（机械制造及其自动化专业论文）宽幅大厚度摊铺施工工艺研究及机群优化配置.pdf

摘要 摘要 高等级沥青混凝土路面机械化施工，不仅需要科学的组织和管理，而且还 需要先进的机械设备和施工工艺，只有运用先进的机械设备，才具备获得最佳 的路面质量和经济效益的最基本的技术保障。本论文依托课题“大厚度、大宽 幅抗离析摊铺应用技术研究 ，在对现行的施工工艺进行分析研究的基础上， 提出了一种新的施工工艺模式宽幅大厚度摊铺施工新工艺，通过对高等级公路 的宽幅大厚度基层及宽幅面层机械化施工工艺模型、机群优化配置和质量控制 的研究，对新工艺的机群的单机运行规律、大厚度压实机理进行分析和实验验 证，以期提高沥青混凝土路面施工质量和获取最佳综合效益。 关键词沥青混凝土路面；宽幅；大厚度：抗离析；施工机群 北京工业大学工程硕十学位论文 a b s t r a c t t h em e c h a n i c a lc o n s t r u c t i o no ft h eh i 曲g r a d ea s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n tn e e d sn o t o n l y s c i e n t i f i c o r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n t ，b u ta l s o a d v a n c e dm e c h a n i c a l e q u i p m e n t sa n dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y t h eb e s tp a v e m e n tq u a l i t ya n de c o n o m i c p e r f o r m a n c ea r eo b t a i n e db yt h ea p p l i c a t i o no fa d v a n c e dm e c h a n i c a le q u i p m e n t s t h e s eh a v ep r o v i d e dab a s i ct e c h n i c a ls u p p o r t d e p e n d i n gu p o nt h ep r o j e c to f a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y r e s e a r c ho n w i d e - r a n g e a n d h e a v y t h i c k n e s s a n t i s e p a r a t i o np a v i n g ，an e wc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y m o d e lk w i d e r a n g ea n d h e a v yt h i c k n e s sp a v i n gt e c h n o l o g yi sp u tf o r w a r dt h r o u g ht h ea n a l y s i sa n dr e s e a r c h o nt h ec u r r e n tc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y i no r d e rt oi m p r o v et h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yo f a s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n ta n da c h i e v et h eb e s ti n t e g r a t e de f f i c i e n c y , t h ew i d e r a n g e a n dh e a v yt h i c k n e s sm e c h a n i c a lc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ym o d e l ，t h eo p t i m i z a t i o no f m a c h i n e r yg r o u pa n dq u a l i t yc o n t r o la r es t u d i e df i r s t l y ；t h e nt h eo p e r a t i o n a ll a wa n d h e a v yt h i c k n e s sc o m p a c t i o np r i n c i p l eo fg r o u ps i n g l em a c h i n ea r ea n a l y z e da n d c e r t i f i e da c c o r d i n gt ot h en e w t e c h n o l o g y k e y w o r d s ：a s p h a l t c o n c r e t e p a v e m e n t ；w i d e r a n g e ；h e a v yt h i c k n e s s ； a n t i s e p a r a t i o n ；c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yg r o u p i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名，查里丝日期：! z ! 圣：! 三 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：龙卫纽 导师签名：盈熟华 日期：垒2 12 至：笸 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 沥青路面的出现可以追溯到公元前6 0 0 年，也就是二千五百多年前，古巴比 伦首都建成世界上第一条沥青路面道路。但是由于种种原因，直到1 8 5 2 年，人 们才在法国的巴黎至柏庇兰之间，修建成第二条沥青路面的公路。1 9 2 0 年以后， 在西方发达国家开始出现的专门为汽车交通服务的基础设施。高速公路在运输能 力、速度和安全性方面具有突出优势，对实现国土均衡开发、缩小地区差别、建 立统一的市场经济体系、提高现代物流效率具有重要作用。目前全世界已有8 0 多个国家和地区拥有高速公路，通车里程超过了2 3 万公里。高速公路不仅是 交通运输现代化的重要标志，也是一个国家现代化的重要标志。 到2 0 0 5 年底，我国高速公路通车里程超过3 4 万公里，继续保持世界第二 位。除西藏外，各省、自治区和直辖市都已拥有高速公路，有1 6 个省区的高速 公路通车里程超过1 0 0 0 公里。长江三角洲、珠江三角洲、环渤海等经济发达地 区的高速公路网络正在加快形成。从1 9 8 8 年上海至嘉定高速公路建成通车至今 1 7 年间，在“五纵七横”国道主干线系统规划的指导下，我国高速公路从无到 有，总体上实现了持续、快速和有序的发展，特别是1 9 9 8 年以来，国家实施积 极财政政策，加大了包括公路在内的基础设施建设投资力度，高速公路建设i 茳入 了快速发展期，年均通车里程超过4 0 0 0 公里【2 】。高速公路的快速发展，极大提 高了我国公路网的整体技术水平，优化了交通运输结构，对缓解交通运输的“瓶 颈”制约发挥了重要作用，有力地促进了我国经济发展和社会进步。 在国民经济建设中，高速公路建设扮演了一个重要角色。按照国家“十一 五 规划，2 0 1 0 年中国公路总里程将达到2 1 0 万 - 2 3 0 万k m ，全面建成“五纵 七横”国道主干线，目前人口在2 0 万以上的城市高速公路连接率将达到9 0 ， 高速公路通车里程达到5 万k m 【3 】。并且逐步形成“首都连接省会、省会彼此相 通、连接主要地市、覆盖重要县市”的新高速公路网络。实现这个规划将全面提 高中国整体快速交通通达能力，为拓展中国国际竞争力和发展空间奠定重要的基 础。 据统计我国已建或在建的高速公路路面9 0 以上采用沥青混合料路面。其原 因是由于它具有下列诸多固有的良好性能： ( 1 ) 足够的力学强度，因而沥青路面能很好地承受车辆荷载施加到路面上的 各种作用力； ( 2 ) 定的弹性和塑性变形能力，因而能承受应变而不破坏； ( 3 ) 与汽车轮胎的附着力较好可保证行车安全； 北京工业大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 有高度的减振性，可使汽车快速行驶，平稳而低噪声： ( 5 ) 不扬尘，且容易清扫和冲洗： ( 6 ) 维修工作比较简单，且沥青路面可再生利用。 当前，中国已进入全面建设小康社会的新时期，并将逐步实现现代化，经济 社会发展对中国高速公路发展提出了新的更高要求，从国家发展战略和全局考 虑，有必要使中国高速公路建设更加快速、持续、健康地发展。 但是在沥青路面的施工过程中，由于各种各样的原因还会导致许多不好的结 果，使沥青路面产生像裂缝、车辙、坑槽松散、水破坏、泛油、沉陷及桥头涵顶 跳车、表面功能衰减等一些早期路面破坏现象，在很大程度上影响了沥青路面的 使用寿命和效果。这些问题解决不好，不仅影响沥青路面的施工质量和工程成本， 而且会给后期沥青路面的使用和维护带来极高的代价，造成大量资金的浪费。鉴 于此，科学探讨路面施工过程中改善摊铺离析的方法与措施，进一步完善摊铺、 碾压等施工工艺，对提高路面质量，减少路面的早期损坏有着重要的现实意义。 为此许多单位和部门对高等级沥青混凝土路面的施工工艺、设备和监控等领 域进行了研究和探讨，但效果不是很理想，和国外同行业还存在较大的差距。在 这些问题上j 国家特意在“8 6 3 计划先进制造技术中提出了“智能化工程 机械”课题，取得了许多重大进展；总体来讲智能化施工是发展趋势，但有待进 一步实施，才能转化为现实的生产模式，提升公路建设施工水平。现阶段的工作 是大多基于现行工艺、设备进行优化，以此来改善施工质量，减少高速公路使用 成本。本课题以长沙理工大学、景婺黄( 常) 高速公路建设项目办和陕西中大机 械集团公司共同承担的江西省交通厅科研课题“大厚度、大宽幅抗离析摊铺应用 技术研究”为依托，旨在解决这些问题：该课题在基于对传统施工设备改进设计 的基础之上，提出了高速公路建设新的施工模式。 1 2 路面摊铺施工技术研究现状 由于高等级沥青混凝土路面的许多优点和施工工艺的技术含量比较高，吸引 了不少单位和学者进行研究。 1 9 5 7 年，美国加利福尼亚公路管理局对具有代表性的4 5 项道路工程的机械 化施工做出工序曲线，就施工的时间与生产量的关系进行调查研究，在美国运输 交通技术协会年会的道路会议上，首次提出了香蕉曲线理论，来对施工进度进行 控制【4 】。国外从6 0 年代就开始运用排队论研究挖掘机一汽车系统的生产率，8 0 年代仍有对最低费用和最佳汽车斗容量的研究。日本学者佐用泰司在6 0 - - - 7 0 年 代对机械化施工的合理化进行了系统研究，他重点研究机械化施工的工程量与施 工效率、机械的经济选型与合理组合、工程速度的经济型与工程管理的合理化及 机械化施工的合理化等一系列问题，并提出了自己的研究结论性意见，成为后来 众多学者研究机械化施工的理论基础【5 】。1 9 8 7 年美国设立了著名的战略公路研究 2 第1 章绪论 项目( s h r p ) 计划，对沥青混凝土路面中的沥青材料特性、新型沥青混和料、沥 青路面施工工艺和设备进行研究，并取得一系列研究成果【6 儿7 1 。在施工技术方面 美国推出的不间断摊铺和二次复拌新工艺在解决沥青混合料在施工中的材料离 析和温度离析问题上取得了突破性的进展，并开发了热沥青混合料的转运车和与 摊铺机配套多重二次复拌装置j 。同时美国联邦公路管理局( f h w a ) 也对沥青 路面的设计、施工和早期破坏进行了研究，提出了许多有用的建议和管理办法， 并联合其他国家对筑路机械计算机集成控制系统进行了研究，其中一个重要的成 果就是运用g p s 系统和局域网解决了公路设计c a d 数据传输到沥青混凝土路面施 工机群中的问题【1 0 】。近年来国外许多学者如美国s t e v er e a d 、h e r b3 a k o b 和部 门如美国国家沥青混凝土技术中心还对沥青混合料施工中存在的骨料离析和温 度离析进行了研究，发现这两方面的问题在很大程度上影响着沥青路面建成后的 使用寿命和维修成本【l i j 【眩j 。 国内很多学者和部门也对沥青路面的原材料、设计、施工和设备进行了研究。 西安公路交通大学的王国安教授采用随机服务系统及优化理论，对水泥混凝土路 面机械化施工中的配置进行了研究【l 引，对沥青路面的施工也有一定的借鉴意义。 重庆交通学院的郭小宏教授在9 0 年代初从概率论和数理统计的角度出发，运用 网络计划技术对成渝高速公路的施工机械优化配置进行了研刭1 4 j 。西安公路交通 大学的郑忠敏和杨秦森教授利用循环作业网络c y c l o n e 模型分析技术对沥青路 面机械化施工机械进行了仿真研究，可以对施工机械的机型、数量以及作业参数 做出选择，并且可以预测出施工的最短工期和最低施工费用【l 那。此外近年来沙庆 林院士对沥青路面早期破坏现象和原因进行了研究，指出了路面施工中存在的一 些问题和改进的办法6 j ；同时沈金安研究员也对沥青混合料的不均匀性和离析现 象进行了研究，从施工工艺和设备配置上提出了一些中肯的建议【l 。他们研究的 最终目的就是想如何充分利用有效的资源，节约施工费用，来获取最大的经济效 益。此外国内许多工程机械生产厂家也分别对沥青路面施工机械设备进行了研究 和开发，生产出一批符合国内需要的比较先进的工程设备，如徐州工程机械厂生 产的摊铺机和压路机、西安筑路机械厂引进德国技术生产的t i t a n 系列沥青混合 料摊铺机、三一重工的l t u 系列摊铺机和y z 系列压路机、中联重科的压路机， 这些设备不但可以满足国内市场的需要，而且在技术和性能上都比较先进、可靠， 缩短了同国外同类产品的差距。 由上述学者的研究可知在沥青路面施工工艺中，施工机械是完成各项工程施 工的主要工具，是确保工程质量和安全生产、加快工程进度、提高经济效益、改 善劳动条件、降低工程成本的重要技术装备。人们研究公路路面施工机械设备的 重点是在沥青混凝土搅拌、运输、摊铺和碾压这四类设备及其工艺环节上。 目前先进摊铺设备的技术性能特点主要有：机电液一体化摊铺设备已成主 3 北京工业大学工程硕士学位论文 流：摊铺机恒速控制得到广泛应用；自动调平装置成为重要特性；比例控 制输料达到匹配新水平：抗离析摊铺技术日趋成熟。 本文依托课题“大厚度、大宽幅抗离析摊铺应用技术研究”，试图对高等级 公路的宽幅大厚度基层及宽幅面层机械化施工工艺模型、机群优化配置和质量控 制进行研究，以期提高沥青混凝土路面施工质量和获取最佳综合效益。 1 3 本课题的研究内容 高等级沥青混凝土路面机械化施工，不仅需要科学的组织和管理，而且还需 要先进的机械设备和施工工艺，只有运用先进的机械设备，才具备获得最佳的路 面质量和经济效益的最基本的技术保障。本论文在对现行的施工工艺进行分析研 究的基础上，提出了一种新的施工工艺模式，并对新工艺的机群的单机运行规律、 大厚度压实机理进行了分析和实验验证。 4 第2 章沥青路面摊铺机群施工工艺分忻 第2 章沥青路面摊铺机群施工工艺分析 2 1沥青混凝土路面施工技术要求 2 1 1 施工技术要求 沥青混凝土路面在交工验收阶段的工程质量检查与验收，通常要根据表2 1 的各项指标进行检测【1 8 1 。 表2 - 1 公路热拌沥青混合料路面交工检查与验收质量标准 f t a b l e2 1h i g h w a yh o tm i xa s p h a l tp a v e m e n tm i x t u r ec o m m i s s i o n i n gc h e c k sa n da c c e p t e dq u a l i t y s t a n d a r d s 检查频度质量要求或允许偏差 检查项目试验方法 ( 每一侧车行道)高速公路、一级公路萁他等级公路 表面平整密实，不得有明显轮迹、裂缝、推挤、 外观随时 目测 油盯、油包等缺陷- 且无明显离析 面层总 代表值 每lb l i5 点一一设计值的- 5 7 设计值的- 8 7 t0 9 1 2 厚度 极值每1 h5 点设计值一1 0 7 设计值的- 1 5 7 t0 9 1 2 上面层代表值每lk n5 点设计值的- 1 0 7 t0 9 1 2 厚度极值每1 k i5 点 设计值- 2 0 z t0 9 1 2 实验室标准密度的9 6 7 ( 9 a 7 ) 压实 代表值每t k m5 点最大理论密度的9 2 z ( 9 4 z ) t 2 i 度 试验段密度的9 8 ；4 ( 9 9 z ) 极值 e 最小值) 每l h5 点比代表值放宽i c 每1 。1 ) 或2 z ：部)t 2 4 踌表平 标准差a全线连续 1 2 m m2 5 rt0 9 3 2 i r 工全线连续2 0 n k n 4 2 m t m t0 9 3 3 整度 最大间隙每i k m l o 处各连续i 0 杆5 m 舶t0 9 3 l 每1h i i 不少于5 点，每点33 0 0 m l t m i a 借通沥言路面) 路表渗水系数不大于t0 9 t l 处职平均值评定2 0 0 m v m i n g 队路面) 有侧石每1 1 日n2 0 个断面2 0 m m3 0 m mt0 9 1 i 宽度 无侧石每l k m2 0 个断面不小于设计宽度不小于设计宽度t0 9 1 1 纵断咖向崔每l l , a2 0 个断面1 5 m m2 0 m mt 0 9 1 1 中线偏位每l k i2 0 个断面2 0 m m3 0 m mt0 9 儿 值坡度每1k i l2 0 个断面 0 3 7 05 7 t 0 9 l l 回弹弯沉 全线每2 0 m1 点符合设计对交工验收的要求i 奇合设计对交工t 0 9 5 1 弩沉 验收的要求 总弯沉全线每5 m1 点符合设计对交工验收的要求t0 9 5 2 构造浓度每l h5 点符合设计对变工验收的要求r 6 1 6 2 6 3 摩德系数摆值每1 h5 点符合设计对变工验收的要求t0 9 6 4 馐向力系数全线连续 符合设计对交工验收的要求 t0 9 6 5 1 需要作破损路面进行检测的指标，如厚度、压实度宜利用施工过程中的 钻孔数据，检查每一个测点与极值相比的合格率；厚度也可利用路面雷达连续测 定路面剖面进行评定。压实度验收可选用其中1 个或2 个标准，并以合格率低的 作为评定结果； 2 交工验收时可选择贝克曼梁或连续式弯沉仪实测路面的回弹弯沉或总 弯沉，如实记录测点数据( 含测定时的气候条件、测定车数据等) ，测定时间宜在 公路的最不利使用条件下( 指春融期或雨季) 进行： 3 抗滑表面的摩擦系数摆值或横向力系数根据设计需要决定是否检测，设 5 北京工业大学：【程硕士学位论文 计时间由设计决定。 据工程实例调查，许多施工单位由于没有配备足够多的试验器材，仅能检测 一些比较容易检测的参数，如摊铺厚度、温度和平整度，而无法及时检测路面的 压实度( 密实度) ，但施工的结果却都能满足规范要求。因此，在整个施工体系 中只要保证体系满足一定的条件，就可以认为施工结果是一定能够满足规范要求 的。施工体系中的这个条件，也就是规范中对施工各参与因素的过程控制规定， 即只要满足下列过程因素，就可以保证摊铺出高质量的沥青混凝土路面。 1 保证原材料的质量； 2 保证拌和设备能够生产出合格的沥青混合料并满足摊铺机的工作需要： 3 保证沥青混合料能及时送到摊铺现场，不发生或极少发生材料和温度离 析； 4 保证摊铺机恒速、稳定、连续工作； 5 按规定的碾压温度和碾压方式进行碾压。 施工实践和试验研究表明【1 9 】，在整个施工过程中只要能够满足或者基本满 足上述条件，就可以保证高的路面施工质量。例如在江西修建沥青混凝土高速公 路，为了保证摊铺机的施工作业，在基层及面层的施工中采用了摊铺机输送器的 螺旋全埋二次拌和技术。自卸汽车运来的混合料首先卸在摊铺机料斗中，然后由 运送至全埋螺旋搅拌器装置二次拌和后摊铺。施工结果表明，沥青路面的平整度 和密实度都有了很大的提高。因此只要在沥青路面施工过程中采用一些新技术和 改变某些工艺，是完全可以满足或者部分满足上述条件的，从而达到提高修建沥 青路面质量的要求的，所以进行沥青混凝土路面施工工艺研究和摊铺设备新产品 开发是很有必要的。 2 1 2 影响路面施工质量的因素分析 沥青砼路面施工离析，使沥青混合料偏离最佳设计配合比，其力学性能和 使用性能发生了很大的变化，影响路面施工整体质量，以至于产生不同的路面破 坏。路面早期破坏的很多原因是因为路面离析而造成的，例如：路槽、车辙、结 构松散、泛油。而离析控制是施工中最难控制的，它与设计材料、施工工艺，尤 其是施工设备有密切的关系。解决路面离析问题，提高路面施工质量，己成为很 多路面工程师、机械工程师共同努力的方向。而目前的公路工程质量检验评定 标准中，对离析又恰恰缺乏量化指标【2 0 1 。路面施工质量关键的评定指标，往往 是靠肉眼来判断，难免存在不精确之嫌。如何解决路面离析，控制路面施工质量， 有必要从施工全过程开始进行全方位、系统地和多方面的研究和分析。 2 1 2 1影响原材料质量的因素 1 沥青易发生氧化 6 第2 章沥青路面摊铺机群施r ：i 二艺分析 沥青路面应具有良好的耐久性，而沥青路面的耐久性主要取决于沥青材料 的耐久性。沥青的物理和化学特性极为复杂，在沥青加热、运输、沥青混合料拌 和、摊铺和使用过程中，由于沥青组分的挥发，在空气中氧、光和热的综合作用 下，使沥青组分发生变化，硬度增大，劲度增加以及变脆、韧性降低，导致沥青 性质发生变化。氧是影响沥青老化快慢的主要因素。沥青与空气中的氧自动氧化 过程在很大程度上依赖温度。沥青与骨料拌和时必须加热到一定的温度，这时会 引起沥青的剧烈氧化，因此在沥青混合料没施工时应采取有效的措施，最大限度 地降低沥青氧化速率【2 l 】【2 2 1 。 2 其他方面 在影响路面施工质量的各种因素中，混和料的质量是至关重要的，往往由 于混合料质量方面的原因造成以下路面病害： 1 ) 由于集料圆滑，破碎表面很少，使路面稳定性不足而造成车辙和拥包等 缺陷； 2 ) 由于亲水性集料过多或级配方面的原因，导致水和空气容易进入路面， 引起氧化和分离，沥青膜从集料上剥落，造成易磨耗、松散等问题，从而降低路 面耐久性： 3 ) 由于沥青含量的均匀性差或材料严重离析，造成局部孔隙率过高： 4 ) 沥青含量偏低引起疲劳裂缝，降低路面抗疲劳性能及松散、坑洞等病害。 2 1 2 2 影响混合料生产的因素 1 沥青混合料搅拌设备的选型 对于沥青混凝土搅拌设备，应根据工程量和工期选择其生产能力、移动方 式( 固定式、半固定式、移动式) 、搅拌类型来进行综合考虑。因为搅拌设备的 台班费用一般都比较大，所以通常情况下应保证搅拌设备工作在最大生产率，使 沥青混合料的平均台班费用最小。通常高等级公路沥青混凝土面层的施工，应选 择拌和能力较大的搅拌设备，以使其单位产品所消耗的人工、燃料的易损配件等 费用较低，同时应满足以下条件： ( 1 ) 能够对整个生产过程进行监控和自动记录，同时可以适时和控制中心进 行数据交换、通话的间歇式沥青混凝土拌和机。 ( 2 ) 产量 = 2 0 0 t h ，否则难以组织机械化施工和保证沥青路面的连续摊铺， 最终将影响路面的整体质量： ( 3 ) 所拌制沥青混合料的级配组成应符合公路沥青路面施工技术规范 ( j t j 0 3 2 - 9 4 ) 中的表d 8 要求； ( 4 ) 油石比允许误差在0 3 以内； ( 5 ) 必须配带二级除尘器： ( 6 ) 当矿料含水量为5 、出料温度为1 3 0 1 6 0 c 时，拌和设备能以其额定 7 北京工业大学工程硕士学位论文 生产率工作。 施工机具型号和配套与工程量有关【2 3 】，高速公路要求用3 0 0 0 型以上拌和设 备，2 0 0 0 型以下拌和设备则用于低等级公路新建和养护工程中。 2 原材料的质量 沥青混凝土路面中所使用的原材料包括沥青、粗集料、细集料、矿粉四种 材料，每一种材料的质量不好都将影响到沥青混合料的质量，因此在进行原材料 采购和管理时必须严格把关，坚决杜绝不合格材料进场，同时尽可能的降低材料 离析现象的发生。如果材料发生离析，使铺出的沥青路面不同区域的级配比例、 路面结构、组织发生变化，从而严重影响路面的平整度、压实度和使用寿命。 3 拌和设备方面的因素 配合比的计量：各种粗细集料的冷料仓都要按事先确定的配合比供料， 在拌和机开始试生产之前必须请计量部门为各个计量设备进行检查和标定，以确 保计量正确。在拌和机生产过程中要经常注意冷料仓供料是否正常和热料仓受料 和供料是否均衡。如果出现问题将会严重影响沥青混合料的质量，可能拌和出的 都是废料，因此必须加强这些方面的管理和控制。 温度控制：沥青混合料生产的各个环节都必须特别强调温度控制，沥青、 集料的加热温度和混合料的出厂温度应根据沥青品种、标号、粘度、气候条件和 铺筑层的厚度确定。集料和沥青都要加热到规定的温度，过低，沥青拌和不均匀； 过高，不仅沥青容易老化，在运输中也易发生滴漏，污染环境。 拌和时间控制：搅拌时间是干拌时间和湿拌时间的总和，它直接决定了 材料在搅拌锅内经受各种搅拌作用的持续时间，是影响搅拌质量和生产率的决定 性因素。缩短拌和时间意味着增加搅拌器的生产率，而增加拌和时间显然会改善 材料拌和的均匀度；沥青混合料的拌和时间应以混合料拌和均匀，所有矿料颗粒 全部裹覆沥青结合料为准，并经试拌确定。间歇式拌和机每锅拌和时间宜为3 0 - 6 0 秒( 干拌时间不得低于5 秒) ，连续拌和机的拌和时间由上料速度和温度进行调 节，但大多数搅拌设备的搅拌时间均是由试验确定的，没有一个统一的规范。 4 搅拌工况条件 搅拌设备生产能力的确定关键是正确、严格地规定标定条件【2 4 】，一般条件 如下： 工况条件a 大气温度或供给集料温度为1 5 c 或2 0 。c ；b 集料平均含 水5 ；c 热集料出料温度为1 6 0 。 材料条件a 最大骨料粒径不超过2 0 m m ：b 粉料含量3 9 卜5 ：c 沥青 含量4 9 卜6 。 8 第2 章沥青路面摊铺机群旆：【：工艺分析 通常不管哪一类的沥青馄台料搅拌设备其生产率都是在规定的条件下所计 算出来的，但是由于每一工程其各种情况都是不同的，存在极大的差异如夏季 施工和冬季施工，同一搅拌设各的生产率相差很大。 2123 影响混合料运输质量的因素 1 装卸混合料的方式 在搅拌向自卸汽车卸料过程中很容易产生骨料离析，因此装料时应尽量缩 短出料口至车厢的距离，并且自卸车不应停在一个位置上受料，每向车厢内装一 斗料，车就移动一次位置。为使装料均匀，应分多次装满一车料。解决的办法是 分三次装料，如图2l 所示，第一次装料位置在车子的头部井将大部分车厢底装 满，第二个装料点在车尾最后将中间装满。 图2 - 1 自卸车的装料顺序 f i 9 2 - 1 t h e l o a d i n gs e q u e n c e o f d u m p t r u c k 当自卸车向转运车卸料时应将整车料作为一个整体快速卸入摊铺机料斗 中，卸料速度太陧或时间过长，将囚粗骨料滚动较快而形成离析。因此必需为混 合料的快速卸载创造良好的条件。如在车厢的底部及四周涂润滑油，尽量将车厢 抬高到一个安全的角度等。 2 自卸车自身结构 热沥青混合料一旦装入自卸车车厢就会立即产生热量损失，热量会沿车厢 四周散发，由于沥青和集料的导热系数较小，造成沿车厢附近混合料温度的急剧 下降，而其他位置混合料的温度很高，这样就造成了很明显的温度离析。混合料 的温度越高，温度差别越大，混合料的温度损失也越多，温度离析的程度也就越 严重”。自卸车应该做好保温措施，如用蓬布或其它东西覆盖自卸车厢。 3 其他因素 由于沥青棍合料出厂之后温度是一个变量，时间越长，温度下降的越多， 因此混台料质量还受到气候条件、运距、道路条件等其他外界因素的影响。 沥青混台料的材料和温度离析大多发生在自卸车装载、运输和卸料三个主 要环节，特别时由于沥青摊铺机料斗容量较小，为保障连续摊铺，现行的“公路 沥青路面施工技术规范”( j t gf 4 0 2 0 0 4 ，2 0 0 5 0 1 0 l 实施) 规定：运料车的运 力应稍有富余r 施工过程中摊辅机前方应有运料车等候，对高速公路、一级公路， 北京工业大学工程硕士学位论文 宜待等候的运料车多于5 辆后开始摊铺。沥青混合料这样长时间的“停车待卸”， 就势必恶化由于自然温降形成的混合料温度离析，使混合料的“装一运一待一卸 工序成为混合料离析的主要环节。 2 1 2 4 影响混合料摊铺质量的因素 摊铺质量的好坏在很大程度上决定着沥青混凝土路面的质量，影响摊铺质 量的因素既有摊铺机本身的问题，也有其他方面的问题，主要有以下几点： 1 基层质量 基层应具有一定的刚度，适合的宽度、厚度、密实度、纵坡和横坡，特别 要注意基层表面的平整度，因为它最终决定摊铺机摊铺面层的平整度。摊铺之前 应用3 m 直尺或平整度检测车测量，平整度不应超过8 - - - l o m m 。并且先将基层表 面的尘土清扫干净，洒上乳化沥青，保证基层与面层之间的粘接。 2 混合料质量 沥青混凝土施工过程中很容易产生材料离析和温度离析，材料离析是混合 料粗细集料和沥青含量的不均匀的体现，温度离析是指混合料在运输、摊铺、压 实过程中各部位的温度不同而引起沥青混合料的性能不同。离析现象是造成路面 潜在损坏的重要根源，混合料一旦发生离析，使铺出的路面不同区域的级配发生 变化，严重影响了路面压实度、平整度和使用寿命，是路面早期破坏的主要原因。 研究表吲2 6 】：离析严重部位由于级配的变化，局部孔隙率增大，当孔隙率由6 增加到7 ( 增加1 ) 时，透水性将增大l 一2 倍。材料离析现象伴随着整个混合料 的拌和运输和摊铺过程。 3 摊铺速度 摊铺速度的快与慢直接影响着施工的进度与质量。合理地选择摊铺速度应 考虑以下几个因素：沥青混合料拌和设备的生产能力，摊铺机的摊铺能力，运输 车辆的运输能力，压实设备的压实能力以及摊铺混合料的种类、厚度、宽度等。 摊铺时一定要保证速度稳定，否则，时快时慢、时开时停会破坏熨平板受力平衡 系统，出现起步及停机波纹，直接影响摊铺路面的平整度和密实度。摊铺速度过 快不但会使所铺路面松散，而且易在粗粒径石子后形成空洞和拉痕，停机时料温 下降，熨平板自重会使路面产生压痕，形成小台阶，影响平整度；同时松散的路 面给压实增加了困难。速度过慢，又影响了进度，因此必须在摊铺过程中采用恒 速摊铺技术来保证沥青路面的施工质量。 4 自卸汽车一摊铺机发生碰撞 由于自卸汽车把沥青混合料运到摊铺现场之后，直接向摊铺机料斗中卸料， 此时汽车挂空挡，由摊铺机推着前进。但是当摊铺机在一直工作时，其受力恒定， 当突然碰到前面的自卸汽车时，受力会发生变化而打破原来的平衡状态，破坏摊 铺机的恒定工作，使铺层出现波浪，严重影响路面的平整度，同时对压路机的碾 1 0 第2 章沥青路面摊铺机群施r 1 二工艺分析 压作业也带来不利的影响。 5 摊铺机的操作和本身参数的调整 摊铺机速度的变化会导致摊铺厚度的变化，为保持恒定的摊铺厚度，当速 度变快时，摊铺厚度减小，厚度调节器应稍微向右转动；速度降低时，摊铺厚度 增加，厚度调节器应稍微向左转动。振捣梁起捣实混合料，同时混合料对熨平板 有一定的支撑作用，如果工作不正常，会改变混合料的支撑力，从而使摊铺厚度 发生变化，铺层出现不平整、预压实不够等现象，影响路面的铺筑质量。熨平板 底面磨损或严重变形时，铺层很容易产生裂纹和拉沟，应及时检查和更换。 2 1 2 5 影响混合料压实质量的因素 1 设备因素对压实的影响 压实是达到路面密实度指标的唯一手段，因而正确选择和使用压实设备是 保证路面压实度的关键所在。沥青混凝土铺装层形成过程的不同阶段必须选择不 同类型的压路机。 2 材料因素对压实的影响 路面材料的可压实性直接关系压实效果。理论上完全不能压实的材料，没有 内摩擦力、内聚力和粘滞力，无论施加多大的压实力，都不会形成一定的压实度 和稳定度。但实际上，选为路面面层的颗粒均具有一定的内摩擦力。在加入一定 的胶结料( 石油沥青) 后，沥青与矿料颗粒表面具有一定的粘结力和矿料颗粒间 互相嵌挤作用的内摩阻力，在加热拌和过程中，沥青混凝土混合料的均匀性提高， 但粘结力降低，随着混合料温度的逐渐下降，内摩擦力、内聚力和粘结力增加， 为压实度和稳定度的增加提供可行的碾压遍数。材料因素对压实的影响，主要归 结为粗、细集料的大小和级配、沥青的种类及其用量、混合料温度等方面的影响。 3 摊铺和碾压状态因素对压实的影响 施工自然条件、摊铺作业状态对压实的影响也是不可忽视的。 ( 1 ) 路基和路面基层施工质量对面层的影响极大。路面面层施工前，应对 路基和基层压实度、路基的整体抗变形能力和路面基层的强度等指标做认真检 测，为了保证沥青混凝土面层的厚度均匀一致及面层表面的平整度和路拱，从路 基顶面起就要有与面层相一致的路拱。验收合格后，方可进行面层施工。 ( 2 ) 天气条件。天气晴朗、温和、基层干燥容易获得满意的压实效果。下 雨、刮风、气温较低和基层含水量较大时，铺装层混合料冷却加快、压实有效时 间缩短，对压实不利。所以规定雨天或大气温度在5 。c 以下时，或相对湿度较大 时，应停止沥青混合料铺摊作业。当基层含水量1 0 时，可以进行沥青混合料的 摊铺，如先浇洒透层油时，基层含水量应不大于5 ，下雨后应等基层表面干燥、 无水洼后再进行摊铺 2 7 】： 北京工业大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 铺装层厚度。铺装层厚度越大、越易保温，这是因为与薄层比较，压 实有效时间相对变长，单从这一点说，对压实有利。 ( 4 ) 摊铺作业中的预压实。现代机械铺摊作业中，熨平振捣装置已对沥青 混凝土铺装层进行振实和夯实，一般压实度以达8 3 - 9 0 。预压实不仅大大减少 了压路机压实的工作量，相对延长了有效压实时间，而且，由于铺装层具有初压 实度，避免了碾压过程中产生的推移、车辙、裂纹、波浪等弊病。 ( 5 ) 碾压速度。碾压速度的合理选择对压实是十分重要的。从道理上讲， 低的碾压速度比高的碾压速度所形成的压实度要高。但因受碾压温度、压实层厚 度、设备因素、混合料成分及基层条件等方面的影响，实际压实度并非与理论上 完全一致，所以合理的碾压速度应在现场实验中确定。 ( 6 ) 碾压遍数。在最大密实度范围内，压实度随碾压遍数的增加而增加， 为达到压实度指标，需要通过实验压实，确定必须的碾压遍数，应强调指出， 过多的碾压遍数不一定收到最佳的压实效果。相反，可能造成碾压过分、使表面 粗糙度破坏，表层强度和整体强度下降，甚至产生压实层的纵向裂纹和横向裂纹 等缺陷。 ( 7 ) 碾压方式。对不同的沥青混合料路面有不同的碾压方式，一般情况下 采用阶梯碾压，即在压实阶段，压路机的碾压长度在纵向呈阶梯形排开，相邻两 碾压段纵向接头重叠应在1 - i 5 m 。对于双钢轮压路机，碾压左右重叠应在1 5 c m 以上，胶轮压路机的重叠为轮宽的1 2 。此外还有从边上向中心碾压、从中心向 边上碾压、从四周到中心( 见图2 2 ) 等几种碾压方式，不同的方式对碾压结果 是有影响的，一般采用前者进行碾压。 中心带粤向 圉l = = 二2 。j蔺蔺向国画 图2 2 压路机的碾压方式 f i g 2 2t h ew a ym i l e rr c c ( 8 ) 其他因素。主要包括驾驶员的操作熟练程度、操作规程、洒水量等因 素。高速公路路面施工过程是一个技术含量相对较高、对各道工序要求比较严格 的动态变化过程。在整个施工组织和施工过程中要考虑到许多因素，还受一些不 确定因素的影响，因此很难用某个具体的形式来描述一个施工过程的工艺特 点。考虑到上述因素，首先对当前路面施工中常用的模式及现行的施工工艺及规 范进行分析，提出在高等级公路路面施工中应采用新型施工模式，同时就新型路 面机群施工工艺的机理、运行规律及新型工艺中的初压实度形成及大厚度压实等 1 2 第2 章沥青路面摊铺机群施工工艺分析 理论进行了分析。 2 2 传统路面摊铺施工工艺分析 2 2 1传统路面摊铺施工工艺特点 传统的路面铺筑施工工艺是将沥青搅拌设备生产的沥青混合料由自卸卡车 运输到施工现场，并卸至沥青摊铺机的料斗中，经摊铺机进行摊铺后，由压路机 对路面进行最终压实。 表2 2 沥青混凝土面层施工工序及选用的机械设备表， t a b l e2 - 2a s p h a l tc o n c r e t es u r f a c ec o n s t r u c t i o np r o c e s s e sa n dt h eu s eo fm e c h a n i c a le q u i p m e n t 施工工序施工机械及设备 沥青混合料的制备沥青混凝土搅拌设备( 附属设备等) 混合料的运输 自卸汽车 沥青混合料的摊铺沥青混凝土摊铺机 混合料的压实静力光轮、轮胎、振动压路机 压实度及路面成形检测有关检测仪器及数据处理器 表2 - 1 为传统沥青路面施工工艺及采用的相关设备。可以看出，在各项准 备工作做好之后，首先是进行沥青混合料的生产，再由自卸汽车把拌和好的沥青 混合料运送到摊铺现场，直接卸在沥青混凝土摊铺机的料斗中，由摊铺机按照事 先调好的参数进行摊铺，摊铺好的沥青路面待温度将到合适的碾压范围之后，由 压实机械分不同的阶段进行碾压成型，然后检测路面的各项指标，看它们是否符 合规范要求，最后采取相应的解决办法。 在我国目前通常使用的两种施工模式一为传统单摊铺机宽幅作业法，二为 双摊铺机梯形作业法。这两种方法在具体施工过程中，对沥青路面的质量及路面 建成后的使用状况具有很大的影响，对施工成本也有决定性的作用。 1 传统单摊铺机宽幅作业法 单摊铺机宽幅作业是指一台摊铺机通过伸缩液压装置或增减加宽模块至设 计要求的宽度将路面全幅一次性摊铺成型的施工方法。这种施工方法的优点是减 少纵向接缝，提高了路面的平整度，表面相对较平整，并且只使用一台摊铺机， 降低了施工成本。但是要求沥青混合料的生产量必须满足摊铺量的要求，搅拌设 备要有较大容量的热料储存仓，还要有足够的运输车辆，同时作业中易使中、粗 粒径的沥青混合料产生施工离析现象。 2 双摊铺机梯形作业法 双摊铺机梯形作业法是指使用两台摊铺机，将单摊铺机摊铺宽度调整至设 计值，两台摊铺机呈前后并联梯形作业的施工方法。该施工方法的优点是可以有 效控制沥青混合料在摊铺过程中的施工离析，提高路面的使用性能。但是增加了 1 3 北京： 业大学工程硕士学位论文 一台摊铺机将会增加施工成本，同时要加强对施工接缝的处理，确保路面的平整 虐 ，j 己o 2 2 2 摊铺工艺问题分析 国内外的施工实践证明，用传统工艺铺筑的路面早期破损现象比较严重【l 7 】 【2 8 】，分析其存在环节如下：( 1 ) 沥青混合料在装载、运输及卸出过程中将会导致 出现三次材料离析和温度离析。( 2 ) 梯形并行施工工艺易出现搭接宽度控制不当、 停机待料等情况，导致中间接缝与横向出现规则离析。( 3 ) 摊铺机结构参数设计 不合理，造成摊铺机中缝及边缘处混合料离析加剧。下面就传统施工工艺存在的 问题进行详细的分析。 图2 3 传统摊铺工艺存在的问题 f i g 2 3p r o b l e m so ft h et r a d i t i o n a lp a v i n g 1 传统单摊铺机宽幅作业法 半刚性基层沥青混凝土路面是高等级公路的典型路面结构，在我国使用率 达9 5 以上，其中a c 一1 6 i 型沥青混凝土路面经常被作为上面层使用。一般认为 a c 一1 6 i 型沥青混合料不易离析，用肉眼几乎看不出离析现象。因此在2 0 0 0 年以 前由于我国施工管理粗放，接缝处理不好，施工单位考虑工程成本等因素，一直 采用该施工方式。但是近年来通过对高等级公路沥青混凝土面层的施工进行抽检 分析发现，采用该方法施工a c 一1 6 i 型沥青混合料面层时，其离析现象相当严重， 不仅影响了路面的使用性能，也使路面容易产生早期破坏j 耐久性明显降低。 传统单摊铺机宽幅作业法同样影响路面使用性能，用该法摊铺的沥青混凝 土路面经过一定时间的使用后，由于施工离析造成路面早期损坏破损严重，主要 表现在以下几个方面： 热稳定性下降：由于离析，路幅中部混合料偏细，导致路面热稳定性严重 下降。标准四车道高速公路一幅路宽为1 0 5 m ，施工摊铺中心位于行车道左轮迹 处，调查表明，行车道左轮迹车辙比右轮迹严重，行车道泛油发亮程度比超车道 严重。但是从理论上讲，由于路面横坡影响，右轮对地面的压力大于左轮，应该 右边车辙比左边车辙深，但实际结果相反，因此由于离析使路面中部的热稳定性 下降是比较严重的。 抗滑能力弱：由于离析，路幅中部混合料偏细，导致路面中部抗滑能力明 1 4 第2 章沥青路面摊铺机群施工工艺分析 显比两侧弱，如高速公路行车道，经过一定时间使用后其摩擦系数和构造深度均 比超车道要差。 空隙率大，水破坏严重：由于离析，两侧混合料偏粗，空隙率较大，渗水 现象比较严重。高速公路超车道路面渗水后缓慢向行车道渗透，因行车道左轮迹 处混和料细而密实，导致该处水分集中，易发生水破坏。根据一些调查结果表明， 行车道发生路面破坏，一般占整个破坏的9 5 以上，其中行车道左轮上发生的破 坏占8 5 以上。 2 双摊铺机梯形作业法 由于单摊铺机宽幅作业法造成严重的沥青混合料施工离析，影响沥青路面 的使用质量，