铺机进料口两侧的混合料骨料含量较多,有离析现象。因此摊铺机应尽量减少收料斗的收料工作。   (五)混合料的碾压
  1.应选择合理的压路机组合方式及碾压步骤进行沥青混合料的压实。
  2.路面碾压方式、碾压程序及碾压遍数由试铺确定。碾压工艺可参照下列方式:
  (1)双钢轮压路机前后静振一遍,前后振压一遍,胶轮压路机碾压四遍,双钢轮压路机收光一至两遍;
  (2)双钢轮压路机前后静压一遍,前后振压一遍,胶轮压路机碾压六遍,双钢轮压路机收光一至两遍。
  3.碾压组合中需要重视胶轮压路机作用,碾压组合设计中应让胶轮压路机尽可能紧跟。
  4.压路机应以缓慢而均匀的速度碾压,压路机的适宜碾压速度随初压、复压、终压及压路机的类型而异。
  5.振动压路机应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。
  6.不同阶段的碾压长度一般控制为:初压阶段30~50m,復压阶段40~60m。如遇到气温较低的环境,可视混合料温度散失情况,适当缩短碾压段落长度。
  7.为防止碾压过程中产生“粘轮”现象,钢轮压路机可采取间歇式雾状喷水,但尽可能减少喷水量,以不粘轮为度;胶轮压路机则严禁喷水,施工开始阶段可通过人工在轮胎表面涂刷隔离剂(由植物油、洗涤液、水混合而成)的方式。
  8.在当天碾压的沥青层面上,不得停放压路机或其它车辆,并防止矿料、油料和杂物散落在沥青面层上。
  9.对松铺厚度、碾压工艺应设专岗管理和检查,做到不漏压、不超压。
  10.禁止使用柴油、机油等作为压路机隔离剂,宜用沾有隔离剂的拖布擦涂轮胎,防止沥青混合料粘轮。
  11.压实完成12h后,方能允许施工车辆通行。
  (六)施工接缝处理
  1.纵向施工缝。两摊铺机相距不超过5m时,应采用松铺斜接缝,以热接缝形式,最后作跨接缝碾压,以消缝迹。如果两台摊铺机相隔距离较短,也可做一次碾压。上下面层纵缝应错开15cm以上。
  2.横向施工缝。全部采用平接缝。采用锯缝机齐切后,继续摊铺时,在切割面涂刷乳化沥青。
  3.上面层横向施工缝应远离桥梁伸缩缝20m以外,以确保伸缩缝两边路面表面的平顺。
  结束语
  综上所述,高等级公路沥青路面面层施工技术应着眼于细节,把握施工中关于技术准备,拌合站设置,原材料采购,配合比设计,沥青混合料生产、运输、摊铺等各个环节的质量控制,标准化施工,精细化管理,确保高等级公路沥青路面的质量和使用寿命。
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  作者简介:陈雪贵(1968-10-16),男,籍贯:安徽池州,民族:汉族,职称:高级工程师,学历:本科,研究方向:道路与桥梁工程,
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