朱玉璽，馮棟梁，傅重陽，樊立志，段久波，謝小峰

（1.中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600；2.公路路面施工省技術(shù)創(chuàng)新中心，山西 晉中 030600；3.中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001）

隨著我國高速公路建設(shè)里程的快速增長，高速公路路面攤鋪施工的數(shù)量也在與日俱增。在高等級路面施工中，目前路面材料大多采用熱拌瀝青混凝土（HMA），其具有使用壽命長、路用性能優(yōu)良、行車安全舒適性高和經(jīng)濟成本合理的突出優(yōu)點。

在熱拌瀝青混凝土生產(chǎn)時，需將瀝青和礦料加熱到較高溫度，加熱過程需要消耗大量能源，還會有大量粉塵及廢氣排出，對周圍環(huán)境和施工人員的身體健康造成極大影響。此外，在熱拌瀝青混凝土攤鋪過程中，由于瀝青是一種黏彈性材料，瀝青混凝土的各種體積參數(shù)及其性能受溫度影響較大，傳統(tǒng)熱拌瀝青混凝土在低溫環(huán)境下存在適應性不足的問題，具體體現(xiàn)在：一是熱拌瀝青混凝土在運輸過程中，若外界溫度過低，混合料運輸車沒有良好的保溫系統(tǒng)，車輛邊緣瀝青混凝土降溫較快，瀝青混凝土易產(chǎn)生溫度離析，導致路面壓實不均勻，直接影響路面使用效果及壽命；二是在瀝青混凝土壓實過程中，若外部環(huán)境溫度過低，攤鋪后瀝青混凝土由于降溫速率較快，沒有足夠的時間供壓實機械將路面壓實，易造成路面空隙率大，引起路面早期病害，降低瀝青混凝土路面使用壽命。

1 工程概況

新疆若羌縣至民豐縣高速公路是加快“疆內(nèi)環(huán)起來、進出疆快起來”目標實現(xiàn)的重要工程，項目位于新疆阿爾金山及昆侖山北麓，塔克拉瑪干沙漠南緣，主要為沖積平原和風積沙漠地貌。路面結(jié)構(gòu)層采用5cm 中粒式瀝青混凝土（AC-16C）+7cm 粗粒式瀝青混凝土（AC-25C）+33（30）cm4.5%水泥穩(wěn)定砂礫+20（15）cm 天然砂礫。下面層與基層間設(shè)道路石油瀝青同步碎石封層，瀝青混凝土路面的瀝青層之間噴灑粘層油。項目正式投入運營，對進一步完善國家高速公路網(wǎng)，打造新疆“一帶一路”核心區(qū)、建設(shè)中巴經(jīng)濟走廊帶、帶動南疆地區(qū)投資及發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

2 寒冷地區(qū)瀝青混凝土路面施工工藝流程

寒冷地區(qū)瀝青混凝土路面施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 寒冷地區(qū)瀝青混凝土路面施工工藝流程圖

3 瀝青混凝土路面施工操作要點

3.1 瀝青混合料配合比設(shè)計

根據(jù)集料的篩分結(jié)果計算分型值D，并對設(shè)計出的混合料試件進行體積指標和性能指標預測，然后采用馬歇爾配合比設(shè)計對結(jié)果進行驗證，其結(jié)果滿足需求，最終確定若民高速且末段USP 溫拌瀝青試驗段下面層AC-25C 施工集料比為：（22～28）mm∶（11～22）mm∶（6～11）mm∶（3～6）mm∶（0～3）mm∶礦 粉=19∶22∶23∶11∶22∶3，油石比為3.9%，USP 溫拌劑摻量為4%。目標配合比礦料篩分結(jié)果及礦料合成級配結(jié)果見表1。

表1 目標配合比礦料篩分結(jié)果及礦料合成級配結(jié)果

3.2 瀝青混合料拌和

USP 溫拌瀝青混凝土AC-25C 采用間歇式拌和設(shè)備集中廠拌，自卸車運輸。按照配合比往瀝青罐添加4%瀝青總量的USP 添加劑，在110～130℃下強制攪拌60～90min，拌合好的瀝青在110～130℃下使用。USP 改性瀝青混合料拌和溫度見表2。

表2 USP改性瀝青混合料的拌和溫度

3.3 瀝青混合料運輸

1）為減少混合料離析，裝料采用分層（3 層）多次“品”字型裝車工藝，同時加蓋篷布對裝料完成車輛進行保溫。

2）根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件，對運輸過程中的溫度變化進行預測，對運輸車輛進行改造，在車輛四周（前、后、左、右和底部）增加保溫板，其中為了提高保溫效果，車輛左右兩側(cè)保溫板進行加厚處理。

3）在瀝青混合料頂部覆蓋加厚棉絮和隔熱防水雨篷，以減少溫度離析，并根據(jù)預測到場溫度，調(diào)整運輸距離和運輸速度，保證混合料的到場溫度滿足需求。

3.4 瀝青混合料攤鋪

1）對攤鋪機平衡梁進行改造，增加非接觸式超聲波探頭，對路面攤鋪厚度進行多點監(jiān)測，通過對比前后數(shù)據(jù)，對攤鋪機油缸進行調(diào)整，實現(xiàn)了攤鋪過程的實施監(jiān)控。同時通過控制厚度及平整度，使縱橫坡度符合設(shè)計要求，保證了瀝青混合料攤鋪質(zhì)量。

2）為防止攤鋪機熨平板卡入粒料將鋪面拉出條痕，在攤鋪作業(yè)前，安排專人對熨平板進行檢查，確保拼接緊密，無縫隙，同時在攤鋪作業(yè)開始1h 前對熨平板進行加熱，使其溫度不低于110℃。

3.5 瀝青混合料碾壓

根據(jù)環(huán)境因素，預測有效壓實時間，并對碾壓工藝進行合理調(diào)整與組織?；旌狭蠑備伜蟾鶕?jù)攤鋪長度進行壓實作業(yè)，壓實的原則為“緊跟、慢壓、高頻、低幅”，從低一側(cè)往高一側(cè)進行碾壓。壓實應分3 個碾壓段進行，即初壓、復壓、終壓。

3.6 接縫處理

下面層橫向接縫采用平接縫，在施工結(jié)束尚未冷卻前完成，施工時用3m 直尺在橫斷面方向5 個平均位置（平整度超過3mm 的部分切去）檢測定出接縫位置，保證平整度和厚度，之后用鎬鑿平，經(jīng)清理、干燥后涂刷粘層瀝青。

3.7 檢測驗收

碾壓完成后，根據(jù)公路工程質(zhì)量檢驗評定標準規(guī)定的檢測頻率和方法，對瀝青面層進行全線自檢，檢測其壓實度、平整度、縱斷面高程、厚度、寬度、橫坡、路表滲水系數(shù)等各項指標，符合規(guī)范要求后進行下一道工序。

3.8 開放交通

待檢測完畢，各項指標合格并待表層溫度冷卻至50℃以下后方能有序開放交通，對于特殊位置，需進行設(shè)置明顯的交通標識。

4 瀝青混凝土路面施工工藝創(chuàng)新成果

1）基于巖石破碎的分形特征，提出了基于礦料分布分形特征的溫拌瀝青混合料設(shè)計方法，得出寒冷地區(qū)溫拌瀝青混合料最優(yōu)配合比，保證了混合料性能，降低了混合料在拌和過程中的能源消耗和碳排放，與熱拌瀝青相比節(jié)約能源50%以上，減碳效果顯著。

2）研究應用了瀝青混合料的施工過程溫度控制技術(shù)及配套運輸裝置，采用熱傳導規(guī)律對新疆寒冷地區(qū)溫拌瀝青混合料運輸和攤鋪過程中的降溫規(guī)律進行研究，有效控制了從運輸?shù)浆F(xiàn)場攤鋪各階段溫拌瀝青混合料溫度，減少了瀝青混合料運輸和攤鋪過程中的溫度離析。

3）研究應用了寒冷地區(qū)溫拌瀝青混合料施工過程有效壓實時間控制技術(shù)，采用ANSYS 對影響瀝青混合料壓實過程中溫度變化因素進行分析，通過灰色關(guān)聯(lián)理論對影響因素的主次進行排序，最后基于模糊數(shù)學得到寒冷地區(qū)溫拌瀝青混合料有效壓實時間（37～40min 之間），保證了瀝青混合料路面壓實度。

4）基于北斗定位、激光引導技術(shù)，提出了冷地區(qū)瀝青路面基層智能化攤鋪壓實技術(shù)，全套設(shè)備搭載了RTK 載波相位差分定位系統(tǒng)，通過接收衛(wèi)星觀測信號和基準站差分數(shù)據(jù)，有效解決了傳統(tǒng)方法在高程放樣中和攤鋪機自動找平攤鋪中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)層厚度不均、平整度起伏較大等問題，減少了人為因素對路面平整度的影響，改善了水泥穩(wěn)定碎石底基層、基層的平整度。

5 結(jié)語

以“低碳化、智能化”為施工理念，針對傳統(tǒng)熱拌瀝青混凝土拌和溫度高，攤鋪及壓實過程中的降溫速率難以控制，傳統(tǒng)攤鋪及壓實過程中缺乏動態(tài)質(zhì)量控制等施工問題，開展了寒冷地區(qū)溫拌瀝青混凝土路面智能化施工技術(shù)研究，形成了基于瀝青混合料礦料分形分布特征的礦料集配方法、瀝青混合料的施工過程溫度控制技術(shù)及配套運輸裝置、寒冷地區(qū)溫拌瀝青混合料施工過程有效壓實時間控制技術(shù)，解決了傳統(tǒng)瀝青混凝土高能耗、高污染及施工方法效率低、質(zhì)量難控制的等問題，提高了瀝青混合料攤鋪及施工效率。該技術(shù)已在新疆若羌縣至民豐縣高速公路路面施工中成功進行應用，各項指標符合規(guī)范要求，最大化減少對周邊生態(tài)環(huán)境造成的影響，具有廣闊的推廣應用前景。