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      行業資訊

      瀝青路面組合式碾壓施工技術與工藝

      發布時間:2018-12-14

      一、引言

      瀝青混合料碾壓是瀝青路面施工的最后一個環節,也是最重要、最關鍵且問題最多的一個施工步驟。當前國內對瀝青混合料碾壓不夠重視,開展的研究較少,至今沒有一套完整、科學的壓實理論和碾壓工藝。由于國外發達國家數十年前已經完成了高速公路的建設,近期沒有對傳統的壓實工藝進行修訂,當時的壓實機械性能、路面設計方法和施工技術水平等諸多方面與現在存在很大的差別,照搬國外當時的壓實方法用于當前中國的路面施工顯然不太科學?!豆窞r青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)(以下簡稱04版《規范》)中對熱拌瀝青混合料壓實的規定也不是非常詳細,需要根據具體情況進行補充和細化。

          常規的瀝青路面碾壓技術存在碾壓時間過長、碾壓遍數不易控制、漏壓嚴重、平整度差、施工質量不均勻等諸多弊端,需要科學的碾壓技術和工藝解決當前瀝青路面碾壓施工存在的突出問題。同時,由于瀝青混合料設計方法的改進,傳統的馬歇爾設計方法已被先進的GTM或旋轉壓實機(Superpave)設計方法逐步取代,瀝青混凝土路面的壓實標準顯著提高,常規的碾壓技術已無法達到現在的施工技術要求。國內多個科研單位的調研發現,許多高速公路的早期破壞與壓實不足有關,需要研究與新的瀝青混合料設計方法配套的碾壓施工技術。


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      二、瀝青路面碾壓施工存在的問題

      壓實不足

      目前在國內高速公路瀝青路面的施工中,壓實不足是一個比較突出的問題,主要原因是片面追求平整度和表面構造深度。這些工程的共同點是,通車以后路面平整度迅速衰減,面層受行車荷載碾壓變形明顯。

      壓實度的控制標準不準確

      高速公路瀝青路面施工中的路面壓實度可以采用實驗室標準密度的97%、最大理論密度的93%、試驗段密度的99%來控制。

       

      高速公路瀝青路面施工中接受了壓實標準較高的GTM瀝青混合料設計方法和Superpave方法,但實驗室密度檢測試件的制作采用了與配合比設計成型試件相同的方法,而這種方法存在下述問題。

       

      (1)如果配合比設計和工地實驗室都采用馬歇爾方法成型試件,壓實度按馬歇爾標準密度控制是有問題的,因為事實證明馬歇爾標準密度偏低。

       

      (2)如果配合比設計采用GTM或Superpave方法成型試件,實際施工中工地實驗室大多沒有這兩種試驗儀器,只能做馬歇爾試驗,就無法滿足“實驗室密度檢測試件的制作采用與配合比設計成型試件相同的方法”的要求。

       

      (3)由于國內面層石料變異很大,工地試驗頻率要求較高,使用GTM或Superpave方法成型試件價格昂貴,施工單位承擔不起。

       

      此外,最大理論密度由測量計算得到,誤差很大;而試驗段密度不可靠,無法判定試驗效果是否達到最佳。

       

      所以高速公路瀝青路面施工中采用的現行壓實度標準無法準確控制現場壓實度。

      碾壓時間過長

      傳統的壓實工藝是鋼輪壓路機與膠輪壓路機單獨碾壓,會造成碾壓時間過長,溫度下降過大,不能保證在高溫下完成復壓。尤其是低溫下施工,溫度下降更快,無法保證施工質量。

      碾壓遍數不易控制

      除主觀原因外,從客觀上講,傳統的碾壓遍數控制起來確實困難,五六臺壓路機在600㎡左右的作業面來回穿梭,管理人員無法數清遍數。

      平整度控制困難

      在高溫下膠輪壓路機碾壓輪跡太重,施工單位因擔心平整度不達標,一般在復壓的后期才使用膠輪壓路機碾壓。但這個時候,膠輪壓路機碾壓仍會留下較深的輪跡,而且路面溫度已經很低,終壓消除輪跡十分困難,最終不能保證足夠的平整度。

      施工質量無法保證

      由于傳統碾壓方式存在低溫碾壓、漏壓、溫度離析嚴重、平整度低、局部壓實度不足等問題,帶來的后果就是路面質量低劣。

       

      三、組合式碾壓技術  

      組合式碾壓技術是先利用膠輪壓路機的揉搓作用使混合料中的集料重新分布,降低摩擦阻力,使混合料處于易壓實狀態;然后實行振壓,使被壓實材料間的摩阻力由初始的靜摩擦狀態逐漸轉變為動摩擦狀態,充分利用振動壓路機正弦交變的壓力將混合料壓實。在膠輪的揉搓和振動壓路機正弦交變壓力的交替作用下,達到最佳的壓實效果。

       

      組合式碾壓充分發揮了膠輪壓路機的揉搓作用和線壓力大的優勢,其工藝原理與GTM和Superpave的成型方式十分接近,室內試驗與室外施工一致性高。

       

      對于不同的瀝青混合料采用不同的壓路機組合,普通瀝青混合料使用膠輪壓路機與雙鋼輪振動壓路機的組合;SMA和OGFC混合料使用普通雙鋼輪振動壓路機與高頻雙鋼輪振動壓路機的組合;超厚路面使用膠輪壓路機、普通雙鋼輪振動壓路機和高頻雙鋼輪振動壓路機的組合;垂直壓力受限的橋面鋪裝使用膠輪壓路機和振蕩壓路機的組合。

      分組碾壓作業時,每組2臺壓路機相距1m左右,以統一的速度同步前進、同步后退。

       

      四、組合式碾壓施工操作要點

      目前國內主要的瀝青混合料有AC,ATB,AM瀝青混合料,以及特殊的SMA,OGFC瀝青混合料,此外,還有超厚路面(瀝青混凝土厚度大于8 cm,瀝青碎石厚度大于10 cm)、垂直壓力受限的橋面鋪裝等路面結構,下面分別介紹其碾壓施工操作要點。

       

      常規的AC, ATB, AM瀝青混合料

      本碾壓工藝適合于8cm以下常規的AC-5、AC-10、AC-13、 AC-16、 AC-20、AC-25、ATB-25、ATB-30、 AM-25、AM-30等瀝青混合料,絕大部分的工程均采用該工藝。

       

      瀝青混合料設計。采用GTM設計瀝青混合料。GTM試驗機(圖3)能最大限度地模擬汽車在公路上行駛時輪胎與路面的相互作用,通過旋轉壓實,使模擬中瀝青混合料的密實度達到汽車輪胎實際作用于路面時所產生的密實度,從而有效解決路面的車轍問題。采用GTM設計,壓實標準可提高2%-3%。

       

      組合式碾壓施工參數選擇。(1)壓路機配置:26~30t膠輪壓路機2臺,11~13t雙鋼輪振動壓路機3臺。本配置適合單向2~3車道公路工程,其他情況下根據路面寬度適當增減。壓路機組合方式為:1臺膠輪壓路機與1臺雙鋼輪振動壓路機組合成1組(圖4),共2組壓路機,膠輪壓路機在前,雙鋼輪振動壓路機在后,進行初壓和復壓;另一臺雙鋼輪振動壓路機單獨進行終壓。初壓和復壓時,每組壓路機各負責半幅碾壓,終壓時1臺雙鋼輪振動壓路機全幅碾壓。初壓和復壓時,2組壓路機分別從橫斷面最左側和中心線位置起壓(圖5)。

       

      (2)雙鋼輪振動壓路機振幅和頻率的選擇。對于不同類型的混合料、不同的攤鋪厚度,雙鋼輪振動壓路機振幅和頻率的選擇應通過試驗確定。一般情況下,前進時高頻低幅,后退時高頻高幅。

       

      (3)疊輪方式。每組壓路機以雙鋼輪振動壓路機為基準,雙鋼輪振動壓路機疊1/2輪;膠輪壓路機跟隨雙鋼輪振動壓路機,約疊2/3輪。

       

      (4)壓實遍數。從起壓點開始,每前進、后退一次為一趟,下一趟雙鋼輪振動壓路機疊上一趟壓實過的1/2輪,直到疊過第2組壓路機的起壓點為止。第1趟和最后一趟由于沒有疊輪需增壓1趟。完成上述碾壓為1遍。

       

      對于一般的瀝青混合料,每組壓路機初壓1遍,復壓4遍(相當于單遍8遍),終壓同常規碾壓,采用膠輪或鋼輪均可以(一般用鋼輪),碾壓1~2遍,以輪跡完全消除為準。

       

      (5)壓實速度。初壓為2~3 ,復壓為3~4,終壓為4~5。

       

      初壓。初壓時,每組膠輪和鋼輪壓路機相距1m左右,同步前進、同步后退,由起壓點開始疊輪逐趟碾壓至終壓點(下一個起壓點)為止。雙鋼輪振動壓路機前進采用靜壓;如果混合料穩定(不推移),后退選擇高頻低幅碾壓,如果混合料不穩定仍用靜壓。

       

      復壓。50m左右為一個碾壓作業段,每組壓路機從起點開始前進,到碾壓段的終止線開始后退。完成一個碾壓段后再開始下一個作業段的碾壓。

       

      按照設定的振幅和頻率,復壓第1遍從終壓點(第2個起壓點)開始,疊輪逐趟碾壓至起壓點為止,觸遍從起壓點向終壓點碾壓,依次循環碾壓,直至達到規定的遍數。一般每組壓路機碾壓4遍,2壓路機共碾壓8遍。

       

      終壓。用單獨的雙鋼輪振動壓路機終壓,以消除輪跡為目的,一般1~2遍即可。

      SMA、OGFC混合料

      本碾壓工藝適合于SMA和OGFC混合料。由于使用輪胎壓路機會造成瀝青膠漿上浮,導致SMA混合料級配產生變異,OGFC棍合料空隙被堵塞,路面無法排水。所以SMA和OGFC瀝青混合料一般不使用輪胎壓路機。

       

      SMA和OGFC混合料的設計、壓路機組合分工、起壓點、壓實速度以及壓路機振幅與頻率的選擇都與常規的AG、ATB、AM瀝青棍合料相同。不同之處在于以下幾方面。

       

      (1)壓路機配置:11~13t普通雙鋼輪振動壓路機3臺,11~13 t高頻雙鋼輪振動壓路機2臺。本配置適合單向2~3車道公路工程,其他情祝根據路面寬度適當增減。1臺普通雙鋼輪振動壓路機與1臺高頻雙鋼輪振動壓路機組合成1組(圖6),共2組壓路機,高頻雙鋼輪振動壓路機在前,普通雙鋼輪振動壓路機在后,進行初壓和復壓。另一臺普通雙鋼輪振動壓路機單獨進行終壓。

       

      (2)每組壓路機以第1臺雙鋼輪振動壓路機為基準,第1臺雙鋼輪振動壓路機疊1/2輪,第2臺雙鋼輪振動壓路機隨第1臺。

       

      初壓時,2臺雙鋼輪振動壓路機前進采用靜壓;如果混合料穩定(不推移),2臺雙鋼輪振動壓路機后退均選擇高頻低幅碾壓,如果混合料不穩定仍用靜壓。

       

      復壓時,一般清況下,每組第1遍碾壓時,普通雙鋼輪振動壓路機宜使用高頻低幅;第2~3遍碾壓時,普通雙鋼輪振動壓路機宜使用低頻高幅;第4遍碾壓時,普通雙鋼輪振動壓路機宜使用高頻低幅。高頻雙鋼輪振動壓路機一直使用高頻低幅。

       

      終壓使用雙鋼輪振動壓路機,以輪跡完全消除為準,碾壓1~2遍。

      超厚路面

      超厚路面是指AC瀝青混合料碾壓后路面厚度大于8cm或ATB、AM瀝青混合料碾壓后路面厚度大于10cm的路面。由于超載車輛對路面破壞嚴重,高速公路不斷提高瀝青路面厚度,10 cm左右或大于10 cm的ATB、 AM瀝青棍合料經常被采用。

       

      超厚路面與常規的AC、ATB、AM瀝青混合料碾壓施工的不同之處在于以下幾方面。

       

      (1)壓路機配置:30t膠輪壓路機2臺,13~15t普通雙鋼輪振動壓路機2臺,13~15t高頻雙鋼輪振動壓路機2臺,11~12 t普通雙鋼輪振動壓路機1臺。本配置適合單向2~3車道公路工程,其他情況根據路面寬度適當增減。1臺膠輪壓路機、1臺普通雙鋼輪振動壓路機和1臺高頻雙鋼輪振動壓路機組合成1組,共2組壓路機。膠輪壓路機在前,高頻雙鋼輪振動壓路機居中,普通雙鋼輪振動壓路機在后,進行初壓和復壓。另一臺小噸位普通雙鋼輪振動壓路機單獨進行終壓。

       

      (2)每組壓路機以雙鋼輪振動壓路機為基準,雙鋼輪振動壓路機疊1/2輪;膠輪壓路機隨雙鋼輪振動壓路機,約疊2/3輪。

       

      (3)對于厚度為10~12 cm的瀝青混合料,每組壓路機初壓1遍,復壓3遍(相當于單遍9遍),終壓同常規碾壓。

       

      (4)初壓時,每組的3臺壓路機相距1m左右,同步前進、同步后退,由起壓點開始疊輪逐趟碾壓至終壓點(下一個起壓點)為止。2臺雙鋼輪振動壓路機前進時用靜壓,后退時根據實際清況選擇高頻低幅碾壓或仍用靜壓。

       

      (5)復壓時,50 m左右為一個碾壓作業段,每組3臺壓路機從起點開始前進,到碾壓段的終止線開始后退。完成一個碾壓段后再開始下一個作業段的碾壓。

       

       一般情況下,每組第1遍碾壓時,普通雙鋼輪振動壓路機宜使用高頻低幅;第2~3遍碾壓時,普通雙鋼輪振動壓路機宜使用低頻高幅。高頻雙鋼輪振動壓路機一直使用高頻低幅。

      垂直壓力受限的橋面鋪裝

      現在高速公路的施工工期一般都比較緊張,往往多道工序同時進行。如斜拉橋或懸索橋橋面鋪裝施工時,懸索或斜拉索、錨具、減震裝置、索夾、吊索等可能要進行調整、調試,這時要限制振動壓路機的垂直壓力,往往不能開振動,但這樣會影響壓實質量。為了保證碾壓質量,對于一般的AC瀝青混合料橋面鋪裝層,可以將膠輪壓路機與振蕩壓路機組合,發揮膠輪壓路機線壓力大和振蕩壓路機不產生垂直力的優勢,垂直方向僅有自重,碾壓時不產生垂直振動力。

       

      垂直壓力受限的SMA混合料橋面鋪裝層單獨使用振蕩壓路機碾壓。

       

      垂直壓力受限的橋面鋪裝碾壓與常規AC、ATB、 AM瀝青路面的不同之處如下。

       

      (1)配置26~30t膠輪壓路機2臺,12~13t振蕩壓路機2臺(圖7),11~12t雙鋼輪振動壓路機1臺。本配置適合單向2~3車道公路工程,其他情況根據路面寬度適當增減。

       

      (2)1臺膠輪壓路機和1臺振蕩壓路機組合成1組,共2組壓路機。膠輪壓路機在前,振蕩壓路機在后,進行初壓和復壓。另一臺雙鋼輪振動壓路機進行終壓。

       

      (3)每組壓路機以振蕩壓路機為基準,振蕩壓路機疊1/2輪;膠輪壓路機隨振蕩壓路機,約疊2/3輪。

       

      (4)初壓時,振蕩壓路機前進采用靜壓;如果混合料穩定(不推移),振蕩壓路機后退可選擇低頻碾壓,如果混合料不穩定仍用靜壓。

       

      (5)一般情況下,復壓第1遍碾壓時,振蕩壓路機宜使用低頻;第2~3遍碾壓時,振蕩壓路機宜使用高頻;第4遍碾壓時,振蕩壓路機宜使用低頻。


      五、結語

      組合式碾壓技術已在國內20多個省份推廣應用,建設部行業標準《城市道路彩色瀝青混凝土路面技術規程》和河南省地方標準《熱拌瀝青混合料碾壓施工技術規范》均采用了組合式碾壓技術。

       

      該技術能夠保證路面的壓實度及平整度,宜在全國范圍大面積推廣。


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