同步碎石封層設備改進研究

吳飛+張金虎

摘 要：同步碎石封層技術在公路養護中具有作業效率高、養護質量好、周期養護成本低的特點，但是在實際使用過程中，存在施工環境惡劣、車速及碎石量難以控制等因素，導致瀝青灑布和碎石撒布的精度難以控制。該文通過改進同步碎石封層設備、完善公路粘結層質量評價等方面對同步碎石封層設備進行改進研究，能有效降低養護成本，提高公路養護質量。

關鍵詞：同步碎石封層 技術控制 精度養護質量 研究

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0064-03

截至2015年年底，江蘇公路通車總里程15.9萬km，高速公路4 539 km，公路密度154.88 km/百平方公里，公路建設處于全國領先地位。公路通車里程的逐年增加，已使江蘇公路建設高峰與公路養護高峰進入了重合期，養護任務日益繁重，公路養護管理工作步入“養護轉型、管理升級、改革加速、服務提高”的新階段。根據江蘇公路環境、氣候、地質條件、交通流量、路面結構和病害類型，研究合適的養護施工工藝流程和先進的養護設備，以此降低公路養護成本，提高養護質量，快速、有效、安全地保障公路暢通，實現高效和經濟效益最大化，是充分發揮和提高公路綜合社會效益的重要保證，同時也為江蘇公路養護水平領先全國提供技術支撐。

同步碎石封層技術是用專用設備將碎石及粘結材料（改性瀝青、改性乳化瀝青、橡膠瀝青等）同步鋪灑在路面上，通過自然行車碾壓或膠輪碾壓形成單層瀝青碎石粘結層。同步碎石封層能有效縮短粘結劑噴灑與集料撒布之間的間隔時間，增加集料顆粒與粘結劑的裹覆面積，更易保證集料顆粒與粘結劑之間穩定的比例關系，與類似的養護技術相比其作業效率較高，非常適合于用作公路的粘結層和應力吸收層，同時具有較強的防水性、非常適合江蘇雨季長、降水多的氣候特點，可以顯著提高路面使用壽命、提升公路服務水平。

1 目前同步碎石封層設備的不足之處

目前同步碎石封層車的主要類型有舉升料斗式、固定料斗式、三位一體同步碎石封層車、連續型同步碎石封層車、特殊作業同步碎石封層車等。對于同步碎石封層設備而言，其主要任務是撒布瀝青和碎石，同步碎石封層車的主要性能參數就是瀝青和碎石的撒布精度，保證兩者的撒布精度是對于提高同步碎石封層作業質量有著至關重要的意義。目前在同步碎石封層設備中關于瀝青與碎石撒布施工方面還存在以下幾點不足之處。

（1）大多數同步碎石封層設備采用負載敏感泵來控制瀝青灑布，通過不斷測量車速調節瀝青撒布量，但無法有效控制因車速變化造成的碎石撒布不均問題。

（2）碎石流量的控制一般采用調節布料輥轉速的方法，但當布料輥轉速達到100 r/min左右的時，布料輥轉速變化對碎石流量的影響非常小，因此，布料輥轉速較高時碎石撒布量很難控制。

（3）同步碎石封層車施工環境惡劣，瀝青、碎石飛散，能見度低，噪聲大 ，瀝青灑布溫度相對較高，這些因素都會影響傳感器的正常使用，對傳感器的檢測精度產生一定影響，導致瀝青和碎石撒布量控制不精確。

2 同步碎石封層設備的改進研究

結合公路粘結層實際施工情況，依托江蘇省高速公路養護施工現場，對同步碎石封層設備進行改進研究，分析影響瀝青和碎石撒布精度方面的相關因素，并提出優化控制方案。在現有瀝青和碎石撒布量控制方法的基礎上，優化舉升料斗翻轉控制、發動機轉速控制以及噴灑桿高度等控制內容，以達到更好施工效果。此外，在同步封層施工過程中，擬增加碎石預裹覆、結合料中添加纖維等工序，以提高公路粘結層施工質量。具體改進優化內容包括以下3個方面。

（1）舉升料斗翻轉控制：隨著施工的進行，碎石的料位逐漸下降，需要及時調整舉升料斗角度，以保持料門口碎石有恒定壓力。該項目擬通過對比多種料位傳感器的工作特性，主要包括重錘式料位傳感器、超聲波式料位傳感器、電容式料位傳感器等，選擇最佳傳感器組合方案，以便更好控制舉升料斗。

（2）發動機轉速控制：當同步碎石封層車作業速度相對較低時，可以通過調節瀝青泵轉速和布料輥轉速來消除車速對瀝青和碎石撒布量產生的影響，當同步碎石封層車作業速度相對較高時，瀝青和碎石撒布量則難以控制，因此，當車速較為穩定時，瀝青和碎石撒布量則相對精確。該項目擬采用通過控制發動機轉速使得車速達到穩定，采用雷達測速技術精確檢測同步碎石封層車作業速度，以消除車輛滑轉率（地面條件和載重量）和動力半徑（輪胎氣壓、氣溫、輪胎磨損程度）變化等因素造成的車速測量不準的缺陷，然后通過閉環控制油門執行器來控制發動機轉速，最終實現車速的穩定控制。發動機轉速控制框圖如圖1所示。

（3）噴灑桿高度控制：噴灑桿高度對瀝青撒布量影響較大，一般采用超聲波、激光或紅外測距等傳感器來檢測并控制噴灑桿高度，但施工過程中同步碎石封層車的作業環境比較差，這些傳感器對外界環境的變化比較敏感，因此控制效果不佳。該項目擬通過檢測輪胎半徑以及鋼板彈簧的變形量來檢測車輛底盤高度，然后調節噴灑桿起升油缸，通過液壓系統控制調節噴灑桿高度，提高瀝青撒布精度。（如圖2）

3 同步碎石封層設備的試驗與測試

在同步封層設備改進調試完成之后，該項目搭建同步碎石封層設備試驗平臺，檢驗改進的同步碎石封層設備系統軟硬件匹配是否合理，通過檢測同步封層設備瀝青和碎石的撒布精度，測試控制系統的精度、實時性，從而為同步碎石封層設備以及施工工藝流程的進一步完善提供實驗依據。同步碎石封層作業試驗與測試流程圖如圖3所示。

4 完善同步碎石封層公路粘結層質量評價體系

目前國內對同步碎石封層公路粘結層的作業質量并沒有系統的評價體系，主要以瀝青噴灑量不均勻度、碎石撒布量不均勻度、平均碎石脫粒率、碎石露出高度、成片性病害等單一指標作為主要評價依據。在實際應用中由于評價指標單一，存在諸多缺陷，不能真實地反應同步碎石封層的作業質量。該項目擬采用基于置信概率的方法綜合評價同步碎石封層的作業質量，綜合考慮瀝青橫向灑布量偏差、瀝青縱向灑布量偏差等因素，合理開展公路粘結層作業質量評價，完善同步碎石封層公路粘結層質量評價體系，為檢測同步碎石封層的作業質量提供理論依據和可操作的檢測步驟。

5 結語

針對江蘇雨季長、降水多的氣候特點，開展同步碎石封層設備關鍵技術研究，通過改進同步碎石封層設備、完善公路粘結層質量評價等方面研究，并經過工程實踐檢驗，有效降低養護成本，提高公路養護質量。

（1）工藝方面。同步碎石封層技術與類似的稀漿封層、乳化瀝青粘層、熱瀝青粘層等養護技術相比，是更為有效的公路養護技術，更適合于公路粘結層施工。

（2）質量方面。瀝青路面經過同步碎石封層處理后，具有良好的防滲水、層間粘結和延緩反射裂縫的性能，能有效保證公路粘結層的施工質量。

（3）經濟效益方面。同步鋪灑粘結材料和集料，實現噴灑到路面上的高溫粘結料在不降溫的條件下與碎石即時結合，從而確保粘結料和集料之間的牢固結合，從而大幅度提高路面整體使用壽命，降低周期養護成本。

參考文獻

[1] 李寶建.熱瀝青同步碎石封層設計優化[J].交通世界，2016（10）：84-85.

[2] 王艷.改性乳化瀝青同步碎石封層技術在公路養護中的應用[J].科技創新與應用，2016（26）：236.

[3] 胡連忠.碎石封層技術在公路工程中的應用探討[J].青海交通科技，2016（4）：55-56.

[4] 宋振球，張桓靖.同步碎石封層技術在路面施工中的應用[J].公路與汽運，2016（4）：148-150.

[5] 郭曉華.公路養護中同步瀝青碎石封層技術的應用[J].華東公路，2015（3）：98-99.