沥青路面双层摊铺技术在高速公路上的应用

沥青路面双层摊铺技术在高速公路上的应用

刘威 吴军 孙登科

摘要：沥青路面出现早期病害的一个主要原因就是沥青混合料温度离析引起的局部混合料空隙偏大带来的水损害。为解决路面早期病害难题，国外许多国家采用了沥青路面双层一次性摊铺技术，通过将两种不同类型沥青混合料通过“热接热”的方式进行摊铺一次性碾压成型，使混合料碾压温度得到保证从而使路面压实度得到有效提高，减少和杜绝因路面空隙偏大引起的路面水损害，本文就陕西在新建洛商高速公路中第一次应用沥青路面双层摊铺技术的情况进行总结和说明。

关键词：沥青双层 一次性 摊铺 应用

随着社会经济的发展，公路交通量日益增长，路面各结构层都很难达到其设计使用年限就要进行返修。一直以来传统的沥青路面都采用分层摊铺、分层碾压的施工工艺，难以实现我国路面设计理论“层间接触条件为完全连续体系”这一假设前提。在这一假设前提下，用计算法得到的结论路面是安全的，能达到设计寿命。而在实际施工中，路面是分三层施工的。尽管采取了封层、粘层等措施，路面层间连接仍是薄弱环节，不可能是完全的连续体系。路面往往在施工前，由于各分项工程交叉施工，导致层间污染非常严重，分层施工后层间连接无法形成嵌锁，易造成了路面层间滑动。由于设计与施工的不配套，尽管理论设计出的路面是完善的，但施工无法达到理想的设计要求，建成的路面与理论设计存在差距，使路面容易发生早期破坏。

传统施工工艺不仅面层施工工作量大、造价高，而且在层间粘结没有很好保证和混合料温度离析没有有效改善的情况下，容易出现路面早期病害。为有效解决沥青路面早期病害，国外发明了双层沥青路面摊铺机。

1 沥青路面双层摊铺技术的引进

1.1 沥青路面双层摊铺技术的起源

为了解决沥青路面裂缝、变形、粒料剥落等病害问题，1995年戴纳派克Dynapac公司与海曼基尔希纳建筑公司一起提出了在沥青路面建设上的一个创新：复合式沥青混合料面层。双层摊铺机正是这一设想的成果。该机能够将磨耗层和粘接层用一个双层摊铺机分层一次性摊铺完成。其中，磨耗层由传统的4厘米减少到2厘米，粘接层根据需要可以在6~10厘米间进行调整。

1997年，专门的双层摊铺机在德国诞生并应用于实际工程。德国将双层摊铺技术列为德国技术协会（ZTV）沥青StB07的施工标准。沥青路面双层摊铺技术作为一种创新的沥青路面施工工艺，应运而生。

1.2沥青路面双层摊铺技术的发展

目前，世界上各大生产厂商包括瑞典Dynapac、德国Wirtgen Vogele和海曼基尔希纳（Kirchner）、荷兰bam、日本住友（Sumitomo）等均设计研发和生产了双层摊铺机产品，在瑞典、德国、荷兰、俄罗斯以及日本等国的现场施工已经证明：双层摊铺机的作业性能良好，赢得了普遍认可。

在我国，2007年4月，河北北方公路工程集团有限公司从瑞典DYNAPAC公司引进亚洲第一台、世界第五台F300CS/AM300组合式双层摊铺机、MF-300C转运车和相关配套设备。2011年11月9日，在陕西省交通建设集团公司和长安大学的推动下，由洛商管理处和洛商路面3标在洛商高速公路进行了陕西省首次沥青路面双层一次性摊铺施工的尝试。

2 沥青路面双层摊铺技术在洛商高速上的实施情况

为保证路面平整度达到要求双层摊铺的段落选取在长路基段，并设置了4种不同的路面结构形式，分别为4cmAC-13+6cmAC-20（洛商高速路面结构）、3cmAC-13+7cmAC-20（厚度微调方案）、4cmSMA-13+6cm AC-20（西商高速路面结构）、4cmSMA-13+6cmSMA-16（新结构）四种组合方案。采用已经过大面积施工验证合格的生产配合比和原材料，仅对混合料的油石比进行了微调。拌合站采用的是两台日工4000型沥青拌合站，摊铺设备采用戴纳派克F300CS-AM300摊铺机及专用转运车。

在混合料集料级配比例不变的情况下，各混合料的油石比做了如下调整：AC-13油石比由4.8%调整为4.6%；AC-20油石比由4.3%调整为4.2%；SMA-13油石比由5.8%调整为5.6%；SMA-20油石比为5.7%。为了确保双层摊铺的SMA路面不泛油，确定SMA-13添加0.3%的木质素纤维；SMA-20添加0.4%的木质素纤维。

2.1 混合料运输

采用双桥自卸车运输，在装料前，先将车厢清洁干净并在车厢壁上涂刷油水混合物，以防止沥青混合料粘结车厢壁。混合料在运往工地前，根据摊铺与碾压的温度要求以及运输途中的热量散失情况，采用汽车车厢两侧和尾部均用岩棉和铁皮进行包裹，车厢顶部采用帆布+棉被进行覆盖，确保混合料温度符合要求。混合料运送到现场后检测到场温度，确保温度满足摊铺要求。倒料过程中运料车每次卸料后都要将车厢清理干净，以防止剩余混合料硬结混入新拌混合料中。负责拌制上面层的拌合楼距离施工现场5公里，负责拌制中面层的拌合楼距离施工现场23公里。当日气温20℃。

2.2 混合料转运与摊铺

摊铺前清扫工作面，验收通过后洒布粘层油。摊铺前提前2小时对摊铺机两套熨平板进行加热，使熨平板的温度达到130℃以上，并检查摊铺机各部分运转情况。双层摊铺机自重及夯锤力度较大，因此上、下两层混合料摊铺时，松铺系数分别采用1.1和1.15。中面层采用非接触式平衡梁自动找平装置，上面层采用滑靴找平。洛商高速公路为双向4车道路面，沥青路面设计宽度10.5m，DYNAPAC双层沥青摊铺机的最大摊铺宽度为11.5m，可以满足要求，熨平板拼装宽度10米，施工前路面两侧中分带砼硬化与路肩砼硬化已完成。

摊铺开始时，先用转运车向摊铺机的上受料仓输送上面层混合料。由于上面层的运输车辆装载6盘料，即24吨，因此可一次卸完。卸料清理干净后，再用转运车输送中面层混合料至摊铺机的下受料仓，每辆车装载10盘，即40吨。

施工中在机前两侧设专人清理履带前方和两侧工作面掉落的混合料，四部传感器由专人看护。摊铺开始时，专人指挥先卸上面层沥青混合料。用转运车向摊铺机的上受料仓送料并卸料彻底；再卸中面层沥青混合料，用转运车输送至摊铺机的下受料仓（摊铺机前部设置有两个受料仓，上面层料斗容积略小，受料25吨左右，中面层料斗容积较大，受料45吨左右。），下受料仓快装满混合料后开机进行摊铺。摊铺机先开启中面层出料仓口摊铺中面层；再开启上面层出料仓口，同时进行两层摊铺。转运车前辊推动中面层运料车前行，专人观察上受料仓混合料剩1/3时，一次将中面层受料仓装满将转运车内中面层料清空后换上面层混合料向上受料仓送料，如此交替连续摊铺。摊铺速度保持在2m／min。

摊铺机起步时，应将熨平板仰角尽快调整准确，避免上面层混合料将中面层混合料搓起导致总厚度不足。摊铺开始后，加大频率检测摊铺厚度，先检查中面层摊铺厚度、横坡等调整准确后不再随意变动，同时检查两层摊铺总厚度，适时进行调整，保证路面厚度符合要求。当中面层熨平板提升高度，工作仰角经过手动微调准确后，立即调整上面层熨平板。确保摊铺总厚度及上面层厚度满足设计要求。整个手动微调过程控制在10m摊铺长度范围内完成，接下来摊铺机电子液压装置会自动控制工作仰角的瞬间变化。

2.3 混合料碾压

碾压设专人统一指挥，压路机梯队行驶，层次分明。对四段不同结构形式的路面，分AC-13上面层和SMA-13上面层设置了两种碾压方案。

2.3.1 上面层为AC-13混合料的碾压方案

初压采用2台CC624双钢轮压路机分半幅碾压两遍，第一遍前静后振，第二遍振压。碾压速度为1.5-2km/h。复压采用2台XP301胶轮压路机各碾压3遍，碾压速度3-4km/h。终压采用BW202双钢轮压路机静压2遍，消除轮迹。

2.3.2 上面层为SMA-13混合料的碾压方案

初压采用1台DD138双钢轮压路机和1台CC624双钢轮压路机分半幅碾压2遍，第一遍前静后振，第二遍振压。碾压速度为1.5-2km/h。复压采用2台CC624双钢轮压路机碾压，各振压3遍，碾压速度3.5-4.5km/h。终压采用1台BW202双钢轮压路机静压2遍，消除轮迹。

3 现场质量检测情况

3.1 压实度检测

共钻芯检测24点，每种结构各6点，压实度均满足设计和规范要求，检测结果见表1。 

通过检测中面层压实度可以看出压实度离散性很小，结果比较均匀，细则要求中面层压实度达到98%以上，实际检测结果在98.7%~99.2%之间。

3.2 现场平整度检测

施工结束后采用连续式平整度仪对上面层平整度进行了检测，均满足《公路工程质量检验评定标准》要求的小于1.2mm以内，结果见下表2：

通过平整度检测结果可以看出，路面结构为平整度影响不大，双层摊铺机在路基段落摊铺平整度可以满足要求。

3.3 现场混合料温度散失检测情况

温度散失观测值见下表3：

温度散失检测点位于路肩一侧，距离沥青外边缘1.5米处。选在每段正式摊铺后30~40米处，位于第一个碾压段落的中间位置。

通过检测结果分析认为，温度散失与施工的气温有关，比单层摊铺相对较慢。

3.4 渗水系数检测

渗水系数共检测16点，其渗水系数结果见下表4，检测结果满足《公路工程质量检验评定标准》要求的小于200ml/min，并小于细则要求的50ml/min。

3.5 构造深度检测

构造深度共检测24点，其结果如下表5，检测结果均满足0.8~1.3mm的设计要求。

3.6 摩擦系数检测

摩擦系数采用摆式仪共检测24点，其结果如下表6，检测结果均满足设计要求大于等于58的要求。

4 施工中应注意的问题

由于中、上面层一次性摊铺成型，因此应对下面层的平整度严格把关，用6米铝合金尺子进行逐段检测，对大于5mm不合格的部位进行精铣刨处理后，再进行双层摊铺。施工中，应根据结构组合形式的不同，来调整拌合设备的产量，使之与现场混合料用量相匹配，保证施工连续。加强摊铺机的检查和调试，避免出现故障，使摊铺能连续、均匀的进行，以保证路面平整度。尤其是在起步阶段，应根据松铺厚度调整好仰角，提高摊铺厚度的均匀性。中面层熨平板在手动调整后，应立即调整上面层熨平板，以确保摊铺总厚度及上面层厚度均满足要求。在碾压过程中，如出现了表面泛油现象，应通过减少胶轮压路机数量、延长碾压时间等进行解决，并在之后的混合料生产中，适当降低油石比。

5 沥青路面双层摊铺技术的优点和不足

5.1沥青路面双层摊铺技术的优点

路面质量方面，双层摊铺大大提高了层间结合力，并解决了传统分层摊铺层间易污染问题；摊铺厚度增大，上、下两层的温度散失均变慢，有利于提高整体压实效果，延长路面使用寿命。

经济性方面，双层摊铺使得路面结构可优化调整，使路面结构更合理，通过减少上面层磨耗层厚度节约成本。两层路面面层仅需一次施工过程，节省了施工时间、缩短了施工周期，提高了机械效率；并可通过降低混合料油石比，并且不需喷洒粘层油，降低了工程成本。

5.2沥青路面双层摊铺技术的不足

需要两台沥青拌合楼分别生产不同的沥青混合料。这在国外沥青商砼较普及的情况下比较适用，在国内施工单位均为自建拌合站的情况下较难操作。

设备转移不便利，不适合于化整为零的施工情况。只能在有大段落工作面的情况下，才能体现出其施工效率的优势。

受摊铺最大宽度的影响，在高速公路路面中只能满足双向四车道的施工。

6 结论

沥青路面双层摊铺技术是对传统沥青路面施工工艺的革命性创新，它能够大大提高公路路面的使用寿命，并在一定的条件下能显现出优越的经济性。

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