肖 瑤，李善強(qiáng)，許新權(quán)，青 健，吳土福

(1.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，廣州 510420；2.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司，廣州 510550)

0 引言

對(duì)于大多數(shù)駕乘人員來說，評(píng)價(jià)一條公路的好壞，更多的是從駕乘體驗(yàn)方面來直觀感受，也就是行車舒適性，而影響行車舒適性的一個(gè)最重要因素就是路面平整度。對(duì)于瀝青混凝土路面而言，剛剛建成通車的平整度稱之為初始平整度，初始平整度的好壞對(duì)路面后期運(yùn)營期間的平整度影響最大[1]。

相關(guān)研究表明，初始平整度越好，路面后期的運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)成本越低[2]。隨著高等級(jí)公路對(duì)路面平整度的要求越來越高，亟待研發(fā)提出一套提升瀝青路面初始平整度的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

西藏那羊高速公路起于那曲火車站，經(jīng)羅瑪鎮(zhèn)、香茂鄉(xiāng)、古露鎮(zhèn)、烏瑪塘鄉(xiāng)、阿熱濕地、當(dāng)雄縣城、寧中鄉(xiāng)，止于羊八井鎮(zhèn)。項(xiàng)目路線總長227km，采用雙向四車道設(shè)計(jì)，全線共設(shè)橋梁145座，隧道1座，橋隧比16.79%[3]。西藏那羊高速公路作為重要的進(jìn)出藏通道，是目前世界上海拔最高的高速公路，平均海拔4 500m[4]。由于西藏特殊的地理氣候條件，雖然日照時(shí)間較長，但全年大風(fēng)日偏多，日溫差較大，瀝青混合料降溫速度較快，瀝青路面初始平整度控制成為路面鋪筑的一大難題。

2 瀝青路面平整度控制的重要性

2.1 保障行車安全及行車舒適性

路面平整度的優(yōu)劣對(duì)保證行車安全及行車舒適性具有重要作用，路面平整度越高，車輛在行駛過程中的安全性也越高。相反，平整度較差的路面，車輛在快速行駛的過程中，劇烈的行車顛簸不僅會(huì)降低行車的舒適性，也會(huì)降低行車的安全性。此外，平整度較差的路面在低洼處更容易產(chǎn)生路面積水，對(duì)于高速公路而言，路面積水存在嚴(yán)重的行車安全隱患，這是因?yàn)槁访嬉坏┏霈F(xiàn)積水就會(huì)降低輪胎與路面之間的摩擦阻力，極易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。因此，提升路面平整度對(duì)保障行車安全及行車舒適性具有重要作用。

2.2 保障路面使用壽命

平整度是路面使用壽命的影響因素之一，這是因?yàn)槠秸仍礁叩穆范?，車輛在行駛過程中與路面的作用力越小，車輛的行車載荷對(duì)路面造成的破壞就越小。同時(shí)平整度越高，路面的積水就會(huì)越少，路面積水也是路面水損壞的主要成因之一，提高路面平整度可以避免因?yàn)槁访娣e水造成的水損壞，進(jìn)而延長路面使用壽命[5]。如圖1 所示，路面出現(xiàn)的積水、坑槽、裂縫等病害會(huì)對(duì)路面的使用性能造成嚴(yán)重影響，雖然造成以上路面病害的原因不盡相同，但是路面平整度是其中重要的因素之一。

圖1 瀝青路面病害

3 瀝青路面初始平整度影響因素

3.1 混合料質(zhì)量

瀝青混合料的質(zhì)量對(duì)路面初始平整度有重要影響[6]。瀝青混合料質(zhì)量主要取決于集料質(zhì)量、瀝青質(zhì)量、配合比和拌合質(zhì)量等，瀝青混合料質(zhì)量較差會(huì)導(dǎo)致路面容易發(fā)生粗細(xì)離析，進(jìn)而影響路面平整度?；旌狭系臏囟染鶆蛐砸矔?huì)對(duì)平整度造成影響，一般處于運(yùn)料車車廂邊緣、攤鋪機(jī)受料斗兩側(cè)的瀝青混合料，由于與空氣或周圍物體接觸，熱量交換較多，冷卻速度較快，從而導(dǎo)致這部分瀝青混合料溫度偏低，在碾壓過程中存在難以壓實(shí)的問題，進(jìn)而影響路面的平整度。

3.2 下承層

瀝青混凝土路面一般采用分層鋪筑，傳統(tǒng)施工工法中對(duì)于平整度的調(diào)控方法單一，在瀝青路面鋪筑過程中，下承層對(duì)施工層平整度的影響往往不能得到足夠的重視。對(duì)于瀝青混凝土路面而言，下承層不僅在路面結(jié)構(gòu)中起著承接上一層結(jié)構(gòu)的作用，在鋪筑過程中也是攤鋪機(jī)平穩(wěn)行進(jìn)的重要保障，如果下承層平整度較差，攤鋪機(jī)在攤鋪過程中就會(huì)出現(xiàn)難以找平、甚至出現(xiàn)顛簸的現(xiàn)象，進(jìn)而影響攤鋪厚度的均勻性，最終導(dǎo)致成型路面平整度的下降。

3.3 攤鋪

瀝青混合料在攤鋪過程中，攤鋪機(jī)械的性能、功率及攤鋪工藝的控制都將會(huì)對(duì)路面平整度造成影響，其中，攤鋪機(jī)需要性能穩(wěn)定、功率滿足攤鋪厚度和攤鋪速度的要求。在攤鋪過程中應(yīng)嚴(yán)格控制攤鋪速度，一是要保證攤鋪速度的恒定；二是要保證攤鋪速度快慢適中，攤鋪速度過快會(huì)造成混合料松鋪厚度減小，攤鋪速度過慢會(huì)影響工程整體進(jìn)度。此外，攤鋪過程中應(yīng)避免長時(shí)間停機(jī)待料，長時(shí)間停機(jī)待料會(huì)導(dǎo)致攤鋪機(jī)附近的瀝青混合料不能及時(shí)碾壓，出現(xiàn)壓實(shí)度不一致的現(xiàn)象，進(jìn)而影響成型路面的平整度。

3.4 碾壓

在碾壓過程中，壓路機(jī)的種類、噸位和碾壓工藝的選擇對(duì)平整度的控制也十分重要。首先，應(yīng)通過試驗(yàn)段的鋪筑，選擇能夠滿足壓實(shí)度要求的碾壓設(shè)備和碾壓工藝，例如鋼輪壓路機(jī)及膠輪壓路機(jī)需配備的數(shù)量和碾壓遍數(shù)等；其次，應(yīng)嚴(yán)格控制壓路機(jī)的碾壓速度、碾壓溫度和碾壓路線。值得注意的是，應(yīng)保證碾壓過程的統(tǒng)一性，避免壓路機(jī)因碾壓不一致出現(xiàn)欠壓和過壓現(xiàn)象，進(jìn)而保證壓實(shí)度的一致性。

3.5 接縫

瀝青路面在鋪筑過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)接縫的現(xiàn)象，但應(yīng)減少不必要的施工接縫，原因是接縫處施工難度較大，往往接縫處的平整度會(huì)較其他位置的平整度偏差，接縫施工處理不當(dāng)還會(huì)出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。因此，應(yīng)重視接縫處的施工控制。

4 瀝青路面平整度控制技術(shù)

結(jié)合上述對(duì)平整度影響因素的探究分析并結(jié)合西藏高原地區(qū)特殊的氣候條件，針對(duì)G6京藏高速那羊段瀝青路面初始平整度控制，提出相應(yīng)的技術(shù)措施。

4.1 瀝青混合料控制

瀝青混合料對(duì)原材料的質(zhì)量要求較高，瀝青混合料的質(zhì)量在很大程度上由瀝青、粗骨料、細(xì)骨料等原材料的質(zhì)量及其配合比所決定。

4.1.1 原材料質(zhì)量控制

(1)通過對(duì)項(xiàng)目石場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，如圖2 所示，充分了解粗集料和細(xì)集料的具體指標(biāo)，對(duì)不適用于該項(xiàng)目的集料及時(shí)進(jìn)行更換。

圖2 礦料質(zhì)量控制

(2)傳統(tǒng)的瀝青質(zhì)量控制一般采用三大指標(biāo)的檢測(cè)方法，但三大指標(biāo)試驗(yàn)時(shí)間較長，且試驗(yàn)繁瑣。本項(xiàng)目采用瀝青指紋識(shí)別快速檢測(cè)技術(shù)，如圖3 所示，該項(xiàng)技術(shù)可以對(duì)項(xiàng)目所用瀝青的純度、改性劑的產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確快速的測(cè)定分析，保障了瀝青的質(zhì)量[7]。

圖3 瀝青質(zhì)量控制

4.1.2 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

雖然西藏平均氣溫不高，但日照時(shí)間長、太陽輻射強(qiáng)，瀝青路面的路表溫度可達(dá)60℃，極易形成車轍，嚴(yán)重影響路面的平整度。該項(xiàng)目采用兼具高低溫性能的骨架密實(shí)型瀝青混合料(GAC)對(duì)施工單位設(shè)計(jì)的各面層混合料配合比進(jìn)行優(yōu)化，如圖4和圖5所示。采用優(yōu)化后的配合比進(jìn)行鋪筑，顯著提升了瀝青路面的鋪筑效果。

圖4 AC-13合成級(jí)配優(yōu)化曲線

圖5 AC-16合成級(jí)配優(yōu)化曲線

4.1.3 配合比穩(wěn)定性控制

為了保證生產(chǎn)配合比的穩(wěn)定性，定期對(duì)拌合樓熱料倉集料進(jìn)行篩分，將篩分后的礦料級(jí)配與生產(chǎn)配合比進(jìn)行對(duì)比，確保每檔集料的通過率保持穩(wěn)定。圖6為項(xiàng)目某標(biāo)段AC-16瀝青混合料配合比穩(wěn)定性控制曲線，由圖6可見，該混合料9.5mm篩孔通過率已超過級(jí)配下限，據(jù)此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鋪筑效果，對(duì)原材料及配合比進(jìn)行了調(diào)整。

圖6 配合比穩(wěn)定性控制曲線

4.2 施工工藝控制

4.2.1 拌合及運(yùn)輸控制

(1)嚴(yán)格控制瀝青混合料的拌合溫度及拌合時(shí)間。由于高原地區(qū)混合料降溫較快，在保證瀝青不發(fā)生加熱老化的前提下適當(dāng)提高瀝青混合料的拌合溫度，以保證后期的攤鋪溫度。保證拌合時(shí)間，以保證拌合的均勻性。

(2)協(xié)調(diào)前場(chǎng)施工速度與拌合站的出料速度，盡可能讓拌合站的最大產(chǎn)能與混合料的運(yùn)輸、攤鋪相匹配，保證攤鋪施工的連續(xù)性且攤鋪機(jī)不停機(jī)待料。若攤鋪機(jī)停機(jī)待料，則瀝青混合料往往會(huì)出現(xiàn)溫度離析，碾壓后造成平整度下降。

(3)由于高原地區(qū)具有大風(fēng)等極寒氣候，對(duì)運(yùn)輸車輛加強(qiáng)了保溫措施。如圖7所示，在車輛廂板加裝保溫板，車輛頂部采用加厚棉布覆蓋進(jìn)行保溫，運(yùn)輸過程及到場(chǎng)攤鋪全程不掀布，進(jìn)而保證瀝青混合料溫度的均勻性，避免混合料發(fā)生溫度離析。

圖7 運(yùn)料車全程蓋布卸料

4.2.2 攤鋪控制

(1)攤鋪前熨平板預(yù)熱。每天開始攤鋪?zhàn)鳂I(yè)前，應(yīng)預(yù)熱攤鋪機(jī)熨平板。預(yù)熱的目的是提高熨平板的溫度，保證攤鋪起步階段高溫的混合料不粘結(jié)熨平板，避免攤鋪層面出現(xiàn)拖痕、坑洞等不平整的現(xiàn)象。

(2)攤鋪機(jī)料位控制。工程實(shí)踐表明，不同型號(hào)攤鋪機(jī)螺旋布料器內(nèi)的料位高度控制不盡相同，應(yīng)根據(jù)攤鋪機(jī)型號(hào)及功率進(jìn)行調(diào)整，一般大功率的攤鋪機(jī)高料位攤鋪效果更佳。此外，調(diào)整好的螺旋布料器料位高度應(yīng)保持穩(wěn)定，避免忽高忽低，影響攤鋪厚度的穩(wěn)定。

(3)全程不收斗攤鋪。攤鋪機(jī)料斗兩側(cè)尾料由于不能及時(shí)輸送進(jìn)螺旋布料器，溫度保存條件差，降溫速度快，當(dāng)一車料攤鋪結(jié)束后，尾料溫度已經(jīng)低于碾壓溫度，若此時(shí)收斗則該部分混合料在碾壓后無法碾壓密實(shí)，進(jìn)而影響路面的平整度。鑒于高原地區(qū)尾料降溫更為嚴(yán)重，提出攤鋪機(jī)全程不收斗攤鋪，使料斗內(nèi)已經(jīng)降溫的混合料繼續(xù)留在料斗邊緣占位，保證混合料溫度穩(wěn)定。

(4)攤鋪機(jī)操作控制。攤鋪機(jī)在攤鋪過程中應(yīng)保證攤鋪速度保持恒定，避免等料降速和突然提速，同時(shí)應(yīng)保證行進(jìn)路線的穩(wěn)定。對(duì)于攤鋪速度的選定，應(yīng)根據(jù)攤鋪機(jī)型號(hào)和試驗(yàn)段鋪筑情況確定。

4.2.3 碾壓控制

攤鋪到路面上的瀝青混合料，在大氣環(huán)境中，熱量散失和溫度下降更快，碾壓稍作遲緩將會(huì)錯(cuò)過最佳的碾壓時(shí)機(jī)。特別是在低溫和多風(fēng)條件下施工，必須做好緊跟碾壓，既能保障路面的壓實(shí)度，也能保障路面的平整度。

(1)針對(duì)高原日氣溫變化幅度、大風(fēng)天氣較多的氣候條件以及攤鋪后混合料表層降溫較快的情況，配備“三鋼三膠”兩鋼輪初壓、兩膠輪復(fù)壓，兩鋼兩膠同進(jìn)同退同步碾壓，一膠輪全斷面碾壓，一鋼輪緊跟收面的碾壓工藝，如圖8所示。

圖8 碾壓工藝

(2)瀝青路面施工，混合料的溫度控制十分重要，因此采用手持式紅外測(cè)溫儀及無人機(jī)載紅外測(cè)溫儀對(duì)溫度進(jìn)行全斷面監(jiān)控，為瀝青路面施工提供了高效、精準(zhǔn)的控制手段，如圖9和圖10所示。這也是無人機(jī)載紅外測(cè)溫系統(tǒng)首次在西藏高原地區(qū)高速公路建設(shè)中的應(yīng)用，較大地提升了瀝青路面的施工質(zhì)量。

圖9 手持式紅外熱成像儀監(jiān)測(cè)碾壓溫度

圖10 無人機(jī)搭載紅外熱成像儀監(jiān)測(cè)碾壓溫度

(3)本項(xiàng)目第一次采用6m直尺在碾壓過程中進(jìn)行平整度實(shí)時(shí)監(jiān)控。如圖11所示，通過對(duì)初壓平整度偏差較大的地方進(jìn)行標(biāo)記，并采用震動(dòng)雙鋼輪對(duì)較高處瀝青混合料進(jìn)行強(qiáng)震的方法，及時(shí)對(duì)初壓平整度進(jìn)行調(diào)整。

圖11 6m直尺實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平整度

(4)瀝青混凝土路面在剛剛成型的路段，應(yīng)嚴(yán)禁停放一切大型機(jī)械設(shè)備。這是因?yàn)閯倓偝尚偷臑r青混合料尚未降溫至開放交通的條件，如果此時(shí)停放大型機(jī)械設(shè)備，會(huì)影響成型路面的平整度[8]。

4.3 高精度快速檢測(cè)控制

相關(guān)研究表明，瀝青混凝土路面平整度在層間存在傳遞效應(yīng)，下承層的平整度會(huì)向上層結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞[9-10]。因此，在路面鋪筑前需要掌握下承層的平整度狀況，在進(jìn)行上一層鋪筑時(shí)應(yīng)對(duì)下承層平整度較差的路段進(jìn)行銑刨處理，并進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制。

基于平整度傳遞理論，在每一結(jié)構(gòu)層工后采用車載式高精度激光斷面儀(圖12)對(duì)路面平整度進(jìn)行全路線測(cè)量，為施工單位控制上一層路面平整度提供了詳細(xì)、精準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)支持。對(duì)于下承層平整度較差的路段進(jìn)行標(biāo)記，嚴(yán)重段落進(jìn)行銑刨處理，在進(jìn)行上一施工層攤鋪時(shí)，進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)控。

圖12 車載式高精度激光斷面儀檢測(cè)平整度

5 工程效果

該項(xiàng)目經(jīng)過一系列初始平整度的控制措施，最終某標(biāo)段瀝青路面AC-13上面層路基段平整度IRI平均值達(dá)到了0.55m/km(表1)，為西藏瀝青混凝土路面平整度提升總結(jié)了一套成功的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。由表1可知，橋面平整度IRI平均值為0.74m/km，較路基段平整度偏差，這是由于橋頭搭板處及橋面伸縮縫處平整度較差，因此橋頭搭板及橋面伸縮縫的控制也是影響路面整體平整度的一大因素。

表1 某標(biāo)段瀝青路面AC-13上面層平整度

6 結(jié)語

隨著交通強(qiáng)國建設(shè)的逐步深化，公路建設(shè)中對(duì)瀝青混凝土路面的品質(zhì)要求也逐步提升，平整度作為衡量瀝青路面品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，也越來越被重視。在公路工程建設(shè)過程中應(yīng)更加重視路面初始平整度的控制，選用優(yōu)質(zhì)的原材料，嚴(yán)格控制施工工藝，保證工程質(zhì)量，提升工程品質(zhì)。