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沥青路面组合式碾压施工技术与工艺

来源:得之建筑英才网 时间:2019-10-18 作者:建筑英才网 浏览量:


沥青混合料碾压是沥青路面施工的最后一个环节,也是最重要、最关键且问题最多的一个施工步骤。当前国内对沥青混合料碾压不够重视,开展的研究较少,至今没有一套完整、科学的压实理论和碾压工艺。由于国外发达国家数十年前已经完成了高速公路的建设,近期没有对传统的压实工艺进行修订,当时的压实机械性能、路面设计方法和施工技术水平等诸多方面与现在存在很大的差别,照搬国外当时的压实方法用于当前中国的路面施工显然不太科学。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)(以下简称04版《规范》)中对热拌沥青混合料压实的规定也不是非常详细,需要根据具体情况进行补充和细化。

    常规的沥青路面碾压技术存在碾压时间过长、碾压遍数不易控制、漏压严重、平整度差、施工质量不均匀等诸多弊端,需要科学的碾压技术和工艺解决当前沥青路面碾压施工存在的突出问题。同时,由于沥青混合料设计方法的改进,传统的马歇尔设计方法已被先进的GTM或旋转压实机(Superpave)设计方法逐步取代,沥青混凝土路面的压实标准显著提高,常规的碾压技术已无法达到现在的施工技术要求。国内多个科研单位的调研发现,许多高速公路的早期破坏与压实不足有关,需要研究与新的沥青混合料设计方法配套的碾压施工技术。

鉴于上述原因,本文提出新的“组合式碾压”技术,采用新的压实工艺,对碾压机械进行优化组合,规范了碾压施工参数选择、压路机振幅和频率的选择、叠轮方式等。

沥青路面碾压施工存在的问题

压实不足

目前在国内高速公路沥青路面的施工中,压实不足是一个比较突出的问题,主要原因是片面追求平整度和表面构造深度。这些工程的共同点是,通车以后路面平整度迅速衰减,面层受行车荷载碾压变形明显。

压实度的控制标准不准确

高速公路沥青路面施工中的路面压实度可以采用实验室标准密度的97%、最大理论密度的93%、试验段密度的99%来控制。

高速公路沥青路面施工中接受了压实标准较高的GTM沥青混合料设计方法和Superpave方法,但实验室密度检测试件的制作采用了与配合比设计成型试件相同的方法,而这种方法存在下述问题。

(1)如果配合比设计和工地实验室都采用马歇尔方法成型试件,压实度按马歇尔标准密度控制是有问题的,因为事实证明马歇尔标准密度偏低。

(2)如果配合比设计采用GTM或Superpave方法成型试件,实际施工中工地实验室大多没有这两种试验仪器,只能做马歇尔试验,就无法满足“实验室密度检测试件的制作采用与配合比设计成型试件相同的方法”的要求。

(3)由于国内面层石料变异很大,工地试验频率要求较高,使用GTM或Superpave方法成型试件价格昂贵,施工单位承担不起。

此外,最大理论密度由测量计算得到,误差很大;而试验段密度不可靠,无法判定试验效果是否达到最佳。

所以高速公路沥青路面施工中采用的现行压实度标准无法准确控制现场压实度。

碾压时间过长

传统的压实工艺是钢轮压路机与胶轮压路机单独碾压,会造成碾压时间过长,温度下降过大,不能保证在高温下完成复压。尤其是低温下施工,温度下降更快,无法保证施工质量。

碾压遍数不易控制

除主观原因外,从客观上讲,传统的碾压遍数控制起来确实困难,五六台压路机在600㎡左右的作业面来回穿梭,管理人员无法数清遍数。

平整度控制困难

在高温下胶轮压路机碾压轮迹太重,施工单位因担心平整度不达标,一般在复压的后期才使用胶轮压路机碾压。但这个时候,胶轮压路机碾压仍会留下较深的轮迹,而且路面温度已经很低,终压消除轮迹十分困难,最终不能保证足够的平整度。

施工质量无法保证

由于传统碾压方式存在低温碾压、漏压、温度离析严重、平整度低、局部压实度不足等问题,带来的后果就是路面质量低劣。

组合式碾压技术 

 组合式碾压技术是先利用胶轮压路机的揉搓作用使混合料中的集料重新分布,降低摩擦阻力,使混合料处于易压实状态;然后实行振压,使被压实材料间的摩阻力由初始的静摩擦状态逐渐转变为动摩擦状态,充分利用振动压路机正弦交变的压力将混合料压实。在胶轮的揉搓和振动压路机正弦交变压力的交替作用下,达到最佳的压实效果。


组合式碾压充分发挥了胶轮压路机的揉搓作用和线压力大的优势,其工艺原理与GTM和Superpave的成型方式十分接近,室内试验与室外施工一致性高。


对于不同的沥青混合料采用不同的压路机组合,普通沥青混合料使用胶轮压路机与双钢轮振动压路机的组合;SMA和OGFC混合料使用普通双钢轮振动压路机与高频双钢轮振动压路机的组合;超厚路面使用胶轮压路机、普通双钢轮振动压路机和高频双钢轮振动压路机的组合;垂直压力受限的桥面铺装使用胶轮压路机和振荡压路机的组合。

分组碾压作业时,每组2台压路机相距1m左右,以统一的速度同步前进、同步后退。

组合式碾压工艺

沥青混泥土路面组合式碾压施工工艺流程如图2所示。

组合式碾压施工操作要点

目前国内主要的沥青混合料有AC,ATB,AM沥青混合料,以及特殊的SMA,OGFC沥青混合料,此外,还有超厚路面(沥青混凝土厚度大于8 cm,沥青碎石厚度大于10 cm)、垂直压力受限的桥面铺装等路面结构,下面分别介绍其碾压施工操作要点。


常规的AC, ATB, AM沥青混合料

本碾压工艺适合于8cm以下常规的AC-5、AC-10、AC-13、 AC-16、 AC-20、AC-25、ATB-25、ATB-30、 AM-25、AM-30等沥青混合料,绝大部分的工程均采用该工艺。


沥青混合料设计。采用GTM设计沥青混合料。GTM试验机(图3)能最大限度地模拟汽车在公路上行驶时轮胎与路面的相互作用,通过旋转压实,使模拟中沥青混合料的密实度达到汽车轮胎实际作用于路面时所产生的密实度,从而有效解决路面的车辙问题。采用GTM设计,压实标准可提高2%-3%。


组合式碾压施工参数选择。(1)压路机配置:26~30t胶轮压路机2台,11~13t双钢轮振动压路机3台。本配置适合单向2~3车道公路工程,其他情况下根据路面宽度适当增减。压路机组合方式为:1台胶轮压路机与1台双钢轮振动压路机组合成1组(图4),共2组压路机,胶轮压路机在前,双钢轮振动压路机在后,进行初压和复压;另一台双钢轮振动压路机单独进行终压。初压和复压时,每组压路机各负责半幅碾压,终压时1台双钢轮振动压路机全幅碾压。初压和复压时,2组压路机分别从横断面最左侧和中心线位置起压(图5)。


(2)双钢轮振动压路机振幅和频率的选择。对于不同类型的混合料、不同的摊铺厚度,双钢轮振动压路机振幅和频率的选择应通过试验确定。一般情况下,前进时高频低幅,后退时高频高幅。


(3)叠轮方式。每组压路机以双钢轮振动压路机为基准,双钢轮振动压路机叠1/2轮;胶轮压路机跟随双钢轮振动压路机,约叠2/3轮。


(4)压实遍数。从起压点开始,每前进、后退一次为一趟,下一趟双钢轮振动压路机叠上一趟压实过的1/2轮,直到叠过第2组压路机的起压点为止。第1趟和最后一趟由于没有叠轮需增压1趟。完成上述碾压为1遍。


对于一般的沥青混合料,每组压路机初压1遍,复压4遍(相当于单遍8遍),终压同常规碾压,采用胶轮或钢轮均可以(一般用钢轮),碾压1~2遍,以轮迹完全消除为准。


(5)压实速度。初压为2~3 ,复压为3~4,终压为4~5。


初压。初压时,每组胶轮和钢轮压路机相距1m左右,同步前进、同步后退,由起压点开始叠轮逐趟碾压至终压点(下一个起压点)为止。双钢轮振动压路机前进采用静压;如果混合料稳定(不推移),后退选择高频低幅碾压,如果混合料不稳定仍用静压。


复压。50m左右为一个碾压作业段,每组压路机从起点开始前进,到碾压段的终止线开始后退。完成一个碾压段后再开始下一个作业段的碾压。


按照设定的振幅和频率,复压第1遍从终压点(第2个起压点)开始,叠轮逐趟碾压至起压点为止,触遍从起压点向终压点碾压,依次循环碾压,直至达到规定的遍数。一般每组压路机碾压4遍,2压路机共碾压8遍。


终压。用单独的双钢轮振动压路机终压,以消除轮迹为目的,一般1~2遍即可。

SMA、OGFC混合料

本碾压工艺适合于SMA和OGFC混合料。由于使用轮胎压路机会造成沥青胶浆上浮,导致SMA混合料级配产生变异,OGFC棍合料空隙被堵塞,路面无法排水。所以SMA和OGFC沥青混合料一般不使用轮胎压路机。


SMA和OGFC混合料的设计、压路机组合分工、起压点、压实速度以及压路机振幅与频率的选择都与常规的AG、ATB、AM沥青棍合料相同。不同之处在于以下几方面。


(1)压路机配置:11~13t普通双钢轮振动压路机3台,11~13 t高频双钢轮振动压路机2台。本配置适合单向2~3车道公路工程,其他情祝根据路面宽度适当增减。1台普通双钢轮振动压路机与1台高频双钢轮振动压路机组合成1组(图6),共2组压路机,高频双钢轮振动压路机在前,普通双钢轮振动压路机在后,进行初压和复压。另一台普通双钢轮振动压路机单独进行终压。


(2)每组压路机以第1台双钢轮振动压路机为基准,第1台双钢轮振动压路机叠1/2轮,第2台双钢轮振动压路机随第1台。


初压时,2台双钢轮振动压路机前进采用静压;如果混合料稳定(不推移),2台双钢轮振动压路机后退均选择高频低幅碾压,如果混合料不稳定仍用静压。


复压时,一般清况下,每组第1遍碾压时,普通双钢轮振动压路机宜使用高频低幅;第2~3遍碾压时,普通双钢轮振动压路机宜使用低频高幅;第4遍碾压时,普通双钢轮振动压路机宜使用高频低幅。高频双钢轮振动压路机一直使用高频低幅。


终压使用双钢轮振动压路机,以轮迹完全消除为准,碾压1~2遍。

超厚路面

超厚路面是指AC沥青混合料碾压后路面厚度大于8cm或ATB、AM沥青混合料碾压后路面厚度大于10cm的路面。由于超载车辆对路面破坏严重,高速公路不断提高沥青路面厚度,10 cm左右或大于10 cm的ATB、 AM沥青棍合料经常被采用。


超厚路面与常规的AC、ATB、AM沥青混合料碾压施工的不同之处在于以下几方面。


(1)压路机配置:30t胶轮压路机2台,13~15t普通双钢轮振动压路机2台,13~15t高频双钢轮振动压路机2台,11~12 t普通双钢轮振动压路机1台。本配置适合单向2~3车道公路工程,其他情况根据路面宽度适当增减。1台胶轮压路机、1台普通双钢轮振动压路机和1台高频双钢轮振动压路机组合成1组,共2组压路机。胶轮压路机在前,高频双钢轮振动压路机居中,普通双钢轮振动压路机在后,进行初压和复压。另一台小吨位普通双钢轮振动压路机单独进行终压。


(2)每组压路机以双钢轮振动压路机为基准,双钢轮振动压路机叠1/2轮;胶轮压路机随双钢轮振动压路机,约叠2/3轮。


(3)对于厚度为10~12 cm的沥青混合料,每组压路机初压1遍,复压3遍(相当于单遍9遍),终压同常规碾压。


(4)初压时,每组的3台压路机相距1m左右,同步前进、同步后退,由起压点开始叠轮逐趟碾压至终压点(下一个起压点)为止。2台双钢轮振动压路机前进时用静压,后退时根据实际清况选择高频低幅碾压或仍用静压。


(5)复压时,50 m左右为一个碾压作业段,每组3台压路机从起点开始前进,到碾压段的终止线开始后退。完成一个碾压段后再开始下一个作业段的碾压。


 一般情况下,每组第1遍碾压时,普通双钢轮振动压路机宜使用高频低幅;第2~3遍碾压时,普通双钢轮振动压路机宜使用低频高幅。高频双钢轮振动压路机一直使用高频低幅。

垂直压力受限的桥面铺装

现在高速公路的施工工期一般都比较紧张,往往多道工序同时进行。如斜拉桥或悬索桥桥面铺装施工时,悬索或斜拉索、锚具、减震装置、索夹、吊索等可能要进行调整、调试,这时要限制振动压路机的垂直压力,往往不能开振动,但这样会影响压实质量。为了保证碾压质量,对于一般的AC沥青混合料桥面铺装层,可以将胶轮压路机与振荡压路机组合,发挥胶轮压路机线压力大和振荡压路机不产生垂直力的优势,垂直方向仅有自重,碾压时不产生垂直振动力。


垂直压力受限的SMA混合料桥面铺装层单独使用振荡压路机碾压。


垂直压力受限的桥面铺装碾压与常规AC、ATB、 AM沥青路面的不同之处如下。


(1)配置26~30t胶轮压路机2台,12~13t振荡压路机2台(图7),11~12t双钢轮振动压路机1台。本配置适合单向2~3车道公路工程,其他情况根据路面宽度适当增减。


(2)1台胶轮压路机和1台振荡压路机组合成1组,共2组压路机。胶轮压路机在前,振荡压路机在后,进行初压和复压。另一台双钢轮振动压路机进行终压。


(3)每组压路机以振荡压路机为基准,振荡压路机叠1/2轮;胶轮压路机随振荡压路机,约叠2/3轮。


(4)初压时,振荡压路机前进采用静压;如果混合料稳定(不推移),振荡压路机后退可选择低频碾压,如果混合料不稳定仍用静压。


(5)一般情况下,复压第1遍碾压时,振荡压路机宜使用低频;第2~3遍碾压时,振荡压路机宜使用高频;第4遍碾压时,振荡压路机宜使用低频。

结语

组合式碾压技术已在国内20多个省份推广应用,建设部行业标准《城市道路彩色沥青混凝土路面技术规程》和河南省地方标准《热拌沥青混合料碾压施工技术规范》均采用了组合式碾压技术。


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