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摘要:基层是公路的承重层,在公路施工中选择使用高质量的材料进行填筑,以提升路面的稳定性。在公路基层施工中,高模量沥青混凝土是常用的填筑材料,在公路重载的情况下,高模量沥青混凝土基层可有效减少路面结构变形,并且具有良好的高温与低温稳定性。所以,高模量沥青混凝土基层施工技术在公路施工中得到广泛的应用。本文依托于工程实例进行高模量沥青混凝土配合比设计、拌合、运输、摊铺、碾压等技术的论述,以期作为公路施工实践中的参考借鉴。
关键词:公路施工;高模量沥青混凝土;沥青混凝土基层
高模量沥青混凝土基层施工技术在公路施工中的应用,切实解决了基层刚度不够、承载力不足等问题,并提升了面层的抗车辙能力、抗变形能力与耐久性,具有在公路施工中应用的可行性与必要性。但高模量沥青混凝土基层施工对于技术要求较高,需通过该施工技术的研究分析,深入探寻技术应用的关键点与要点,以扎实公路基层施工的技术基础。
1.公路工程实例
某公路工程为双向六车道高速公路,路基顶宽度为28m,设计车速120km/h,使用年限20年。路面结构层有磨耗层、连接层、基层、底基层、石垫层,采用的施工材料依次是3.0cm厚的沥青混凝土、5cm厚沥青混凝土、8cm厚的高模量沥青混凝土、9cm高模量沥青混凝土与40cm 厚级配碎石。工程位于平原区,施工路段地质条件多数为第四系冲积平原覆盖,卵石、砂子、粘性土互层堆积,无不良工程地质条件。本文针对该工程的基层进行高模量沥青混凝土施工技术的论述,具体内容如下。
2.高模量沥青混凝土制备标准要求
2.1沥青混凝土原材料
2.1.1碎石与外加剂
该高速公路对级配碎石有着明确的要求,采用的是二级以上公路基层级配碎石标准,碎石粒径分别是25~20mm、20~10mm、10~5mm、5mm以下。2mm以下级配碎石作为填充细料。级配碎石质量控制标准如下,清洁度<2%,针片状含量<20%、扁平率<12%,压碎值<20%,吸水率≤2%,对沥青的粘附性在5级以上。
在沥青混凝土中添加外加剂,主要用来改善沥青混凝土的性能,增强其高温抗变形、低温抗开裂、抗车辙变形等性能,延长公路的使用寿命,非常适合用于荷载强度大的高速公路基层。
2.1.2沥青
本工程选择使用的是针入度为40/50级沥青,具体标准要求如下,①基本要求为中等服务,温度一致性,25℃针入度为40~50,软化点50~70℃;②基本要求为高等服务,60℃最小粘度400Pa.s,135℃最小粘度为500Pa.s,Fraass断裂点,最大值-5℃;③其他特性,闪点最小值235℃,溶度最小值99.0%。
2.2配合比设计
高模量沥青混凝土碎石级配范围遵循国家标准,根据选择的沥青混凝土原材料的质量,结合公路工程设计的标准要求,采用旋转压实成型的方法,运用计算、试配、调整等手段,完成高模量沥青混凝土施工配合比的设计,其中高模量沥青混凝土的油石比为6.1%,外加剂是0.6%。沥青最佳用量的计算需考虑到沥青混凝土的压实性能,并结合沥青混凝土的空隙率要求(如表1所示),采用马歇尔法进行沥青混凝土配比的计算。根据相似工程的沥青用量经验,结合公路工程设计的要求,按照0.3%~0.5%的变化范围,制作出6组以上试件,进行饱和度、集料空隙率、密度、稳定度等的计算。判断碎石级配是否符合要求,采用马歇尔实验,铺筑长为50m的路段,养护时间超过12h,钻取芯样确定压实效果,检测密度与厚度。参照最佳用油量,加或减0.3%后,制作三组试件,然后进行油石比试验,选择出效果最佳的用油量。
表1 高模量沥青混凝土(HMAC)空隙率要求
旋转压实试验 | 等级1的HMAC空隙率 | 等级2的HMAC空隙率 |
HMAC 0/10mm旋转至80 | ≤10% | ≤6% |
HMAC 0/14mm 旋转至100 | ≤5% | ≤3% |
HMAC 0/20mm旋转至200 | >1% | >1% |
3.高模量沥青混凝土基层施工
3.1铺装试验
随机选择一段100m直线施工路段进行试验铺装,首先根据公路工程施工能力,进行施工机械选用与配置,以及设计好施工机械的施工组合方案,提高施工效率。首先试拌高模量沥青混凝土,计算出100m施工路段所需混合料数量,按照确定的施工配合比,称量后上料,精确上料的速度,以及拌合的时间、温度等,通过试验再次优化调整配合比,获取正式施工时运用的配合比。试铺过程中,确定摊铺机的摊铺温度、速度,以及沥青混凝土振捣夯实的方法等。压实作业确定组合作业方案,碾压的温度、次数、顺序、速度等,试铺全程记录下关键施工技术参数,以作为后续施工的指导文件。
3.2拌合作业及运输
沥青混凝土在拌合站进行制备,拌合分为干拌与湿拌,总拌合时间为50s,先干拌15s,然后湿拌35s,拌合需充分均匀。在拌合之前,集料加热至180℃~190℃,沥青加热温度为160~170℃。在沥青混凝土搅拌均匀,外加剂表现为细丝状时出料,出料温度180~185℃,出厂温度应在165℃以上。出厂时使用自卸车运输,清理干净车厢内部后,在底板与侧板上涂刷一层20%油水(柴油),以防止沥青混凝土粘结。装料按照车厢前、车厢后、车厢中的顺序分三次装料,防止装料发生离析。注意运输时间不可超过2h,并使用棉篷布覆盖车厢,起到防尘、保温的作用。
3.3摊铺与碾压作业
封层验收后进行测量放线,按照10m的间距设置钢钎,使用钢丝绳进行摊铺高程的控制。摊铺机采取缓慢、匀速、持续摊铺作业方案,摊铺速度控制在1~3m/min,两台摊铺机协同作业,距离控制在10m以内,实现热接缝。在正式摊铺之前,提前1小时预热熨平板,保证初始摊铺温度在165℃以上。碾压作业方案如表2所示,初压两遍,前进静压,后退振压,复压使用胶轮压路机,终压采用钢轮压路机静压。碾压作业与摊铺作业之间的距离不可超过60m,以保证复压温度在135℃以上,终压温度在90℃以上。碾压过程中轮迹1/3重叠,并且不可随意的提速降速、转弯、刹车制动等,以保证基层碾压的密实、平整、均匀。
表2 碾压作业方案与技术参数
压路机类型 | 初压 | 复压 | 终压 | |||
适宜 | 最多 | 适宜 | 最多 | 适宜 | 最多 | |
钢轮压路机 (13~16t) | 1~2遍 前静后振 | 2遍 前静后振 | 3~4遍 静压 | 4遍 静压 | ||
胶轮压路机(26t) | 4~5遍 | 5遍 |
结语:高模量沥青混凝土在公路基层施工中的运用,充分利用高模量沥青混凝土的耐久性、抗裂能力、抗变形能力,确保公路基层施工的质量,进而为后续的路面层施工打好基础。因此,基于公路施工的现场条件及施工能力,准确运用高模量沥青混凝土基层施工技术,对于公路工程质量的提升有着重要意义。
参考文献:
[1]郝花艳.高模量沥青混凝土路面施工技术要点研究[J].交通世界,2022,(1):151-152.
[2]龙威宇,董建鹏,于罗斌.浅谈法国标准下中非地区高模量沥青混凝土基层施工工艺[J].公路交通科技(应用技术版),2020,16(5):98-101.