高速公路加寬路面壓實度控制技術研究

郭蔚虹　高希敏　許志勇

0 引 言

攤鋪水泥穩定碎石基層或瀝青面層，邊部要支模板，以防止混合料塌滑，這不但要增加模板費用，還要投入一定人力，增加施工成本。如果不支模板就要進行超寬攤鋪，導致混合料浪費。

高速公路改擴建路面施工時，由于水泥穩定碎石基層或瀝青面層存在松鋪系數，混合料攤鋪后未壓實路面高于臺階時（圖1），碾壓混合料造成的側移將使新路和舊路搭接處虧料，無法壓實新路與舊路的交接處[1-6]。

綜上可知，為了提高高速公路加寬路面的壓實度，必須對壓路機進行改造，并優化施工工藝。

1 側模碾壓技術

為了解決混合料側移問題，在壓路機機架上增加1套可控的側模裝置，初壓時將側模裝置放下進行側模碾壓，結束后收起側模裝置進行正常碾壓。這樣可實現新路和舊路搭接處碾壓時不虧料，保證新路與舊路交接處的壓實度。

2 高速公路水穩基層施工

高速公路路面邊部是壓實的薄弱部位，傳統的碾壓需使用普通模板，施工時每層都要支一次模（圖2），由于支模需要空間，所以為了保證最上一層（上面層）的寬度，中、下瀝青面層和水穩底基層、上基層、下基層施工時都要超寬，這樣累計起來會造成很大的浪費。而采用通用模板進行施工時，整個施工過程中只需支一次模，既能保證了路面邊部的壓實質量，又減少了因分層施工超寬攤鋪支模的弊端，大大減少了材料成本。

高速公路水穩基層施工通用模板工作原理如下。

（1）高速公路水穩基層施工通用模板的構造。高速公路半剛性基層施工通用模板由上支撐板、側板、下支撐板、鋼釬四部分組成（圖3），上支撐板、側板、下支撐板用螺栓連接，組成模板主體，用鋼釬打入底基層固定模板主體。上支撐板用角鋼加工而成，結構如圖4所示，其中頂板4個孔用于插入鋼釬固定模板；兩端的長孔用于連接側板及調整模板高度。 側板采用鋼板加工而成（圖5），其4個角有4個長孔，用于連接側板及調整模板高度。下支撐板與上支撐板結構相同，對稱安裝。

（2）高速公路半剛性基層施工通用模板高度調整原理。通用模板上有長孔，通過螺栓連接實現高度在一定的范圍內任意可調（圖6），滿足目前高速公路及普通公路的半剛性基層施工要求。

3 路面壓實度自動檢測儀

3.1 雷達壓實度自動檢測儀

由于目前瀝青路面壓實度無損檢測采用核子密度儀，其精度受檢測介質均勻性影響很大；如果瀝青混合料均勻性差，核子密度儀檢測瀝青路面的結果往往不準確，因此很多項目規定不準采用核子密度儀檢測瀝青路面壓實度。

探地雷達也可以檢測壓實度，其原理為：在主機控制下，探地雷達脈沖源產生周期性的毫微秒信號，并直接反饋給發射天線；經由發射天線耦合地下的信號，在傳播路徑上遇到介質的非均勻體（面）則產生反射信號。反射系數和波速主要取決于介質的介電常數，相比而言，空氣的相對介電常數為1，混凝土介質的介電常數約為6。電磁波由空氣進入非空氣介質或由非空氣介質進入空氣介質時，雷達信號就會被反射，測試回波信號的幅度會明顯增強，在雷達檢測剖面上形成明顯的異常，對異常信號進行分析可檢測對應區域混凝土的壓實度。

瀝青混合料的碾壓溫度應設在120 ℃～180 ℃，傳統的雷達檢測壓實度技術由于沒有考慮溫度對介電常數的影響，所以檢測結果不準確。本文通過建立“溫度-瀝青混合料”介電常數模型，成功解決了溫度影響介電常數造成檢測結果不準確的問題。

將改進的雷達壓實度自動檢測儀安裝在壓路機上，并使壓實度檢測數據實時傳輸給監控系統，實現對壓實度的自動控制。

3.2 瑞雷波壓實度自動檢測儀

瑞雷波是一種沿介質自由表面傳播的表面波（Surface Wave），其質點在波的傳播方向的垂直平面內振動。瑞雷波具有3個基本特性：在分層介質中具有頻散特性；波長不同，穿透深度也不同；傳播速度與橫波傳播速度具有相關性[7]。

波的傳播速度與頻率有關的現象稱為“頻散”。當瑞雷波的半波長接近介質的分界面距與自由界面的深度時，頻散曲線的變化較為顯著，這是瑞雷波勘探的理論基礎。根據瑞雷波在不同巖性介質中穿透深度與波長的關系以及橫波速度與介質的物理力學參數相關，可獲得VR-h和VR-VS關系曲線，這些曲線能直接反映地下某一深度范圍內的地質構造情況或介質的“軟”、“硬”分布情況和“密”、“疏”程度。

根據以上相關關系，并以已知的檢測結果進行標定，即可直接由瑞雷波的波速精確求取路面的密實程度。

4 路面壓實度控制

在高速公路路面加寬的施工過程中，采取以下措施對路面壓實度進行控制。

（1）采用多級臺階法壓實。對瀝青上、中、下面層和水穩底基層、上基層、下基層均銑刨臺階。多級臺階法有效保證了壓實質量，尤其是加大了新路與舊路的重疊量，保證了新路與舊路交接處的壓實度。

（2）水泥穩定碎石基層和瀝青面層初壓時采用側模碾壓，這樣能夠使新路與舊路搭接處碾壓時不虧料，保證了新路與舊路交接處的壓實度。

（3）使用碾壓質量控制系統和壓實度自動檢測儀進行碾壓質量自動控制和過程控制。碾壓控制系統可以通過實時監控碾壓遍數、碾壓速度，在不符合要求時自動報警，從而有效保證碾壓質量。壓實度檢測儀實現了對壓實度的不間斷檢測及自動控制[8-12]。

（4）水泥穩定碎石基層、底基層采用瑞雷波儀檢測壓實度；瀝青面層采用核子密度儀和雷達密度儀2種儀器檢測壓實度，并建立核子密度儀壓實度與雷達密度儀壓實度的線性關系。

（5）專利設備——高速公路水穩基層施工通用模板和瀝青面層施工通用模板。通用模板在整個施工過程中只支模1次，既保證了路面邊部的壓實質量，又減少了因分層施工要超寬攤鋪支模的弊端，大大降低了材料成本。

（6）專利儀器——熱拌瀝青混凝土松鋪厚度和溫度多功能測量儀。儀器在施工中檢測松鋪厚度和施工溫度，確保壓實在最佳壓實溫度下進行，保證壓實質量。

5 施工工藝流程

高速公路加寬路面壓實度控制施工工藝流程見圖7。

6 水泥穩定碎石基層、底基層施工要點

6.1 施工準備

（1）銑刨臺階。根據施工需要用銑刨機銑出底基層、下基層和上基層3級臺階（圖8）。臺階的高度為18 cm與底基層、下基層和上基層的設計高度一致；臺階的寬度統一為40 cm。

（2）安裝碾壓質量監控系統。碾壓質量控制系統包括數據采集系統、數據無線傳輸系統、數據處理系統、網絡系統及檢測儀器（瑞雷波壓實度檢測儀）。數據采集系統、數據無線傳輸系統、數據處理系統及檢測儀器安裝在復壓的YZ-26單鋼輪振動壓路機上（圖9），顯示器設在施工現場[13-15]。所有數據信息均傳輸到網絡系統，業主和監理可以隨時上網查看。

（3）安裝滑模式碾壓裝置。在初壓的YZ-22單鋼輪振動壓路機上安裝滑模式碾壓裝置。

（4）邊部支模板。在邊部支高速公路水穩基層施工通用模板，并固定牢固。

（5）上承層質量檢測。底基層施工時檢測路床的施工質量是否合格，下基層施工時檢測底基層的施工質量是否合格，上基層施工時檢測下基層的施工質量是否合格。

（6）灑水泥漿。為了保證層間黏結的效果，攤鋪前應將下結構層表面清掃干凈，然后采用機械灑布的方式進行水泥漿的灑布，使用的水泥與水泥碎石混合料用量一致，且水灰比宜為0.5，水泥用量宜為1 kg·m-2，噴灑時間在上結構層施工前1 h以內為宜。

（7）混合料攤鋪。為了減少縱向施工縫，使用DT-1600攤鋪機進行混合料全幅一次攤鋪成型。

（8）混合料質量檢測。檢測混合料含水量、水泥用量及松鋪系數是否滿足要求。

（9）臺階接縫處理。為了加強臺階接縫處及鋼模邊緣與混合料之間的連接，用水壺澆注適量的水泥漿（圖10）。

6.2 初壓

使用安裝有側模式碾壓裝置的YZ-22單鋼輪振動壓路機初壓2遍。

從起壓點開始，前進、后退1次為1趟，下一趟輪跡要疊上一趟輪跡的二分之一，直到疊過第2組壓路機的起壓點為止。完成上述碾壓為1遍。

第1遍使用靜壓，YZ-22單鋼輪振動壓路機從臺階接縫處開始逐趟向外側碾壓，第1趟碾壓時放下側模碾壓裝置進行側模碾壓，從第2趟開始至最后一趟收起側模碾壓裝置進行普通方式碾壓。

第2遍使用弱振（高頻低幅）碾壓，YZ-22單鋼輪振動壓路機從臺階接縫處開始逐趟向外側碾壓，第1趟碾壓時放下側模碾壓裝置進行滑模碾壓，從第2趟開始至最后一趟收起側模碾壓裝置進行普通方式碾壓。

6.3 復壓

復壓采用組合式碾壓，組合式碾壓參數選擇如下。

（1）壓路機配置。復壓采用2臺安裝有碾壓質量監控系統的YZ-26單鋼輪振動壓路機。

（2）組合方式。2臺安裝有碾壓質量監控系統的YZ-26單鋼輪振動壓路機前后組合成1組，同步前進，同步后退。

（3）振幅和頻率的選擇。復壓采用強振（低頻高幅）碾壓。

（4）疊輪方式。下一趟壓實時壓路機疊上一趟輪跡過的二分之一。

（5）壓實遍數。復壓3遍，即2臺YZ-26單鋼輪振動壓路機各3遍，共計6遍。

（6）壓實速度。復壓速度為2～3 km·h-1。

6.4 復壓特殊情況處理

（1）當服務器監控系統界面上顯示超速時，壓路機操作手要及時降速。

（2）復壓達到規定的壓實遍數后，如服務器顯示有不合格的段落及壓實度不合格的數據，且語音提示增加壓實遍數時，說明局部壓實度不合格。壓路機操作手要根據語音提示在對應的段落增加壓實遍數。

（3）控制系統語音提示壓實度合格，本段壓實結束，進入下一碾壓段。

6.5 壓實度檢測

復壓結束后，可人工進行質量檢測，驗證碾壓質量監控系統的準確度。

6.6 終壓

壓實度檢測合格后進行終壓，終壓時先用YZ-22單鋼輪振動壓路機靜壓1遍，然后用26 t輪胎式壓路機收面1～2遍。最后按照國家規范的相關規定進行驗收。

7 結語

為了提高高速公路加寬路面的壓實度，對壓路機進行了改造；水泥穩定碎石基層和瀝青面層初壓時采用側模碾壓，使新路和舊路搭接碾壓后不虧料，保證了交接處的壓實度。采用多級臺階法壓實，使用碾壓質量控制系統和壓實度自動檢測儀實現碾壓質量自動控制和施工過程控制。水泥穩定碎石基層、底基層采用瑞雷波儀檢測壓實度，瀝青面層采用核子密度儀和雷達密度儀2種儀器檢測壓實度。

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