王 旭

(黑龍江省交通科學研究所)

淺析瀝青路面施工中存在的問題

王 旭

(黑龍江省交通科學研究所)

分析了我國瀝青混凝土路面施工中存在的工藝問題。結(jié)合現(xiàn)場施工，介紹了瀝青混合料轉(zhuǎn)運車對改善瀝青混合料溫度和級配分布及路面施工質(zhì)量的影響。根據(jù)瀝青混凝土路面施工工藝及機械運行規(guī)律，提出了基于無線局域網(wǎng)的機群智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。

瀝青路面;施工;調(diào)度;監(jiān)控

0 前言

我國高速公路發(fā)展迅速，2010年“五縱七橫”國道主干線基本建成。到2020年，公路總里程將達到145萬km，其中高等級、次高級路面占公路總里程的50%以上。在已通車的高速公路中，剛性和半剛性基層瀝青路面約占80%。與國外瀝青路面相比較，我國瀝青路面的整體質(zhì)量不高，包括高速公路在內(nèi)的絕大部分瀝青路面在交付使用2～3年后就出現(xiàn)路面早期損壞，嚴重影響道路的使用率和通行率，同時帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，提高瀝青路面的施工質(zhì)量，延長道路的使用壽命，已經(jīng)成為我國公路行業(yè)發(fā)展的當務(wù)之急。

1 目前瀝青路面施工中存在的問題

傳統(tǒng)的瀝青路面鋪筑施工工藝是將瀝青混合料設(shè)備生產(chǎn)的瀝青混合料由自卸卡車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，并卸至瀝青攤鋪機的料斗中，經(jīng)攤鋪機進行攤鋪后，由壓路機對路面進行最終壓實。國內(nèi)外的施工實踐證明，用這種傳統(tǒng)工藝鋪筑成形的路面早期破損現(xiàn)象比較嚴重，致使道路的維修費用大大增加，壽命縮短，使用率降低。造成路面早期損壞的主要原因有如下三個方面。

(1)自卸車在裝料、運輸及卸料過程中導致瀝青混合料出現(xiàn)三次材料離析和溫度離析。

(2)因攤鋪機料斗容量小、自卸卡車數(shù)量少等因素導致攤鋪機停機待料，攤鋪工作不能連續(xù)進行，造成路面結(jié)合處粘接力及其他力學性能的差異。

(3)自卸車卸料時對攤鋪機進行碰撞和頂推，造成的路面的橫向接縫。

影響瀝青混凝土路面鋪筑施工質(zhì)量及施工成本的因素除施工工藝外，單機性能及機群協(xié)同性方面也有重要作用。國外在20世紀90年代就已開展了機群智能控制技術(shù)的研究。由歐盟Brite－EuRam III計劃支持，法國、芬蘭、德國、英國、瑞典五個國家的七家單位合作，歷時兩年(1997～1999)實施“計算機集成道路建設(shè)”，旨在為瀝青路面施工提供全新的控制與監(jiān)測工具。整個控制系統(tǒng)由地面子系統(tǒng)(GSS)、定位子系統(tǒng)(PSS)和機載子系統(tǒng)(OBSS)組成。

2 瀝青混合料轉(zhuǎn)運車及轉(zhuǎn)運—攤鋪工藝

為了提高瀝青路面面層的施工質(zhì)量，歐美國家提出了轉(zhuǎn)運攤鋪的施工工藝。新工藝是在運料汽車與攤鋪機之間增加轉(zhuǎn)運車。轉(zhuǎn)運車的二次攪拌使得在前面環(huán)節(jié)中造成的溫度和級配離析的瀝青混合料得到充分的拌合。同時，避免了運料汽車對攤鋪機的碰撞。轉(zhuǎn)運車的供料速度不受其它因素的干擾，保證攤鋪機上的混合料數(shù)量始終是恒定的，拌合機和運料汽車在供料方面的不均衡通過轉(zhuǎn)運車的料斗儲存量得以調(diào)節(jié)，確保了攤鋪機勻速穩(wěn)定的攤鋪，使施工路面平整度得到明顯提高。

瀝青混凝土轉(zhuǎn)運車主要由機身、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、物料儲存系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料攪拌系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等九大部分組成。

機身用來聯(lián)接行走系統(tǒng)并支撐動力系統(tǒng)及各工作系統(tǒng)，主要由機架和料倉構(gòu)成。機器3壓系統(tǒng)實現(xiàn)整機行走、入料、攪料、出料及輔助運動的傳動及控制。電氣系統(tǒng)主要功能有:保證轉(zhuǎn)運車柴油機安全、可靠地啟動;實現(xiàn)轉(zhuǎn)運車各功能部件的單動及聯(lián)動工作狀態(tài);實現(xiàn)轉(zhuǎn)運車與瀝青攤鋪機的配套作業(yè);實現(xiàn)轉(zhuǎn)運車工作狀況的監(jiān)控、故障診斷及報警的功能。行駛系統(tǒng)采用了全液壓驅(qū)動的輪胎行走方案。

3 轉(zhuǎn)運車對瀝青路面施工的影響

3.1 混合料溫度和級配分布

2003年長沙理工大學公路工程試驗檢測中心對轉(zhuǎn)運車在新余滬內(nèi)高速公路昌京段瀝青路面施工中的應(yīng)用情況進行了現(xiàn)場測試。施工中兩臺攤鋪機平行作業(yè)，一臺使用轉(zhuǎn)運車，一臺沒有使用轉(zhuǎn)運車，以比較兩臺攤鋪機的攤鋪效果和差異。用紅外攝像儀分別攝取了卡車內(nèi)瀝青混合料及未采用和采用轉(zhuǎn)運車后的路轉(zhuǎn)運車，一臺沒有使用轉(zhuǎn)運車，以比較兩臺攤鋪機的攤鋪效果和差異。

用紅外攝像儀分別攝取了卡車內(nèi)瀝青混合料及未采用和采用轉(zhuǎn)運車后的路面溫度分布情況，有轉(zhuǎn)運車時攤鋪表面的溫度分布非常均勻，隨時間變化溫度均勻、穩(wěn)定，同一時刻沿不同的攤鋪寬度溫度也非常均勻，差異很小，基本消除了溫度離析現(xiàn)象。

3.2 級配離析

通過在瀝青混合料轉(zhuǎn)運車的前、后料斗的左、中、右三點取樣，對其進行抽提和篩分，測定其級配，并與設(shè)計的標準級配進行比較。以了解運料汽車卸下的瀝青混合料的離析情況，以及轉(zhuǎn)運車的再次拌和對瀝青混合料的級配離析的改善情況。

分別在兩臺攤鋪機后的左、中、右三點取樣(攤鋪后、壓實前)，取樣時是用鐵鏟直接挖到該層的層底，即是沿整個厚度取樣。然后進行抽提篩分，評定經(jīng)攤鋪機攤鋪后的瀝青混合料的離析情況。

終壓后采取鋪砂法測定路表的構(gòu)造深度，采用滲透系數(shù)儀測定路面結(jié)構(gòu)的滲透系數(shù)。路表的構(gòu)造深度，可以反映瀝青混合料的粗、細骨料在路表的分布規(guī)律。因此可用于評定路表面的級配離析情況。滲透系數(shù)反映的是水在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部流動的快慢程度，反映路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙性及其連通性。因此，可以反映路面內(nèi)部的級配離析情況。綜合測試情況可得如下結(jié)論。

(1)常規(guī)工藝條件下混合料最大的級配極差為19.88%;構(gòu)造深度平均值為0.869 8 mm，標準差為0.223 8 mm;滲透系數(shù)的標準差為55.81 ml/min。

(2)采用瀝青混合料轉(zhuǎn)運車后，混合料最大的級配極差為6.85%，構(gòu)造深度平均值為0.647 8 mm，標準差為0.057 1 mm，滲透系數(shù)的標準差為3.21 ml/min。與未采用轉(zhuǎn)運車攤鋪的路面結(jié)構(gòu)相比最大的級配極差改善了13.03%，構(gòu)造深度的均勻性提高了3.92倍，滲透系數(shù)的均勻性提高了17.39倍。

4 施工機群智能控制與調(diào)度系統(tǒng)

影響瀝青混凝土路面鋪筑施工質(zhì)量及施工成本的因素除施工工藝外，單機性能及機群協(xié)同性方面也有重要作用。機群智能調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)由“調(diào)度與控制”、“機群定位”、“通信網(wǎng)絡(luò)”、“狀態(tài)監(jiān)測”和“故障診斷與維護”五個功能模塊組成。系統(tǒng)按空間位置布局由六個部分組成:中央控制室(管理與監(jiān)控中心)、移動通信車(距離較遠時)、攤鋪機群(轉(zhuǎn)運車、攤鋪機、壓路機)、攪拌站、自卸卡車車隊、遠程維護中心。

中央控制室:是整個智能化工程機械的中樞，與攪拌站毗鄰，負責對整個系統(tǒng)中的各種機械進行統(tǒng)一管理、監(jiān)控及調(diào)度。根據(jù)單機運行狀態(tài)信息和單機工藝模型，在最優(yōu)調(diào)度軟件支持下產(chǎn)生單機調(diào)度信息，機群內(nèi)各單機運行及施工狀態(tài)均在控制中心大屏幕上顯示。中央控制室與遠程維護中心通過互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)。

攤鋪機群系統(tǒng):主要包括攤鋪機、壓路機和轉(zhuǎn)運車，它們之間的協(xié)作控制是整個智能化機群系統(tǒng)的重點。

物料運輸車隊:以GSM短信息形式與中央控制中心室聯(lián)系，按控制中心指令進行物料運輸與調(diào)配。

通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):由無線局域網(wǎng)、數(shù)傳電臺、GSM和互聯(lián)網(wǎng)組成。攤鋪機群因相互位置鄰近，通過安裝在攤鋪機上的AP網(wǎng)橋形成局域網(wǎng)，局域網(wǎng)與控制中心通過無線數(shù)傳電臺聯(lián)系，當距離較遠時，需加移動通信車。

遠程維護中心:通過互聯(lián)網(wǎng)接收機群控制中心的維護請求及發(fā)出維護指導意見。

機群調(diào)度的優(yōu)化目標決定了機群作業(yè)模式的總價值，取決于各種目標因素的綜合考慮?？紤]問題的復雜性，本系統(tǒng)采用定量與定性相結(jié)合的方式，綜合考慮施工質(zhì)量和施工成本雙重因素。主要考慮路面密實度和平整度，在機群調(diào)度中通過對運輸車輛的調(diào)度保證瀝青混合料的連續(xù)均勻供料，不允許攤鋪機出現(xiàn)停機待料和待攤鋪材料的過多積壓。通過對攤鋪機與壓路機工作狀態(tài)的監(jiān)測與協(xié)調(diào)，以最經(jīng)濟的方式達到路面密實度指標。

6 結(jié)語

(1)在現(xiàn)有瀝青混凝土路面鋪筑工藝模式下，材料的級配離析與溫度離析是制約瀝青路面鋪筑質(zhì)量的不可控因素，在機群系統(tǒng)中增加具有二次攪拌功能的瀝青混合料轉(zhuǎn)運車是一種簡便可行的解決途徑，應(yīng)引起有關(guān)管理部門和行業(yè)協(xié)會的重視。

(2)在高等級路面施工項目中，由于施工機械品種及數(shù)量較多，各種機械的運行狀態(tài)具有一定的隨機性，施工機械的優(yōu)化配置及機器狀態(tài)的動態(tài)調(diào)節(jié)可為挖掘機器潛能提供技術(shù)手段。

(3)利用網(wǎng)絡(luò)、通信、GPS定位等技術(shù)，實現(xiàn)施工機群的智能調(diào)度和施工環(huán)節(jié)的全過程監(jiān)控與管理，使瀝青路面施工進入全新的數(shù)字化作業(yè)模式，將對我國公路建設(shè)和提高工程機械技術(shù)水平產(chǎn)生深遠的影響。

U416.217

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1008－3383(2011)12－0040－01

2011－10－16