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瀝青路面組合式碾壓施工技術(shù)與工藝
一、引言
瀝青混合料碾壓是瀝青路面施工的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要、最關(guān)鍵且問(wèn)題最多的一個(gè)施工步驟。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)瀝青混合料碾壓不夠重視，開展的研究較少，至今沒(méi)有一套完整、科學(xué)的壓實(shí)理論和碾壓工藝。由于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)十年前已經(jīng)完成了高速公路的建設(shè)，近期沒(méi)有對(duì)傳統(tǒng)的壓實(shí)工藝進(jìn)行修訂，當(dāng)時(shí)的壓實(shí)機(jī)械性能、路面設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)水平等諸多方面與現(xiàn)在存在很大的差別，照搬國(guó)外當(dāng)時(shí)的壓實(shí)方法用于當(dāng)前中國(guó)的路面施工顯然不太科學(xué)?！豆窞r青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)(以下簡(jiǎn)稱04版《規(guī)范》)中對(duì)熱拌瀝青混合料壓實(shí)的規(guī)定也不是非常詳細(xì)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行補(bǔ)充和細(xì)化。
常規(guī)的瀝青路面碾壓技術(shù)存在碾壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、碾壓遍數(shù)不易控制、漏壓嚴(yán)重、平整度差、施工質(zhì)量不均勻等諸多弊端，需要科學(xué)的碾壓技術(shù)和工藝解決當(dāng)前瀝青路面碾壓施工存在的突出問(wèn)題。同時(shí)，由于瀝青混合料設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法已被先進(jìn)的GTM或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)(Superpave)設(shè)計(jì)方法逐步取代，瀝青混凝土路面的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)顯著提高，常規(guī)的碾壓技術(shù)已無(wú)法達(dá)到現(xiàn)在的施工技術(shù)要求。國(guó)內(nèi)多個(gè)科研單位的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，許多高速公路的早期破壞與壓實(shí)不足有關(guān)，需要研究與新的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法配套的碾壓施工技術(shù)。
二、瀝青路面碾壓施工存在的問(wèn)題
壓實(shí)不足
目前在國(guó)內(nèi)高速公路瀝青路面的施工中，壓實(shí)不足是一個(gè)比較突出的問(wèn)題，主要原因是片面追求平整度和表面構(gòu)造深度。這些工程的共同點(diǎn)是，通車以后路面平整度迅速衰減，面層受行車荷載碾壓變形明顯。
壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確
高速公路瀝青路面施工中的路面壓實(shí)度可以采用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)密度的97%、最大理論密度的93%、試驗(yàn)段密度的99%來(lái)控制。
高速公路瀝青路面施工中接受了壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)較高的GTM瀝青混合料設(shè)計(jì)方法和Superpave方法，但實(shí)驗(yàn)室密度檢測(cè)試件的制作采用了與配合比設(shè)計(jì)成型試件相同的方法，而這種方法存在下述問(wèn)題。
(1)如果配合比設(shè)計(jì)和工地實(shí)驗(yàn)室都采用馬歇爾方法成型試件，壓實(shí)度按馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度控制是有問(wèn)題的，因?yàn)槭聦?shí)證明馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度偏低。
(2)如果配合比設(shè)計(jì)采用GTM或Superpave方法成型試件，實(shí)際施工中工地實(shí)驗(yàn)室大多沒(méi)有這兩種試驗(yàn)儀器，只能做馬歇爾試驗(yàn)，就無(wú)法滿足“實(shí)驗(yàn)室密度檢測(cè)試件的制作采用與配合比設(shè)計(jì)成型試件相同的方法”的要求。
(3)由于國(guó)內(nèi)面層石料變異很大，工地試驗(yàn)頻率要求較高，使用GTM或Superpave方法成型試件價(jià)格昂貴，施工單位承擔(dān)不起。
此外，最大理論密度由測(cè)量計(jì)算得到，誤差很大;而試驗(yàn)段密度不可靠，無(wú)法判定試驗(yàn)效果是否達(dá)到最佳。
所以高速公路瀝青路面施工中采用的現(xiàn)行壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法準(zhǔn)確控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度。
碾壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)
傳統(tǒng)的壓實(shí)工藝是鋼輪壓路機(jī)與膠輪壓路機(jī)單獨(dú)碾壓，會(huì)造成碾壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溫度下降過(guò)大，不能保證在高溫下完成復(fù)壓。尤其是低溫下施工，溫度下降更快，無(wú)法保證施工質(zhì)量。
碾壓遍數(shù)不易控制
除主觀原因外，從客觀上講，傳統(tǒng)的碾壓遍數(shù)控制起來(lái)確實(shí)困難，五六臺(tái)壓路機(jī)在600㎡左右的作業(yè)面來(lái)回穿梭，管理人員無(wú)法數(shù)清遍數(shù)。
平整度控制困難
在高溫下膠輪壓路機(jī)碾壓輪跡太重，施工單位因擔(dān)心平整度不達(dá)標(biāo)，一般在復(fù)壓的后期才使用膠輪壓路機(jī)碾壓。但這個(gè)時(shí)候，膠輪壓路機(jī)碾壓仍會(huì)留下較深的輪跡，而且路面溫度已經(jīng)很低，終壓消除輪跡十分困難，最終不能保證足夠的平整度。
施工質(zhì)量無(wú)法保證
由于傳統(tǒng)碾壓方式存在低溫碾壓、漏壓、溫度離析嚴(yán)重、平整度低、局部壓實(shí)度不足等問(wèn)題，帶來(lái)的后果就是路面質(zhì)量低劣。
三、組合式碾壓技術(shù)
組合式碾壓技術(shù)是先利用膠輪壓路機(jī)的揉搓作用使混合料中的集料重新分布，降低摩擦阻力，使混合料處于易壓實(shí)狀態(tài);然后實(shí)行振壓，使被壓實(shí)材料間的摩阻力由初始的靜摩擦狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦狀態(tài)，充分利用振動(dòng)壓路機(jī)正弦交變的壓力將混合料壓實(shí)。在膠輪的揉搓和振動(dòng)壓路機(jī)正弦交變壓力的交替作用下，達(dá)到最佳的壓實(shí)效果。
組合式碾壓充分發(fā)揮了膠輪壓路機(jī)的揉搓作用和線壓力大的優(yōu)勢(shì)，其工藝原理與GTM和Superpave的成型方式十分接近，室內(nèi)試驗(yàn)與室外施工一致性高。
對(duì)于不同的瀝青混合料采用不同的壓路機(jī)組合，普通瀝青混合料使用膠輪壓路機(jī)與雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的組合;SMA和OGFC混合料使用普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)與高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的組合;超厚路面使用膠輪壓路機(jī)、普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的組合;垂直壓力受限的橋面鋪裝使用膠輪壓路機(jī)和振蕩壓路機(jī)的組合。
分組碾壓作業(yè)時(shí)，每組2臺(tái)壓路機(jī)相距1m左右，以統(tǒng)一的速度同步前進(jìn)、同步后退。
四、組合式碾壓施工操作要點(diǎn)
目前國(guó)內(nèi)主要的瀝青混合料有AC，ATB，AM瀝青混合料，以及特殊的SMA，OGFC瀝青混合料，此外，還有超厚路面(瀝青混凝土厚度大于8 cm，瀝青碎石厚度大于10 cm)、垂直壓力受限的橋面鋪裝等路面結(jié)構(gòu)，下面分別介紹其碾壓施工操作要點(diǎn)。
常規(guī)的AC, ATB, AM瀝青混合料
本碾壓工藝適合于8cm以下常規(guī)的AC-5、AC-10、AC-13、 AC-16、 AC-20、AC-25、ATB-25、ATB-30、 AM-25、AM-30等瀝青混合料，絕大部分的工程均采用該工藝。
瀝青混合料設(shè)計(jì)。采用GTM設(shè)計(jì)瀝青混合料。GTM試驗(yàn)機(jī)(圖3)能最大限度地模擬汽車在公路上行駛時(shí)輪胎與路面的相互作用，通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，使模擬中瀝青混合料的密實(shí)度達(dá)到汽車輪胎實(shí)際作用于路面時(shí)所產(chǎn)生的密實(shí)度，從而有效解決路面的車轍問(wèn)題。采用GTM設(shè)計(jì)，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)可提高2%-3%。
組合式碾壓施工參數(shù)選擇。(1)壓路機(jī)配置:26~30t膠輪壓路機(jī)2臺(tái)，11~13t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)3臺(tái)。本配置適合單向2~3車道公路工程，其他情況下根據(jù)路面寬度適當(dāng)增減。壓路機(jī)組合方式為:1臺(tái)膠輪壓路機(jī)與1臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)組合成1組(圖4)，共2組壓路機(jī)，膠輪壓路機(jī)在前，雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)在后，進(jìn)行初壓和復(fù)壓；另一臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)單獨(dú)進(jìn)行終壓。初壓和復(fù)壓時(shí)，每組壓路機(jī)各負(fù)責(zé)半幅碾壓，終壓時(shí)1臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)全幅碾壓。初壓和復(fù)壓時(shí)，2組壓路機(jī)分別從橫斷面最左側(cè)和中心線位置起壓(圖5)。
(2)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)振幅和頻率的選擇。對(duì)于不同類型的混合料、不同的攤鋪厚度，雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)振幅和頻率的選擇應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。一般情況下，前進(jìn)時(shí)高頻低幅，后退時(shí)高頻高幅。
(3)疊輪方式。每組壓路機(jī)以雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)為基準(zhǔn)，雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)疊1/2輪；膠輪壓路機(jī)跟隨雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，約疊2/3輪。
(4)壓實(shí)遍數(shù)。從起壓點(diǎn)開始，每前進(jìn)、后退一次為一趟，下一趟雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)疊上一趟壓實(shí)過(guò)的1/2輪，直到疊過(guò)第2組壓路機(jī)的起壓點(diǎn)為止。第1趟和最后一趟由于沒(méi)有疊輪需增壓1趟。完成上述碾壓為1遍。
對(duì)于一般的瀝青混合料，每組壓路機(jī)初壓1遍，復(fù)壓4遍(相當(dāng)于單遍8遍)，終壓同常規(guī)碾壓，采用膠輪或鋼輪均可以(一般用鋼輪)，碾壓1~2遍，以輪跡完全消除為準(zhǔn)。
(5)壓實(shí)速度。初壓為2~3 ，復(fù)壓為3~4，終壓為4~5。
初壓。初壓時(shí),每組膠輪和鋼輪壓路機(jī)相距1m左右，同步前進(jìn)、同步后退，由起壓點(diǎn)開始疊輪逐趟碾壓至終壓點(diǎn)(下一個(gè)起壓點(diǎn))為止。雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)前進(jìn)采用靜壓;如果混合料穩(wěn)定(不推移)，后退選擇高頻低幅碾壓，如果混合料不穩(wěn)定仍用靜壓。
復(fù)壓。50m左右為一個(gè)碾壓作業(yè)段，每組壓路機(jī)從起點(diǎn)開始前進(jìn)，到碾壓段的終止線開始后退。完成一個(gè)碾壓段后再開始下一個(gè)作業(yè)段的碾壓。
按照設(shè)定的振幅和頻率，復(fù)壓第1遍從終壓點(diǎn)(第2個(gè)起壓點(diǎn))開始，疊輪逐趟碾壓至起壓點(diǎn)為止，觸遍從起壓點(diǎn)向終壓點(diǎn)碾壓，依次循環(huán)碾壓，直至達(dá)到規(guī)定的遍數(shù)。一般每組壓路機(jī)碾壓4遍，2壓路機(jī)共碾壓8遍。
終壓。用單獨(dú)的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)終壓，以消除輪跡為目的，一般1~2遍即可。
SMA、OGFC混合料
本碾壓工藝適合于SMA和OGFC混合料。由于使用輪胎壓路機(jī)會(huì)造成瀝青膠漿上浮，導(dǎo)致SMA混合料級(jí)配產(chǎn)生變異，OGFC棍合料空隙被堵塞，路面無(wú)法排水。所以SMA和OGFC瀝青混合料一般不使用輪胎壓路機(jī)。
SMA和OGFC混合料的設(shè)計(jì)、壓路機(jī)組合分工、起壓點(diǎn)、壓實(shí)速度以及壓路機(jī)振幅與頻率的選擇都與常規(guī)的AG、ATB、AM瀝青棍合料相同。不同之處在于以下幾方面。
(1)壓路機(jī)配置:11~13t普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)3臺(tái)，11~13 t高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)2臺(tái)。本配置適合單向2~3車道公路工程，其他情祝根據(jù)路面寬度適當(dāng)增減。1臺(tái)普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)與1臺(tái)高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)組合成1組(圖6)，共2組壓路機(jī)，高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)在前，普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)在后，進(jìn)行初壓和復(fù)壓。另一臺(tái)普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)單獨(dú)進(jìn)行終壓。
(2)每組壓路機(jī)以第1臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)為基準(zhǔn)，第1臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)疊1/2輪，第2臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)隨第1臺(tái)。
初壓時(shí)，2臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)前進(jìn)采用靜壓;如果混合料穩(wěn)定(不推移)，2臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)后退均選擇高頻低幅碾壓，如果混合料不穩(wěn)定仍用靜壓。
復(fù)壓時(shí)，一般清況下，每組第1遍碾壓時(shí)，普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)宜使用高頻低幅;第2~3遍碾壓時(shí)，普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)宜使用低頻高幅；第4遍碾壓時(shí)，普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)宜使用高頻低幅。高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)一直使用高頻低幅。
終壓使用雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，以輪跡完全消除為準(zhǔn)，碾壓1~2遍。
超厚路面
超厚路面是指AC瀝青混合料碾壓后路面厚度大于8cm或ATB、AM瀝青混合料碾壓后路面厚度大于10cm的路面。由于超載車輛對(duì)路面破壞嚴(yán)重，高速公路不斷提高瀝青路面厚度，10 cm左右或大于10 cm的ATB、 AM瀝青棍合料經(jīng)常被采用。
超厚路面與常規(guī)的AC、ATB、AM瀝青混合料碾壓施工的不同之處在于以下幾方面。
(1)壓路機(jī)配置:30t膠輪壓路機(jī)2臺(tái)，13~15t普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)2臺(tái)，13~15t高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)2臺(tái)，11~12 t普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)1臺(tái)。本配置適合單向2~3車道公路工程，其他情況根據(jù)路面寬度適當(dāng)增減。1臺(tái)膠輪壓路機(jī)、1臺(tái)普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和1臺(tái)高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)組合成1組，共2組壓路機(jī)。膠輪壓路機(jī)在前，高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)居中，普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)在后，進(jìn)行初壓和復(fù)壓。另一臺(tái)小噸位普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)單獨(dú)進(jìn)行終壓。
(2)每組壓路機(jī)以雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)為基準(zhǔn)，雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)疊1/2輪;膠輪壓路機(jī)隨雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，約疊2/3輪。
(3)對(duì)于厚度為10~12 cm的瀝青混合料，每組壓路機(jī)初壓1遍，復(fù)壓3遍(相當(dāng)于單遍9遍)，終壓同常規(guī)碾壓。
(4)初壓時(shí)，每組的3臺(tái)壓路機(jī)相距1m左右，同步前進(jìn)、同步后退，由起壓點(diǎn)開始疊輪逐趟碾壓至終壓點(diǎn)(下一個(gè)起壓點(diǎn))為止。2臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)前進(jìn)時(shí)用靜壓，后退時(shí)根據(jù)實(shí)際清況選擇高頻低幅碾壓或仍用靜壓。
(5)復(fù)壓時(shí)，50 m左右為一個(gè)碾壓作業(yè)段，每組3臺(tái)壓路機(jī)從起點(diǎn)開始前進(jìn)，到碾壓段的終止線開始后退。完成一個(gè)碾壓段后再開始下一個(gè)作業(yè)段的碾壓。
一般情況下，每組第1遍碾壓時(shí)，普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)宜使用高頻低幅；第2~3遍碾壓時(shí)，普通雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)宜使用低頻高幅。高頻雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)一直使用高頻低幅。
垂直壓力受限的橋面鋪裝
現(xiàn)在高速公路的施工工期一般都比較緊張，往往多道工序同時(shí)進(jìn)行。如斜拉橋或懸索橋橋面鋪裝施工時(shí)，懸索或斜拉索、錨具、減震裝置、索夾、吊索等可能要進(jìn)行調(diào)整、調(diào)試，這時(shí)要限制振動(dòng)壓路機(jī)的垂直壓力，往往不能開振動(dòng)，但這樣會(huì)影響壓實(shí)質(zhì)量。為了保證碾壓質(zhì)量，對(duì)于一般的AC瀝青混合料橋面鋪裝層，可以將膠輪壓路機(jī)與振蕩壓路機(jī)組合，發(fā)揮膠輪壓路機(jī)線壓力大和振蕩壓路機(jī)不產(chǎn)生垂直力的優(yōu)勢(shì)，垂直方向僅有自重，碾壓時(shí)不產(chǎn)生垂直振動(dòng)力。
垂直壓力受限的SMA混合料橋面鋪裝層單獨(dú)使用振蕩壓路機(jī)碾壓。
垂直壓力受限的橋面鋪裝碾壓與常規(guī)AC、ATB、 AM瀝青路面的不同之處如下。
(1)配置26~30t膠輪壓路機(jī)2臺(tái)，12~13t振蕩壓路機(jī)2臺(tái)(圖7)，11~12t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)1臺(tái)。本配置適合單向2~3車道公路工程，其他情況根據(jù)路面寬度適當(dāng)增減。
(2)1臺(tái)膠輪壓路機(jī)和1臺(tái)振蕩壓路機(jī)組合成1組，共2組壓路機(jī)。膠輪壓路機(jī)在前，振蕩壓路機(jī)在后，進(jìn)行初壓和復(fù)壓。另一臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行終壓。
(3)每組壓路機(jī)以振蕩壓路機(jī)為基準(zhǔn)，振蕩壓路機(jī)疊1/2輪；膠輪壓路機(jī)隨振蕩壓路機(jī)，約疊2/3輪。
(4)初壓時(shí)，振蕩壓路機(jī)前進(jìn)采用靜壓；如果混合料穩(wěn)定(不推移)，振蕩壓路機(jī)后退可選擇低頻碾壓，如果混合料不穩(wěn)定仍用靜壓。
(5)一般情況下，復(fù)壓第1遍碾壓時(shí)，振蕩壓路機(jī)宜使用低頻；第2~3遍碾壓時(shí)，振蕩壓路機(jī)宜使用高頻；第4遍碾壓時(shí)，振蕩壓路機(jī)宜使用低頻。
五、結(jié)語(yǔ)
組合式碾壓技術(shù)已在國(guó)內(nèi)20多個(gè)省份推廣應(yīng)用，建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市道路彩色瀝青混凝土路面技術(shù)規(guī)程》和河南省地方標(biāo)準(zhǔn)《熱拌瀝青混合料碾壓施工技術(shù)規(guī)范》均采用了組合式碾壓技術(shù)。
該技術(shù)能夠保證路面的壓實(shí)度及平整度，宜在全國(guó)范圍大面積推廣。
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