向 磊

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司機(jī)械化施工分公司， 四川 雙流 610200）

0 引言

項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古烏拉特中旗的國道331線烏珠爾至北銀根高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目,已被國家列入巴彥淖爾浩特市市區(qū)公共交通"十三五"發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃,獲得了內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和體制改革工作委員會(huì)委托并批準(zhǔn)開工建設(shè)。本文將以此工程項(xiàng)目為背景,依托本地區(qū)瀝青路面施工具體情況,對(duì)沙漠地區(qū)瀝青混凝土路面施工技術(shù)進(jìn)行研究,推及至對(duì)高緯度地區(qū)瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)、混合料拌和、瀝青路面鋪筑、養(yǎng)護(hù)等多方面的施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,有望提高在類似氣候環(huán)境地區(qū)的瀝青混凝土施工水平,提高社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況介紹

（1）區(qū)域人文環(huán)境:國道331線烏珠爾至北銀根(烏拉特中旗段)高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目,已正式列入巴彥淖爾市公共交通"十三五"發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃,由中共內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合改革工作委員會(huì)以內(nèi)發(fā)改基礎(chǔ)字[2017]73號(hào)文件批準(zhǔn)開工建設(shè)[1]。國道331烏拉特中旗段主線全長187.649公里,總投資5.4億元,起點(diǎn)選址位于巴彥淖爾市境內(nèi)烏珠爾,終點(diǎn)選址位于巴音查干,途經(jīng)2個(gè)蘇木鎮(zhèn),4個(gè)民族嘎查村,直接提供輸送服務(wù)，人口達(dá)14萬五千。工程從開工到建成通車歷時(shí)兩年。該項(xiàng)施工目的順利建成,在穩(wěn)邊固疆治邊、促進(jìn)沿邊地區(qū)少數(shù)民族貧困地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,建設(shè)祖國北疆安全和諧穩(wěn)定戰(zhàn)略屏障等各個(gè)方面都已經(jīng)起到了重要推動(dòng)作用。

（2）自然環(huán)境:在地質(zhì)地貌構(gòu)造條件方面,項(xiàng)目規(guī)劃路線基本完全平行于當(dāng)年中蒙邊界國境線,位于黃河中游,為內(nèi)蒙古西部陰山北麓的高山草原區(qū)和微丘丘陵地帶,平均海拔1100米以上。由陰山秦嶺山脈東西走向的二狼山、烏力亞斯太山、查石太山路線分割為南北不同的路線自然景觀,路線結(jié)構(gòu)從東向西主要為草原微丘地貌,地形相對(duì)高差不大,地質(zhì)地貌構(gòu)造較為簡單,土壤覆蓋植被少,局部基巖較為裸露,地表土質(zhì)多屬砂性土[2]。水文條件方面,地表水除了山前較豐富外,其余地區(qū)都很貧乏,以狼山山地丘陵與烏蘭察布高原交接處為分水嶺,以南屬于黃河水系,以北為內(nèi)陸河水系,內(nèi)陸河水系分支眾多,分布于牧區(qū)各地,黃河水系河流則形成了較多山洪溝,穿過黃河,最后進(jìn)入黃河。同時(shí),受地質(zhì)、地層巖性與地形地貌等自然條件的不同影響,地下水結(jié)構(gòu)形成三大類:(1)松散巖類孔隙水;(2)斷屑巖類裂隙孔層間水;(3)基巖裂隙水。其中, 松散巖類孔隙水多廣泛分布在山前、河谷、沙地以及平原丘陵一帶,水量較豐富,埋藏淺；碎屑巖類裂隙孔層間分布在盆地上;后兩者分為貧水區(qū)、中等富水區(qū)，還有少量自流區(qū)。氣候典型特征方面,工程區(qū)屬于大陸干旱氣候區(qū),表現(xiàn)氣候特征為一年四季分明,夏季短促,春季干燥多風(fēng),秋季溫和涼爽,降雨量相對(duì)少,蒸發(fā)量大,冬季漫長,冬春少雨雪,夏季雨量集中,晝夜溫差大[3]。1月極端最低氣溫-39.4℃(1967年);7月極端最高溫度38.7℃。日照總時(shí)數(shù)長3097.6小時(shí),日照百分高達(dá)率73%。無霜期短,蒸發(fā)強(qiáng)烈,降雨少而集中,冰凍深度高達(dá)上百厘米。歷年平均大風(fēng)日數(shù)多,且風(fēng)力較大。

2 瀝青技術(shù)介紹以及當(dāng)前瀝青技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

瀝青是一種具有防水防潮和防腐性能的有機(jī)膠凝材料，分為煤、石油和天然三種瀝青，被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠等工業(yè)以及筑路鋪路等方面，在目前仍然具有不可替代的重要作用，也是沙漠地區(qū)公路建設(shè)的主要材料，因?yàn)槠渚哂卸喾矫娴膹?qiáng)大優(yōu)勢(shì)：首先是施工周期短，施工效率高，通常具備瀝青混凝土、攤鋪機(jī)以及壓路機(jī)三個(gè)關(guān)鍵因素時(shí)便可以進(jìn)行瀝青混凝土的施工，且這些設(shè)備的運(yùn)輸難度都不大，能夠在較短時(shí)間內(nèi)開展作業(yè)，在瀝青混凝土制備完成后可用運(yùn)輸車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，與攤鋪機(jī)和壓路機(jī)配合作業(yè)，且無論是攤鋪機(jī)還是壓路機(jī)，作業(yè)面積都很大，一般在6平方米以上，能以較高效率完成施工任務(wù)。其次是成本較低，經(jīng)濟(jì)效益明顯，瀝青產(chǎn)量大，可加工改性空間大，且固定的瀝青不是瀝青混凝土的唯一原料，此外還有碎屑石、礦粉和砂礫等，這些材料的成本也較低廉，很容易在建筑市場上購買得到，分布也較為廣泛。還有是能夠保證施工質(zhì)量，使行車安全性和舒適度都得到保障，因?yàn)闉r青混凝土強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、抗壓能力高，良好的抗滑性能，還能夠有效地減震吸聲，所以在一般情況下，使用中不易出現(xiàn)坑洼和較大的裂縫，有利于車輛的平穩(wěn)運(yùn)行從而保障車內(nèi)人們的舒適程度[4]。最后是符合環(huán)境保護(hù)的要求，瀝青主要是石油加工的衍生品，冷卻后成固體常態(tài)，在常溫環(huán)境下不會(huì)產(chǎn)生質(zhì)和量的變化，也符合國家的安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空氣以及人體的危害微乎其微，可以放心應(yīng)用到公路工程領(lǐng)域。但同時(shí)也要注意，瀝青混凝土路面受環(huán)境的改變和交通條件的變化顯著，因此需要及時(shí)養(yǎng)護(hù)，在特殊的環(huán)境條件下還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，這也是本研究的基本出發(fā)點(diǎn)[5]。另外，瀝青應(yīng)用歷史悠久，中東在公元前就曾使用瀝青鋪筑路面，甚至古印加也有瀝青路面。瀝青在現(xiàn)代以來在我國也得到了良好的發(fā)展，大致可以歸為三個(gè)階段：從原料的局限性引發(fā)瀝青生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步；到原料的發(fā)展，促進(jìn)瀝青生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)變化；最后是公路交通事業(yè)更新?lián)Q代，推動(dòng)瀝青事業(yè)的發(fā)展。以新中國建立為始，社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)的需要和原材料的匱乏隨著道路建設(shè)材料的更新，推動(dòng)進(jìn)入探索瀝青技術(shù)的階段，至新中國至上世紀(jì)七八十年代，勝利油田孤島原油順利生產(chǎn)道路瀝青，推動(dòng)了瀝青碎石結(jié)構(gòu)、貫入式路面的發(fā)展，基層的石灰土也已考慮摻入碎屑石，瀝青碎石路面得到廣泛推廣，由此進(jìn)入了我國瀝青發(fā)展的第二個(gè)階段；從進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國交通網(wǎng)絡(luò)越來越發(fā)達(dá)，工業(yè)公路建筑覆蓋至西北地區(qū)等其他地區(qū)，這推動(dòng)我國瀝青筑路事業(yè)發(fā)展進(jìn)入到第三個(gè)階段。結(jié)合近年來我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)延伸的廣度和國內(nèi)外對(duì)改性瀝青的不斷研究，我們有必要也有信心深入對(duì)沙漠地區(qū)瀝青筑路技術(shù)的研究，為我國未來的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造更多的可能性。為適應(yīng)新形勢(shì)發(fā)展的需要，瀝青技術(shù)有必要實(shí)現(xiàn)從普遍性向精細(xì)化的發(fā)展，從而適應(yīng)不同地區(qū)應(yīng)用的特殊需要，比如此研究項(xiàng)目的高緯度沙漠極端環(huán)境，就很有利于瀝青混凝土技術(shù)在應(yīng)用方面取得突破性進(jìn)展[6]。

3 當(dāng)前沙漠地區(qū)瀝青路面工程中存在的主要困難

如前文指出的，極端的自然環(huán)境是造成沙漠地區(qū)瀝青路面建設(shè)和養(yǎng)護(hù)困難存在的最大因素，具體困難有以下幾個(gè)：第一，烏拉特中旗沙漠地區(qū)氣候環(huán)境復(fù)雜，夏季日照時(shí)數(shù)長，日照指數(shù)大，另外高緯度地區(qū)紫外線強(qiáng)，空氣稀薄，到冬季則氣溫非常低，部分地區(qū)風(fēng)力強(qiáng)盛，施工環(huán)境惡劣，這對(duì)施工人員的身體素質(zhì)是極大的考驗(yàn)，且多重因素的疊加會(huì)加速建筑材料的風(fēng)化裂解，大大降低道路的使用壽命，這對(duì)瀝青混凝土的混合比設(shè)計(jì)提出了很高的要求；第二，晝夜溫差大的顯著特征使路面散熱較快，在施工過程中要牢牢把握好碾壓工藝，做到混凝土運(yùn)輸與路面鋪設(shè)的協(xié)進(jìn)統(tǒng)一；第三，季節(jié)性溫差變化也較大，這主要考驗(yàn)的則是瀝青混凝土材料的耐久性，對(duì)道路的養(yǎng)護(hù)能力提出了很高的要求[7]。

4 解決措施和方法

自從瀝青混凝土建設(shè)材料誕生以來，受實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展的要求影響，帶動(dòng)了此項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展變化。但普通瀝青混凝土技術(shù)這一基礎(chǔ)和核心內(nèi)容始終未改變，此項(xiàng)研究也是基于普通的瀝青混凝技術(shù)，迎合特殊的高緯度沙漠地區(qū)的需要而進(jìn)行有針對(duì)性的革新改進(jìn)。而改進(jìn)與革新也將著重從瀝青混凝土的配合比以及現(xiàn)場施工技術(shù)進(jìn)行探索。

4.1 涉及到的核心技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

核心技術(shù)首先是瀝青攪拌防塵技術(shù)：通過對(duì)攪拌技術(shù)進(jìn)行改良，設(shè)置除塵裝置，減少瀝青混凝土攪拌設(shè)備在烘干、篩分等工序中產(chǎn)生的煙塵，實(shí)現(xiàn)混凝土在拌和過程中的降塵目的；混凝土混合料溫拌技術(shù)：在攪拌過程中添加特殊活性劑，降低集料和瀝青膜之間內(nèi)摩擦力，提高混凝土性能和表面壓實(shí)效果；瀝青混凝土運(yùn)輸過程溫控技術(shù)：在運(yùn)輸設(shè)備中加裝可拆卸移動(dòng)保溫板，減少混凝土在運(yùn)輸過程中溫度損失問題，提高施工便捷性；攤鋪機(jī)夜間照明技術(shù):制作夜間照明裝置并固定至攤鋪機(jī)熨平板側(cè)面，提高夜晚施工可視性，延長施工期，從而加快施工進(jìn)度[8]。

4.2 優(yōu)化瀝青混凝土配合比

所謂混凝土配合比指的就是混凝土中各種組合材料之間混合時(shí)的比例確定關(guān)系的過程叫做配合比設(shè)計(jì)，不同的混合比將產(chǎn)生不同性能的混凝土，從而影響道路具體性能的改變。第一步是原材料檢驗(yàn)，基本原料為瀝青，所以項(xiàng)目的混合比設(shè)計(jì)先從瀝青開始，一般采用克拉瑪依產(chǎn)A級(jí)90號(hào)道路石油瀝青及其改性瀝青，要檢查每批進(jìn)場到貨的瀝青進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查內(nèi)容包括裝運(yùn)日期、數(shù)量試驗(yàn)報(bào)告等，嚴(yán)格對(duì)其進(jìn)行抽樣檢測(cè)，保證針入度、溶解度、閃點(diǎn)、蠟含量、延度、薄膜烘箱實(shí)驗(yàn)指數(shù)等所有指標(biāo)均符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《重交通道路石油瀝青》，只要有一項(xiàng)不符合，就不進(jìn)行采用；其次是粗集料，粗集料可采用礫石、礦渣以及碎石等，但要注意，因?yàn)樯衬h(huán)境的特殊性，應(yīng)避免使用篩選礫石、礦渣等軟質(zhì)材料，而應(yīng)使用抗沖擊性強(qiáng)且剪影耐磨的礫石或碎石，且磨光值和粘附性要嚴(yán)格按照《瀝青面層粗集料規(guī)格》；細(xì)集料及填料也要求滿足規(guī)定的質(zhì)量要求，細(xì)集料采用石屑，注意清潔度、視密度和堅(jiān)固性的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，填料則采用礦粉，即磨細(xì)石灰石粉。下一步進(jìn)行目標(biāo)配合比的規(guī)范，以路面設(shè)計(jì)確定的混合料類型為依據(jù)，進(jìn)行目標(biāo)礦料級(jí)配的選擇，需要嚴(yán)格注意的是最大粒徑之比和結(jié)構(gòu)層之間的厚度，同時(shí)將瀝青用量控制在最佳。最后是生產(chǎn)配合比的優(yōu)化，通過馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、熱料倉集料篩分試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)等專業(yè)試驗(yàn)確定施工生產(chǎn)配合比，同時(shí)確定最佳瀝青用量。

4.3 規(guī)范施工技術(shù)

面層施工時(shí)不同結(jié)構(gòu)層均通過試驗(yàn)段、優(yōu)化拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、壓實(shí)等施工機(jī)械設(shè)備的組裝和工序銜接，要在此過程中，要積極明確人員崗位職責(zé)，提高機(jī)械操作人員的設(shè)備使用熟練程度。運(yùn)輸過程中，有有效的保溫、防水措施且做到卸料規(guī)范化，有科學(xué)的運(yùn)輸記錄。攤鋪前應(yīng)對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行檢查，保證行程及運(yùn)動(dòng)速度恰當(dāng)，路面熨平板底面良好。進(jìn)行壓實(shí)工藝時(shí)，保證每個(gè)工作面配備壓實(shí)機(jī)械及相應(yīng)功能，保證壓實(shí)方式正確，處理好縱橫向接縫的處理。并對(duì)路面施工質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)驗(yàn)收，進(jìn)行合理的成品檢測(cè)，利用專業(yè)設(shè)備做好高程檢測(cè)并對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行原始記錄，通過質(zhì)檢、技術(shù)、試驗(yàn)、測(cè)量技術(shù)人員的多方配合，共同完成施工成果的驗(yàn)收。

5 結(jié)語

隨著多年的工程技術(shù)發(fā)展和建設(shè)實(shí)踐，極端環(huán)境地區(qū)高效率的交通建設(shè)早已不是水中月，鏡中花，沙漠地區(qū)瀝青路面混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)的攻破將有力帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過此次研究，我們有信心也有恒心繼續(xù)攻克類似沙漠地區(qū)的極端環(huán)境下的瀝青公路建設(shè)所存在的難題，推動(dòng)瀝青技術(shù)應(yīng)用取得突破性進(jìn)展，促進(jìn)沙漠等極端自然環(huán)境區(qū)域的開發(fā)，為我國工業(yè)建設(shè)提供有益的參考價(jià)值，造福于當(dāng)代社會(huì)。