浅谈改性沥青及SMA路面平整度的控制

                        (包头市公路工程路通监理咨询有限责任公司，内蒙古  包头 014040)
摘 要：文章对改性沥青及SMA路面平整度的控制作了简介，并对施工路面全线平整度进行了分析和评价。
关键词：改性沥青；SMA路面；平整度；碾压
中图分类号：U416.217  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)01—0116—03
      平整度是衡量高级路面质量好坏的重要指标。路面不平顺，会增大行车阻力，并使车辆产生附加振动，直接影响行车的安全性、舒适性，同时会加剧汽车零部件及轮胎的损坏，并增大油料的消耗；附加振动以及不平整的路面所滞积的雨水，也将加速路面的破坏。随着社会的发展需要，高等级公路建设幅度的扩大，人们对路面行车的安全性、舒适性以及路面的耐久性都提出了更高的要求，交通部在修订《公路工程质量检验评定标准》（JTJ 071－98）中也相应对路面平整度指标进行修订，采用了更高更严格的指标。下面结合国道110改旧工程（呼集段）一期工程的施工、监理，谈谈如何对改性沥青及SMA路面的平整度进行控制。 该工程东连集宁互通立交，西接呼和浩特绕城公路，是进出北京主要通道，全长114.086km，按二级公路标准设计，双向二车道，路面宽为9.68m。本路段交通量大、重载多，特别是集宁区地处是北方干旱多风带，夏季炎热，冬季寒冷，为防止沥青砼路面在重载作用下产生车辙、推拥和波浪等病害，充分利用SMA具有较好的高温稳定性和低温抗裂性，能保持较好抗滑能力和平整度、减少噪音、提高路面能见度等优点，本工程采用改性沥青及SMA结构取代中粒式沥青砼抗滑表层。
1 影响改性沥青及SMA路面平整度的因素分析 
      改性沥青是指掺加改性剂或采取对沥青轻度氧化等加工措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改变而制成的沥青结合料；SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青马蹄脂，填充间断级配的粗集料骨架间隙而形成的眼挤型密实结构混合料。改性沥青及SMA路面是一种新型的路面结构，具有如下特性：①造价高，对路基与路面的施工质量要求较高。②改性剂必须完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能。③改性沥青及SMA混合料具有粗集料多，矿粉多，改性沥青结合料多，细集料少，掺纤维稳定剂，材料要求高的特点，特别是对粗集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性的要求很高。④只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不产生推拥，这是SMA的一个重要特征。⑤改性沥青及SMA混合料制冷后非常坚硬，强度高。改性沥青及SMA的特性决定了其施工与普通沥青砼相比具有特殊性，故应加强施工中每一环节的检测控制与管理，从其特性入手，对其特殊的施工工艺进行分析，影响路面平整的主要因素有： 
1.1 路基与下承层的施工质量
      路基填筑不均匀或路基、下承层结构密实度和强度不足，整体稳定性差，易产生不均匀沉降，路面平整度差；对于下承层的平整度以及高程误差，都会通过结构层自下而上层层积累，影响到改性沥青及SMA路面的平整度。 
1.2 原材料及混合料的质量
      只有保证原材料和混合料的质量，才能保证改性沥青及SMA
面层的完整性和强度，路面平整度才有保障。
1.3 施工工艺及机械配置
      本工程采用改性剂SBS，改性沥青制作采用高温剪切与胶体磨的特殊加工方法，拌和时间长，生产率降低，混合料黏度大，施工温度要求高，混合料冷却结硬后强度高，要保证其密实度和平整度以及充分发挥SMA粗集料的嵌挤作用，只有通过采用合理的施工工艺及机械配置才能实现。 
1.4 施工人员的素质与责任心
      只有通过施工人员对施工中每一环节加强检测控制与管理力度，充分调动其主观能动性，才能发挥先进的施工工艺、合理的机械配置和先进的机械设备这一组合的最佳效果。 
2 改性沥青及SMA路面平整度的控制措施 
      从影响平整度的主要因素出发，从路基与路面下承层的施工质量，原材料及混合料的质量，施工工艺和机械配置以及施工人员素质等方面采取相应的控制措施，重点应抓施工工艺和机械配置方面。 
2.1 加强路基与路面下承层的施工质量控制 
      对于路基，应从确保路基填土的均匀性以及路基结构整体的密实度和强度；采取合适的桥涵、台背回填与软基处理方案并减少其过渡段的工后沉降差；采取相关措施，减少水对路基产生的病害，确保路基稳定。
      改性沥青及SMA造价较高，一般只使用于上面层结构，若在下承层施工中不重视平整度及高程误差控制，想通过5cm厚面层的施工来对下承层的不足进行弥补，并取得好的平整度是不可能的。本工程车道全幅宽9.68m，在下承层施工中，均采用ABG摊铺机全幅式摊铺，保证摊铺混合料性能的稳定性和控制摊铺速度的均匀性，并采用不同的找平方式，对不同下承层的摊铺进行控制，使下承层的平整度控制在较好的水平上。 
2.2 原材料及混合料质量的控制 
      每一批进场的原材料都应按相关规范和标准进行试验，并加强施工中试验自检和抽检力度，保证后材料质量的稳定。改性沥青及SMA混合料质量直接影响到沥青面层的施工质量和使用品质，一旦出现不合格的花料、焦料、过油料铺筑到路面上都应立即彻底铲除重铺，经人工修补后的路面是不可能有良好的平整度。混合料生产要严格把关，不合格混合料严禁使用。
      通过抽提试验和马歇尔试验对矿料级配、沥青用量、混合料的密度和孔隙率等指标进行调控，同时检测其稳定度和流值；通过温度检测，对改性沥青及SMA生产的四大温度（沥青加热温度160～165℃，改性沥青制作温度165～170℃，改性沥青最高加工温度175℃，集料加热温度190～200℃进行控制，做到不合格材料严禁进场，确保混合料的质量）。 
2.3 加强施工工艺和机械配置的控制 
      先进成熟的施工工艺、先进的机械设备和合理的机械配置，是保证改性沥青及SMA路面平整的关键。
2.3.1 摊铺 
      本工程采用ABG摊铺机全幅一次性摊铺，应做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，禁止随意变换速度或中途停顿。 
2.3.1.1 运料车与摊铺机恰到好处地配合是保证平整度的一个重要方面，必须防止料车撞击摊铺机或将料洒到下承层上。运料车应在摊销机前10～20m处停住并挂空挡，卸料过程中由摊铺机推动汽车同步前进，卸料完毕后，即驶离摊铺机。由于改性沥青及SMA生产时拌和机生产率降低，为保证其匀速、不间断地连续摊铺，摊铺速度一般不超过3m／min～4m／min，甚至可放慢到lm／min～2m／min，这就要求机手应具有较高的操作水平，以保证摊铺机匀速、连续工作，既能保证压实度又提高平整度。 
2.3.1.2 ABG摊铺机两侧各安装了一台浮动基准梁找平装置。该装置总长16.7m，前端有2×12个可上下自由伸缩的“雪橇”板也称“滑靴”，在下层表面拖动滑行，构成下层基准面。装置后端有2×8对可上下伸缩的钢轮，行驶在摊铺后的混合料表面，构成摊铺后的上基准面。摊铺机的自动找平装置是根据两个基准面的高差控制摊铺厚度。由于雪橇板和钢轮都能自由伸缩，可以消除局部不平整对控制厚度的影响。 
      由于较长的滑靴式浮动基准梁对提高改性沥青及SMA路面的平整度非常有利，故在本工程部分路段中，对浮动基准梁进一步改装，浮动梁全长33.4m，后端采用2×12个钢轮来代替2×8对橡胶轮，使平整度可达到0.8mm以内。 
2.3.1.3 摊铺机刮料输送器通过闸门后供料和螺旋摊铺器向两侧布料，两者的工作速度要相匹配。在发生暂时性断料时，摊销机应保持继续运转，停止振捣，并接通熨平板加热器，保证改性沥青及SMA的摊铺与碾压符合高温条件要求，这是控制平整度的又一关键所在。 
2.3.1.4 提高摊铺过程中的预压密实度。改性沥青及SMA混合料在高温状态下主要靠粗集料的嵌挤作用，可适当提高夯锤的振捣频率，在摊铺机夯锤振捣与熨平板的共同作用下，一般可达到85％以上的预压效果。这样，剩余的压实系数极小，所以初压的痕迹也极小，进而保证了路面的最终平整度。 
2.3.2 碾压
      改性沥青及SMA路面最好采用刚性碾碾压，并在碾压过程中严格控制好碾压温度。本工程采用INGERSOLLRAND(英格索兰)振动压路机，其振动力大、幅度宽，初压（温度不低于150℃）、复压（温度不低于130℃）和终压（温度不低于120℃）都采用此种压路机，碾压3～4遍，一气呵成。按照以下原则碾压，充分解决了密安度与平整度的矛盾。
2.3.2.1 按照“紧跟、慢压、高频、低幅”碾压八字方针进行碾压，这是与一般沥青混合料碾压方式最大的区别。压路机必须紧跟在摊铺机后面，只有在高温条件下碾压才能取得最好效果，碾压终了温度应不低于120℃；慢压是针对目前碾压速度普遍过快的现象来说，一般要求的碾压速度不能超出4km/h～5km／h；高频和低幅方式对提高SMA的压实度，防止石料损伤，保持石料有良好的棱角性和嵌挤作用具有重要的意义，大振幅很容易造成碾压过度，使石料压碎或者马蹄脂上浮，产生“过碾压弹簧”现象。所以碾压八字方针也是保证改性沥青及SMA路面平整的重要环节。 
2.3.2.2 碾压应均衡地进行，倒退时关闭振动，方向要渐渐地改变，不许拧着弯行走，一般可采用欧式碾压，对每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压；消除碾压接头轮迹。 
2.3.2.3 压路机不允许在新铺混合料上转向、调头、左右移动位置、突然刹车或停机休息；其他机械化不能在未冷却结硬的路面上停留。原则上所有机械，尤其是压路机从开始碾压进入角色后便不能停机，直至该段路面施工结束，否则容易产生局部波浪。
2.3.2.4 碾压应纵向进行，并由摊铺路幅的低边向高边低速行进碾压，相邻碾压重叠至少50cm：初压时始终让从动轮在后，避免由于温度高轮前易留下波浪，影响平整度；终压用光轮压路机以消除轮迹。本工程采用双驱双振INGERSOLLRAND(英格索兰)压路机，既可保证碾压后不存在波浪，又能消除轮迹。
2.3.2.5 在桥梁、涵洞和通道等构造物的接头处摊铺机和压路机难以正常操作的部位，要辅以小型机械或人工操作快速进行，保证其施工温度。
2.3.3 接缝处理 
      接缝是影响平整度的一个重要因素。应尽量减少接缝，特别是纵向接缝，本工程采用ABG摊铺机全幅施工，不存在纵向接缝，所以应保持匀速、不间断连续摊铺以减少横向接缝，尽量做到一天只有一个接缝。改性沥青及SMA路面横向接缝的处理，对平整度影响很大。接缝跳车现象仍然是改性沥青及SMA路面的薄弱环节。 
      改性沥青及SMA路面接缝处理要比普通沥青混合料难一些，由于冷却后的SMA混合料非常坚硬，应想方设法防止出现冷接缝处理。为提高平整度，一般采用切割成垂直面的方法，可在改性沥青及SMA路面完工后，稍停一停，在其尚未冷却之前，就切割好。具体做法为：将3m直尺沿路线纵向靠在已施工段的端部，伸出端部的直尺呈悬臂状；以已施工路面与直尺脱离点定出接缝位置，用锯缝机割齐后铲除废料，并用水将接缝处冲洗干净；在下一次施工搭机前，涂刷粘层油，即可接下去铺筑混合料。 
2.3.4 机械配置 
      科学合理的机械配置和先进的机械设备，是路面施工连续作业与提高平整度的重要保证。本工程所采用的沥青及SMA拌和设备为德国PARIG／M2000型拌和设备，在施工过程中，其对所有的参数控制都采用电脑自动化控制，保证了混合料生产的连续性和混合料质量的稳定性；改性沥青生产设备为北京国创LG－8型炼磨式改性沥青生产设备，改性沥青在拌和厂现场加工制作，经显微镜观察其改性剂分散非常均匀，一般＜5u；摊销机为进口的具有高精度自动找平的全幅式ABG摊铺机；压路机采用进口的INGERSollRAND(英格索兰)双驱双振压路机。
       所需的总运力（载重量×车量数）应根据拌和机实际作业时的拌和能力结合拌和厂至施工现场的运距来确定；由于改性沥青及SMA施工温度要求较高，其混合料在运输过程中必须加盖篷布，防止结合料表面结硬，且必须保证摊铺机前应有3辆车等待卸料，宜采用12T以上的运料车供料，做到：“宁可运料车等候摊铺，也不能摊铺机等候运料车”。 
2.4 提高施工人员素质和责任心 
      外因是变化的条件，内因是变化的依据。任何科学的工艺和先进的设备都离不开这个主观因素。在改性沥青及SMA路面施工中，人为因素特别是施工人员素质和责任心对路面质量的影响也是至关重要的。现场技术员、质检员、现场监理员要切实发挥出应有的作用，施工人员应具有高度的责任感，保证按施工规范施工，对混合料的拌和、运输、摊铺、碾压以及接缝处理等一系列环节，层层把关，并成立质量管理小组，加强各施工人员及机械操作手的质量意识，并贯穿于整个施工过程。 
3 改性沥青及SMA路面平整度检测结果 
      工程完工后进行检测，路面平整度指标采用西安公路研究所研制的XLPY－F型连续式平整度仪进行检测，每100m打印出一个实测结果一均方差（Q），检测结果均小于交通部规定的平整度代表值1.2mm的要求，合格率达到100％平整度理想指标。
4 结语 
      综上所述，要提高改性沥青及SMA路面的平整度，应确保路基的施工质量、并从下承层的平整度控制、原材料及混合料的质量控制、施工工艺和机械配置以及施工人员素质入手，重点抓好摊铺、碾压接缝处理三方面的施工质量，尽可能采用先进的机械设备和合理的配置，充分发挥施工人员的主动性积极性。 
      为提高路面平整度，还应追踪世界先进技术，学习和借鉴外国一系列先进的施工方法和施工工艺，如借鉴美国与欧洲一些国家所使用的与摊铺机同步前进的布料机从侧边进行布料，减少对摊铺机干扰的方法，来保证摊铺机匀速、连续工作，既能保证改性沥青及SMA路面的压实度又能提高平整度。
      路面平整度要达到行车舒适这一要求，要从路基施工准备阶段就开始重视，所有参加公路建设工程的施工单位，都有义不容辞的责任，都必须强化施工管理，完善施工工艺和施工方法，提高施工质量，才能从源头上、根本上解决问题。

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