淺析瀝青路面施工中存在的問題

王 旭

(黑龍江省交通科學研究所)

淺析瀝青路面施工中存在的問題

王 旭

(黑龍江省交通科學研究所)

分析了我國瀝青混凝土路面施工中存在的工藝問題。結合現場施工，介紹了瀝青混合料轉運車對改善瀝青混合料溫度和級配分布及路面施工質量的影響。根據瀝青混凝土路面施工工藝及機械運行規律，提出了基于無線局域網的機群智能控制系統結構方案。

瀝青路面;施工;調度;監控

0 前言

我國高速公路發展迅速，2010年“五縱七橫”國道主干線基本建成。到2020年，公路總里程將達到145萬km，其中高等級、次高級路面占公路總里程的50%以上。在已通車的高速公路中，剛性和半剛性基層瀝青路面約占80%。與國外瀝青路面相比較，我國瀝青路面的整體質量不高，包括高速公路在內的絕大部分瀝青路面在交付使用2～3年后就出現路面早期損壞，嚴重影響道路的使用率和通行率，同時帶來巨大的經濟損失。因此，提高瀝青路面的施工質量，延長道路的使用壽命，已經成為我國公路行業發展的當務之急。

1 目前瀝青路面施工中存在的問題

傳統的瀝青路面鋪筑施工工藝是將瀝青混合料設備生產的瀝青混合料由自卸卡車運輸到施工現場，并卸至瀝青攤鋪機的料斗中，經攤鋪機進行攤鋪后，由壓路機對路面進行最終壓實。國內外的施工實踐證明，用這種傳統工藝鋪筑成形的路面早期破損現象比較嚴重，致使道路的維修費用大大增加，壽命縮短，使用率降低。造成路面早期損壞的主要原因有如下三個方面。

(1)自卸車在裝料、運輸及卸料過程中導致瀝青混合料出現三次材料離析和溫度離析。

(2)因攤鋪機料斗容量小、自卸卡車數量少等因素導致攤鋪機停機待料，攤鋪工作不能連續進行，造成路面結合處粘接力及其他力學性能的差異。

(3)自卸車卸料時對攤鋪機進行碰撞和頂推，造成的路面的橫向接縫。

影響瀝青混凝土路面鋪筑施工質量及施工成本的因素除施工工藝外，單機性能及機群協同性方面也有重要作用。國外在20世紀90年代就已開展了機群智能控制技術的研究。由歐盟Brite－EuRam III計劃支持，法國、芬蘭、德國、英國、瑞典五個國家的七家單位合作，歷時兩年(1997～1999)實施“計算機集成道路建設”，旨在為瀝青路面施工提供全新的控制與監測工具。整個控制系統由地面子系統(GSS)、定位子系統(PSS)和機載子系統(OBSS)組成。

2 瀝青混合料轉運車及轉運—攤鋪工藝

為了提高瀝青路面面層的施工質量，歐美國家提出了轉運攤鋪的施工工藝。新工藝是在運料汽車與攤鋪機之間增加轉運車。轉運車的二次攪拌使得在前面環節中造成的溫度和級配離析的瀝青混合料得到充分的拌合。同時，避免了運料汽車對攤鋪機的碰撞。轉運車的供料速度不受其它因素的干擾，保證攤鋪機上的混合料數量始終是恒定的，拌合機和運料汽車在供料方面的不均衡通過轉運車的料斗儲存量得以調節，確保了攤鋪機勻速穩定的攤鋪，使施工路面平整度得到明顯提高。

瀝青混凝土轉運車主要由機身、動力系統、液壓系統、電氣系統、行駛系統、物料儲存系統、物料輸送系統、物料攪拌系統和輔助系統等九大部分組成。

機身用來聯接行走系統并支撐動力系統及各工作系統，主要由機架和料倉構成。機器3壓系統實現整機行走、入料、攪料、出料及輔助運動的傳動及控制。電氣系統主要功能有:保證轉運車柴油機安全、可靠地啟動;實現轉運車各功能部件的單動及聯動工作狀態;實現轉運車與瀝青攤鋪機的配套作業;實現轉運車工作狀況的監控、故障診斷及報警的功能。行駛系統采用了全液壓驅動的輪胎行走方案。

3 轉運車對瀝青路面施工的影響

3.1 混合料溫度和級配分布

2003年長沙理工大學公路工程試驗檢測中心對轉運車在新余滬內高速公路昌京段瀝青路面施工中的應用情況進行了現場測試。施工中兩臺攤鋪機平行作業，一臺使用轉運車，一臺沒有使用轉運車，以比較兩臺攤鋪機的攤鋪效果和差異。用紅外攝像儀分別攝取了卡車內瀝青混合料及未采用和采用轉運車后的路轉運車，一臺沒有使用轉運車，以比較兩臺攤鋪機的攤鋪效果和差異。

用紅外攝像儀分別攝取了卡車內瀝青混合料及未采用和采用轉運車后的路面溫度分布情況，有轉運車時攤鋪表面的溫度分布非常均勻，隨時間變化溫度均勻、穩定，同一時刻沿不同的攤鋪寬度溫度也非常均勻，差異很小，基本消除了溫度離析現象。

3.2 級配離析

通過在瀝青混合料轉運車的前、后料斗的左、中、右三點取樣，對其進行抽提和篩分，測定其級配，并與設計的標準級配進行比較。以了解運料汽車卸下的瀝青混合料的離析情況，以及轉運車的再次拌和對瀝青混合料的級配離析的改善情況。

分別在兩臺攤鋪機后的左、中、右三點取樣(攤鋪后、壓實前)，取樣時是用鐵鏟直接挖到該層的層底，即是沿整個厚度取樣。然后進行抽提篩分，評定經攤鋪機攤鋪后的瀝青混合料的離析情況。

終壓后采取鋪砂法測定路表的構造深度，采用滲透系數儀測定路面結構的滲透系數。路表的構造深度，可以反映瀝青混合料的粗、細骨料在路表的分布規律。因此可用于評定路表面的級配離析情況。滲透系數反映的是水在路面結構內部流動的快慢程度，反映路面結構內部的孔隙性及其連通性。因此，可以反映路面內部的級配離析情況。綜合測試情況可得如下結論。

(1)常規工藝條件下混合料最大的級配極差為19.88%;構造深度平均值為0.869 8 mm，標準差為0.223 8 mm;滲透系數的標準差為55.81 ml/min。

(2)采用瀝青混合料轉運車后，混合料最大的級配極差為6.85%，構造深度平均值為0.647 8 mm，標準差為0.057 1 mm，滲透系數的標準差為3.21 ml/min。與未采用轉運車攤鋪的路面結構相比最大的級配極差改善了13.03%，構造深度的均勻性提高了3.92倍，滲透系數的均勻性提高了17.39倍。

4 施工機群智能控制與調度系統

影響瀝青混凝土路面鋪筑施工質量及施工成本的因素除施工工藝外，單機性能及機群協同性方面也有重要作用。機群智能調度與監控系統由“調度與控制”、“機群定位”、“通信網絡”、“狀態監測”和“故障診斷與維護”五個功能模塊組成。系統按空間位置布局由六個部分組成:中央控制室(管理與監控中心)、移動通信車(距離較遠時)、攤鋪機群(轉運車、攤鋪機、壓路機)、攪拌站、自卸卡車車隊、遠程維護中心。

中央控制室:是整個智能化工程機械的中樞，與攪拌站毗鄰，負責對整個系統中的各種機械進行統一管理、監控及調度。根據單機運行狀態信息和單機工藝模型，在最優調度軟件支持下產生單機調度信息，機群內各單機運行及施工狀態均在控制中心大屏幕上顯示。中央控制室與遠程維護中心通過互聯網相聯。

攤鋪機群系統:主要包括攤鋪機、壓路機和轉運車，它們之間的協作控制是整個智能化機群系統的重點。

物料運輸車隊:以GSM短信息形式與中央控制中心室聯系，按控制中心指令進行物料運輸與調配。

通信網絡系統:由無線局域網、數傳電臺、GSM和互聯網組成。攤鋪機群因相互位置鄰近，通過安裝在攤鋪機上的AP網橋形成局域網，局域網與控制中心通過無線數傳電臺聯系，當距離較遠時，需加移動通信車。

遠程維護中心:通過互聯網接收機群控制中心的維護請求及發出維護指導意見。

機群調度的優化目標決定了機群作業模式的總價值，取決于各種目標因素的綜合考慮。考慮問題的復雜性，本系統采用定量與定性相結合的方式，綜合考慮施工質量和施工成本雙重因素。主要考慮路面密實度和平整度，在機群調度中通過對運輸車輛的調度保證瀝青混合料的連續均勻供料，不允許攤鋪機出現停機待料和待攤鋪材料的過多積壓。通過對攤鋪機與壓路機工作狀態的監測與協調，以最經濟的方式達到路面密實度指標。

6 結語

(1)在現有瀝青混凝土路面鋪筑工藝模式下，材料的級配離析與溫度離析是制約瀝青路面鋪筑質量的不可控因素，在機群系統中增加具有二次攪拌功能的瀝青混合料轉運車是一種簡便可行的解決途徑，應引起有關管理部門和行業協會的重視。

(2)在高等級路面施工項目中，由于施工機械品種及數量較多，各種機械的運行狀態具有一定的隨機性，施工機械的優化配置及機器狀態的動態調節可為挖掘機器潛能提供技術手段。

(3)利用網絡、通信、GPS定位等技術，實現施工機群的智能調度和施工環節的全過程監控與管理，使瀝青路面施工進入全新的數字化作業模式，將對我國公路建設和提高工程機械技術水平產生深遠的影響。

U416.217

C

1008－3383(2011)12－0040－01

2011－10－16