瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

胡文泉 童 濤 雷旭燦

(中交路橋南方工程有限公司，北京 101100)

0 引言

瀝青混合料是道路工程施工中的常用材料，通過對瀝青混合料的測試，可以對瀝青混合料的使用性能進(jìn)行檢測，反映出道路工程施工質(zhì)量以及運(yùn)行情況。在道路工程施工中，合理應(yīng)用瀝青混合料檢測技術(shù)，做好現(xiàn)場取樣、檢測結(jié)果分析十分重要。

在瀝青混合料取樣過程中，取樣的精度、效率提升和降低取樣對材料的影響是工程控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，在對道路瀝青混合料進(jìn)行取樣測試中，通常采用鐵鏟進(jìn)行取樣，每攤鋪一車料取樣一次，連續(xù)取樣三次。該施工方法雖可在適宜工況下取得良好的工程效益，但小鏟在金屬盤中進(jìn)行混合料縮分造成均分困難，且容易產(chǎn)生集料離析的問題。

為改善瀝青混合料取樣的效果，一些學(xué)者和現(xiàn)場技術(shù)人員對瀝青混合料取樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有針對性的研究。李冬冬等[1]、于新等[2]、藺陵等[3]發(fā)現(xiàn)通過分層隨機(jī)取樣方法進(jìn)行取樣，可以有效改善取樣質(zhì)量、提高取樣效率；鐘青[4]針對瀝青混合料使用過程中存在的問題進(jìn)行分析，提出了道路工程瀝青混合料的檢測措施；李好新等[5]對60℃、50℃、40℃、30℃及干冰、水冰溫度條件下取樣的瀝青混合料進(jìn)行表觀密度、孔隙率等性能研究，探究溫度變化對瀝青混合料試體性能的影響；邱懷中等[5]、何崇雄等[7]分別對橡膠瀝青混合料、鋼渣瀝青混合料、硅膠瀝青混合料進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能研究；馮新軍等[8]對高速公路瀝青路面取樣方法進(jìn)行了研究。

現(xiàn)有研究成果在適宜的工況下取得了較好的工程建設(shè)效果，但研究主要針對瀝青混合料材料本身及其理論分析，對瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍缺乏深入的研究。同時(shí)，現(xiàn)有工程措施和技術(shù)成果中，如何提高取樣效率、降低取樣對瀝青混合料的擾動(dòng)、提高取樣精度仍然是工程界關(guān)注的重點(diǎn)問題。鑒于此，為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文以工程為對象，以工藝為核心，對瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有針對性的改進(jìn)。

1 瀝青混合料原位取樣方法

如果取樣的目的是檢查混合料質(zhì)量，則應(yīng)從混合器底部或提升料斗中取樣。如果取樣是為了評估混合物的質(zhì)量，則需要多次取樣，混合均勻，作為代表性樣品。在施工現(xiàn)場取樣時(shí)，需要從路面寬度兩側(cè)的一半至三分之一處取樣，鋪裝后滾壓，鏟平鋪裝層材料。對鋪裝材料的每輛汽車進(jìn)行取樣，連續(xù)取樣三輛汽車后，混合均勻，按四分之一法取樣至足夠數(shù)量。隨機(jī)抽樣方法是根據(jù)適當(dāng)?shù)碾S機(jī)抽樣技術(shù)選擇抽樣位置和抽樣時(shí)間，樣本選擇具有無偏性和代表性。依據(jù)隨機(jī)取樣方法的具體形式來進(jìn)行劃分，隨機(jī)取樣方法可以簡單分為單純隨機(jī)取樣法、機(jī)械隨機(jī)抽樣法、二次隨機(jī)抽樣法以及分層隨機(jī)抽樣法4種方法。

（1）單純隨機(jī)取樣法：利用隨機(jī)數(shù)表或者隨機(jī)數(shù)生成器進(jìn)行抽樣，根據(jù)所抽取的隨機(jī)數(shù)在整個(gè)樣本中依次進(jìn)行隨機(jī)取樣。

（2）機(jī)械隨機(jī)抽樣法：由隨機(jī)數(shù)軟件產(chǎn)生第1個(gè)樣本，之后的樣本根據(jù)固定的時(shí)間和空間抽取。

（3）二次隨機(jī)抽樣法：當(dāng)混合料總體很大時(shí)，將總體分成若干批，先從這些批中進(jìn)行隨機(jī)抽取，接下來進(jìn)行第二次隨機(jī)抽取，即從第一批隨機(jī)抽取的樣本中再次進(jìn)行隨機(jī)抽取所需的樣品。

（4）分層隨機(jī)抽樣法：當(dāng)試驗(yàn)對象為一非均勻總體，即抽取對象的各個(gè)部分的質(zhì)量有所不同時(shí)，可以采用分層隨機(jī)取樣的方法。分層隨機(jī)取樣是把一個(gè)大的總體人為地劃分為多個(gè)相同的分總體，再在每一個(gè)分總體內(nèi)隨機(jī)取樣。

2 瀝青混合料原位取樣存在的問題

2.1 混合料容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象

拌合不均勻、混合料裝車操作不規(guī)范、攤鋪寬度過長、壓實(shí)效果不佳、采用小鏟取樣等因素都可能造成混合料產(chǎn)生離析現(xiàn)象。因此，必須嚴(yán)格控制攤鋪工藝、降低取樣對瀝青混合料的擾動(dòng)，使瀝青混合料在工程使用中可以達(dá)到設(shè)計(jì)效果，否則，會導(dǎo)致路面空隙率低，易發(fā)生水損害。

2.2 樣品溫度不易控制

在瀝青混合料取樣施工中，試體溫度易產(chǎn)生變化，不同溫度條件下的瀝青混合料表觀密度、孔隙率、水穩(wěn)定性等性能差異較大，影響檢測結(jié)果。因此，取樣過程中必須對集料進(jìn)行保溫處理，使試體溫度與實(shí)際溫度一致，否則，會引起性能發(fā)生變化，影響最終檢測結(jié)果的評判。

2.3 取樣對瀝青混合料的擾動(dòng)大

道路施工現(xiàn)場取樣時(shí)，應(yīng)在攤鋪后、未碾壓前，在攤鋪寬度的兩側(cè)進(jìn)行取樣，采用鐵鏟進(jìn)行取樣，會對瀝青結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生影響，破壞結(jié)構(gòu)層的整體性。

3 瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及特點(diǎn)

3.1 瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目起點(diǎn)為興贛高速公路與石吉高速交叉位置，對接興贛高速興國樞紐互通二期工程終點(diǎn)（主線YK1+240位置）。興國樞紐互通二期工程終點(diǎn)3K2+330＝本項(xiàng)目主線K1+193.761。往北沿X794線走廊布線，經(jīng)城崗鄉(xiāng)、良村鎮(zhèn)、南坑鄉(xiāng)后進(jìn)入寧都縣境內(nèi)，經(jīng)過大沽鄉(xiāng)設(shè)樞紐互通與廣吉高速相交，終點(diǎn)在小布鎮(zhèn)北側(cè)與昌寧高速公路對接，終點(diǎn)樁號K64+032。本項(xiàng)目路線全長為63.928km。本標(biāo)段起點(diǎn)樁號YK1+240，終點(diǎn)樁號K29+600，全長29.496km（含服務(wù)區(qū)）。項(xiàng)目段落位于贛州市興國縣，沿線有興國樞紐互通、石源隧道、城崗隧道、良村互通。基于現(xiàn)有研究成果和上述工程技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合瀝青混合料取樣技術(shù)施工的實(shí)際情況，對現(xiàn)場施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（見圖1）。

圖1 瀝青混合料取樣裝置優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

（1）取樣裝置包括取樣筒、控位螺桿和支撐底板：取樣筒的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置由石棉布切割而成的筒腔保溫層，外側(cè)壁上設(shè)置管壁進(jìn)料口，筒腔內(nèi)沿取樣筒豎向均勻間隔焊接筒腔隔板；取樣筒采用直徑100mm鋼管軋制而成，底端與樣筒管尖焊接連接，內(nèi)側(cè)壁與筒腔保溫層粘貼連接，外側(cè)壁與反力橫板垂直焊接。

（2）在取樣筒的頂端和底端分別設(shè)置上部導(dǎo)槽和下部導(dǎo)槽（見圖2、圖3），并使轉(zhuǎn)動(dòng)封蓋的底端經(jīng)上部導(dǎo)槽后插入下部導(dǎo)槽內(nèi)；使控位螺桿的底端與支撐底板垂直焊接連接，頂端穿過反力橫板后，與緊固螺母連接；支撐底板上設(shè)置導(dǎo)向套管，并在導(dǎo)向套管內(nèi)側(cè)設(shè)置柔性墊環(huán)；轉(zhuǎn)動(dòng)封蓋采用厚度為3mm的鋼板軋制而成，橫斷面呈圓弧形，頂部與轉(zhuǎn)動(dòng)手柄焊接連接。

圖2 上部導(dǎo)槽優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

圖3 下部導(dǎo)槽優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

（3）取樣施工時(shí)，先將支撐底板置于瀝青混合料上表面，再通過緊固螺母對取樣筒施加下壓力，使瀝青混合料自管壁進(jìn)料口進(jìn)入取樣筒內(nèi)部；然后人工轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使轉(zhuǎn)動(dòng)封蓋沿上部導(dǎo)槽和下部導(dǎo)槽轉(zhuǎn)動(dòng)，啟閉管壁進(jìn)料口；隨后采用人工提拉反力橫板及取樣筒，完成現(xiàn)場取樣。

3.2 瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）在取樣筒的筒腔內(nèi)均勻間隔設(shè)置筒腔隔板，可形成多個(gè)存料管腔，并可通過轉(zhuǎn)動(dòng)封蓋轉(zhuǎn)動(dòng)封閉不同深度處進(jìn)入取樣筒的瀝青混合料，實(shí)現(xiàn)不同深度多點(diǎn)同步取樣。

（2）在取樣筒的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置筒腔保溫層，通過緊固螺母靜壓反力橫板及取樣筒，實(shí)現(xiàn)取樣保溫和靜壓取樣，降低了現(xiàn)場取樣對瀝青混合料的擾動(dòng)，提高了取樣的精度。

4 結(jié)束語

受諸多不確定性因素影響，合理應(yīng)用瀝青混合料檢測技術(shù)，做好現(xiàn)場取樣、檢測結(jié)果分析一直是現(xiàn)場控制的難點(diǎn)。本文基于路面加寬施工的關(guān)鍵技術(shù)難題，提出了瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

（1）形成了一種可實(shí)現(xiàn)不同深度多點(diǎn)同步取樣、降低現(xiàn)場取樣對瀝青混合料的擾動(dòng)、提高取樣精度的瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)，并對結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，闡明結(jié)構(gòu)的合理性和工程適用性。

（2）基于工程實(shí)際情況，對瀝青混合料原位取樣結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，闡明結(jié)構(gòu)的實(shí)用性和優(yōu)越性。

（3）研究成果用于興贛北延AP1標(biāo)公路施工，保證了施工質(zhì)量，取得良好施工效果，為公司積累了高模量瀝青混凝土施工案例的經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了企業(yè)的技術(shù)積累和儲備，為以后類似工程的施工提供更多的參考和借鑒。