水穩(wěn)層攤鋪新工藝：解決離析、壓實(shí)是關(guān)鍵

2013.06 建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理

我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)中，水穩(wěn)層攤鋪碾壓是很重要的環(huán)節(jié)。長(zhǎng)久以來(lái)，水穩(wěn)層一直采用雙機(jī)分層分幅攤鋪工藝，近幾年，市場(chǎng)出現(xiàn)了水穩(wěn)層寬幅大厚度攤鋪一次成型的新工藝，帶動(dòng)了大厚度大寬度攤鋪機(jī)和超重噸位壓路機(jī)的面市。對(duì)于這樣一項(xiàng)全新的攤鋪工藝和新設(shè)備，到底取得了什么樣的技術(shù)進(jìn)步？在實(shí)際中施工應(yīng)用效果如何？施工中又如何面對(duì)國(guó)家規(guī)范與現(xiàn)實(shí)需求的矛盾？記者就此展開(kāi)了一系列采訪。

水穩(wěn)層攤鋪新工藝：解決離析、壓實(shí)是關(guān)鍵

本刊記者 付驚群/FU Jingqun

近二十年余來(lái)，中國(guó)大規(guī)模的公路建設(shè)吸引了全世界關(guān)注的目光，到2012年末我國(guó)公路總里程423.75萬(wàn)公里，等級(jí)公路里程360.96萬(wàn)公里，其中一級(jí)路7.43萬(wàn)公里，高速公路9.6萬(wàn)公里。如此大規(guī)模的公路建設(shè)中，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)占了很大的比重，而半剛性基層又以水穩(wěn)層碎石基層為主，它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到道路建成通車后的路用性能及使用壽命。我國(guó)高等級(jí)公路水穩(wěn)層設(shè)計(jì)厚度一般為20cm~40cm，對(duì)于20cm以上的鋪層由于受攤鋪及壓實(shí)設(shè)備的限制，攤鋪機(jī)無(wú)法滿足大寬度大厚度一次性攤鋪，因此采用分層攤鋪壓實(shí)的辦法，在交通部《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》中有專門(mén)的要求“用12~15t三輪壓路機(jī)碾壓時(shí)，每層的壓實(shí)厚度不應(yīng)超過(guò)15cm；用18~20t三輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，每層的壓實(shí)厚度不應(yīng)超過(guò)20cm；壓實(shí)厚度超過(guò)上述規(guī)定時(shí),應(yīng)分層鋪筑,每層的最小壓實(shí)厚度為10cm，下層宜稍厚?！保ㄔ斠?jiàn)規(guī)范鏈接），所以我國(guó)高等級(jí)公路水穩(wěn)層采用分層雙機(jī)攤鋪，這是全國(guó)多年來(lái)一直采用的成熟施工方法。

當(dāng)然從理論上來(lái)說(shuō)，如果大厚度水穩(wěn)層能夠一次攤鋪成型，既消除層間鏈接的顧慮，又提高了施工效率，這是最理想的。近幾年來(lái)有些施工單位出于這樣的考慮進(jìn)行了嘗試，國(guó)內(nèi)攤鋪機(jī)制造廠家陜西中大于05研制推出水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪工藝和專用攤鋪機(jī)。此工藝水穩(wěn)層攤鋪厚度大于20cm，寬度大于8m，把水穩(wěn)層形成一個(gè)整體的板塊結(jié)構(gòu)，施工效率和質(zhì)量有了很大提高。對(duì)于施工方在效率上而言，新工藝與普遍采用的雙機(jī)分層分幅施工相比是有優(yōu)勢(shì)的，因此在全國(guó)一些工地如云南、內(nèi)蒙、河南等地應(yīng)用推廣。2012年國(guó)內(nèi)攤鋪機(jī)骨干企業(yè)中聯(lián)重科又在bauma上海展上推出攤鋪寬度16.5m，攤鋪厚度達(dá)50cm的超級(jí)攤鋪機(jī)，該攤鋪機(jī)是目前鋪寬最大的一款攤鋪機(jī)，也被中聯(lián)重科稱為明星產(chǎn)品。同時(shí)三一也推出一臺(tái)16米攤鋪機(jī)SMP165C和36噸全液壓壓路機(jī)SSR360，兩家行業(yè)龍頭企業(yè)開(kāi)始高調(diào)切入這一特殊細(xì)分市場(chǎng)，引起了業(yè)界更廣泛的關(guān)注。

對(duì)于這樣一項(xiàng)新工藝和新設(shè)備，其技術(shù)上到底取得了哪些進(jìn)步？該工藝及設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中效果如何？對(duì)于各界普遍關(guān)注的水穩(wěn)材料離析和壓實(shí)度的問(wèn)題采取了哪些技術(shù)措施？筆者采訪了研發(fā)生產(chǎn)廠家相關(guān)專家，就有關(guān)新工藝的離析與壓實(shí)度等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了采訪，讀者們可以從中解讀一二。

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JT034-2000)中第3章水泥穩(wěn)定土中第1節(jié)一般規(guī)定的第7條第7款規(guī)定：

……水泥穩(wěn)定土結(jié)構(gòu)層應(yīng)用12t以上的壓路機(jī)碾壓。用12~15t三輪壓路機(jī)碾壓時(shí)，每層的壓實(shí)厚度不應(yīng)超過(guò)15cm；用18~20t三輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，每層的壓實(shí)厚度不應(yīng)超過(guò)20cm；對(duì)于水泥穩(wěn)定中粒土和粗粒土，采用能量大的振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，或?qū)τ谒喾€(wěn)定細(xì)粒土，采用振動(dòng)羊足碾與三輪壓路機(jī)配合碾壓時(shí)，每層的壓實(shí)厚度可以根據(jù)試驗(yàn)適當(dāng)增加；壓實(shí)厚度超過(guò)上述規(guī)定時(shí),應(yīng)分層鋪筑,每層的最小壓實(shí)厚度為10cm，下層宜稍厚。對(duì)于穩(wěn)定細(xì)粒土，以及用攤鋪機(jī)攤鋪的混合料，都應(yīng)采用先輕型、后重型壓路機(jī)碾壓……

大厚度寬幅攤鋪機(jī)問(wèn)題之離析及壓實(shí)

國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)攤鋪機(jī)，在半埋螺旋（或物料埋螺旋三分之二）輸料的情況下，由于螺旋高速旋轉(zhuǎn)物料拋揚(yáng)，攤鋪寬度越寬，厚度越大，離析也就越嚴(yán)重。對(duì)于超級(jí)攤鋪機(jī)大厚度寬幅來(lái)說(shuō)，離析情況相比傳統(tǒng)攤鋪機(jī)更加難控制。并機(jī)分層攤鋪時(shí)，雖減少了橫向離析，但又產(chǎn)生了300mm至600mm寬并機(jī)接縫帶的縱向離析，所以離析一直以來(lái)是行業(yè)內(nèi)專家高度關(guān)注并且視為重大科技攻關(guān)的課題。從道路結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)理念來(lái)說(shuō)，理想的水穩(wěn)層應(yīng)該是整體成型，結(jié)構(gòu)和材料全部是連續(xù)均勻受力才是最好的。但是為什么在《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》中要求采用分層攤鋪分層碾壓呢？這是出于對(duì)大厚度大寬度攤鋪很難保證水泥穩(wěn)定碎石連續(xù)均勻（即離析）和均勻壓實(shí)的擔(dān)心。如果沒(méi)有這些問(wèn)題，哪個(gè)業(yè)主和施工單位會(huì)放著捷徑不走，故意花錢(qián)費(fèi)力地分層攤分層壓呢？那么陜西中大和中聯(lián)重科推出此種新的設(shè)備和工藝，在這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上都做了哪些關(guān)鍵性的突破和解決方案呢？記者分別采訪了長(zhǎng)安大學(xué)教授、陜西中大水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪研發(fā)者姚懷新、中聯(lián)重科路面機(jī)械有限公司總經(jīng)理李文和總工程師余林。

1 對(duì)于攤鋪中離析問(wèn)題的解決姚懷新表示，在通過(guò)十幾年的研究、實(shí)驗(yàn)，對(duì)攤鋪機(jī)和攤鋪工藝做了無(wú)數(shù)次的探索調(diào)整后，他的觀點(diǎn)是：

（1）對(duì)于橫向離析：改高速馬達(dá)加減速機(jī)方案為用低速大扭矩徑向柱塞液壓馬達(dá)，降低了螺旋布料轉(zhuǎn)速。滿埋螺旋輸料，實(shí)現(xiàn)了集料的二次攪拌，有效地改善了前道工序(裝卸、收斗等)形成的集料離析。

（2）對(duì)于豎向離析：采用彈性橡膠板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免了料槽因缺料在螺旋與前擋板之間產(chǎn)生的粒料滾落斜坡；在前擋板下方加裝了上下高度可調(diào)的前導(dǎo)板，根據(jù)攤鋪厚度和材料不同適當(dāng)調(diào)節(jié)離地間隙，同時(shí)前導(dǎo)板下部采用彈性橡膠板結(jié)構(gòu)，可以將離地間隙調(diào)為最小且利用彈性板的外張效果減小螺旋的輸料阻力。

（3）對(duì)于縱向（并機(jī)接縫處）離析：在鏈輪箱左右(中縫處) 根據(jù)需要各加裝一組角度可調(diào)數(shù)量可變的反向螺旋葉片，根據(jù)攤鋪厚度和材料的變化來(lái)調(diào)節(jié)反向葉片數(shù)量和角度，使大小粒料能均勻向螺旋鏈輪箱下方填充，保持?jǐn)備亴又锌p處混合料均勻、充足、密實(shí)，以避免縱向帶狀離析。減少螺旋支撐（螺旋吊掛）橫截面尺寸、加裝過(guò)渡葉片、加大螺旋直徑 (有大到小梯階排例 ) ，加寬料槽，以減少集料在螺旋輸送過(guò)程中形成的阻滯、堆尖、及填塞不實(shí)的現(xiàn)象。

（4）對(duì)于片狀離析：增大攤鋪機(jī)料斗，減少收斗造成的大粒徑物料集中產(chǎn)生的局部片狀離析。

中聯(lián)重科路面機(jī)械有限公司總工程師余林，就新工藝離析問(wèn)題余林說(shuō)：“全新攤鋪機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)中最大的難點(diǎn)還是離析的控制，可以這么說(shuō)只要離析控制好，那么這個(gè)產(chǎn)品基本就成功了。在離析方面我們做了很多計(jì)算、模擬、實(shí)驗(yàn)，保證低速大扭矩的情況下物料可以穩(wěn)定連續(xù)輸送，還有螺旋槽、葉片直徑都有充分的研究設(shè)計(jì)，保障離析最小化。

（1）熨平板負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié) 技 術(shù)、主 機(jī) 架升 降技術(shù)。要攤到55c m，就要提高螺旋葉片高度，刮板輸送高度不會(huì)變，保證物料連續(xù)性就要把機(jī)架架起來(lái)，刮板和螺旋葉片都提高，物料輸送鏈才連續(xù)；

（2）低速行走穩(wěn)定控制技術(shù)、高負(fù)荷抗扭轉(zhuǎn)技術(shù)。滿足攤鋪機(jī)的大功率低速大扭矩的要求，保證連續(xù)性，在動(dòng)力配置和輸送配置、牽引能力上做很大的改動(dòng)。”

2 針對(duì)大厚度鋪層壓實(shí)難的辦法對(duì)于新工藝另一個(gè)不得不面對(duì)的技術(shù)難關(guān)，就是配套的壓實(shí)設(shè)備和壓實(shí)工藝。對(duì)于水穩(wěn)層30~40cm這樣大厚度的壓實(shí)，傳統(tǒng)的壓路機(jī)與壓實(shí)工藝肯定是無(wú)法滿足的。

記者走訪過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有些采用新工藝的工程20cm以下基層壓實(shí)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)范圍，對(duì)于配套壓實(shí)中大集團(tuán)研發(fā)專家姚懷新有著這樣的說(shuō)法。

姚懷新介紹:“起初我們研究配套壓實(shí)工藝的時(shí)候走了很多彎路，實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)有20cm以下壓實(shí)度不夠，上下離差大。但經(jīng)過(guò)數(shù)年的研究實(shí)踐，后來(lái)在壓路機(jī)上有了新突破。

（1）壓路機(jī)增加噸位自重、增加激振力。Z32單鋼輪最大作用力可達(dá)80噸，作業(yè)厚度可達(dá)50cm；

（2）采用多種措施提高壓路機(jī)可靠性。比如增大發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓元件的功率配置，降低關(guān)鍵動(dòng)力元器件的工作負(fù)荷；

（3）雙鋼輪壓路機(jī)采用進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī)、變量泵和馬達(dá)，達(dá)到了雙頻七振幅的功能；

（4）對(duì)原有壓實(shí)工藝也進(jìn)行調(diào)整。水穩(wěn)層攤鋪完之后先用小壓路機(jī)稍微靜碾一次，然后直接上大型壓路機(jī)重壓，在上層硬殼形成之前讓下層受激振力。

至于骨料會(huì)不會(huì)壓碎，許多用戶有擔(dān)心，但姚懷新說(shuō)經(jīng)過(guò)觀察對(duì)骨料級(jí)配是沒(méi)有影響的。我們也是最近兩年才敢打保證的跟用戶說(shuō)，壓實(shí)度可以做到完全達(dá)標(biāo)，不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題?！?/span>

以上是姚懷新和余林為解決新工藝產(chǎn)生的離析和壓實(shí)度相關(guān)問(wèn)題給予的方案，然而這些方案是否可以和實(shí)踐施工完美的結(jié)合還是紙上談兵，筆者走訪了幾個(gè)使用過(guò)中大設(shè)備的工地，就施工的實(shí)際情況看看離析與壓實(shí)問(wèn)題的解決到底如何。

水穩(wěn)層大厚度大寬度施工中的那些事兒

對(duì)于水穩(wěn)層大厚度寬幅這樣一項(xiàng)新工藝，因?yàn)槭┕ば拭黠@提升，所以國(guó)內(nèi)已經(jīng)有不少的項(xiàng)目工程開(kāi)始嘗試去使用這樣的工藝。如大理麗江高速公路、包頭市協(xié)力氣至沙爾沁段公路的改建工程、景婺黃（常）高速公路、晉侯高速公路等，此外四川省、江西省和內(nèi)蒙古自治區(qū)等多個(gè)省份工程采用了新型攤鋪工藝，本刊記者選取了幾個(gè)典型的施工案例進(jìn)行了走訪，了解施工方和業(yè)主對(duì)此工藝的想法、經(jīng)驗(yàn)以及真是的使用效率。

記者了解到景婺黃（常）高速公路路面工程為了提高路面工程的質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，景婺黃（常）高速公路項(xiàng)目辦采取水穩(wěn)層大厚度寬幅施工。該項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“當(dāng)時(shí)對(duì)曾經(jīng)采用同樣工藝的云南通建高速、思小高速公路進(jìn)行了實(shí)地考察，結(jié)合我部實(shí)際情況，決定采用大厚度寬幅施工工藝鋪筑試驗(yàn)路。本試驗(yàn)路段基層設(shè)計(jì)厚度38cm，寬度11.06m。DT-1400攤鋪機(jī)全幅鋪筑，中大YZ32超重型壓路機(jī)，配以2臺(tái)中型壓路機(jī)和XP261型膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。”記者問(wèn)到在施工過(guò)程中遇到困難時(shí)，該負(fù)責(zé)人說(shuō)到：“因?yàn)榇饲皼](méi)有類似工藝的施工經(jīng)驗(yàn)，所以還是要做多次實(shí)驗(yàn)，確定壓實(shí)機(jī)械類型與組合壓實(shí)順序，壓實(shí)強(qiáng)度，碾壓速度以及碾壓遍數(shù)。我們就在三個(gè)試驗(yàn)段采取了三種不同的壓實(shí)工藝，來(lái)進(jìn)行對(duì)比研究選擇最佳的一種。此次施工中，并沒(méi)有明顯離析現(xiàn)象，取芯表面密實(shí)、外壁光滑、試件完整?！?/span>

單從本次工程上看，水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪取得了很好的效果，但是這一次的成功能表明新工藝就此完美可以大范圍使用了嗎？記者接下來(lái)走訪的幾個(gè)工程又會(huì)是什么樣的結(jié)果？

中港二航局晉侯高速公路路面LM3標(biāo)項(xiàng)目部試驗(yàn)段同樣采用了水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪工藝，據(jù)該段項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，本次鋪筑的基層試驗(yàn)段是K116+830~K117+000段右幅水穩(wěn)基層試驗(yàn)段，全長(zhǎng)170米，半幅設(shè)計(jì)寬度為11.36米，厚度32cm。該負(fù)責(zé)人表示：“通過(guò)此次試驗(yàn)段我們發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)難點(diǎn)就是壓實(shí)工藝和輸料的連續(xù)性。從壓實(shí)效果上看，開(kāi)始我們采取了中大集團(tuán)以往經(jīng)驗(yàn)得出的壓實(shí)工藝，壓實(shí)度在32T壓路機(jī)碾壓完第五遍后已經(jīng)滿足規(guī)范要求，大噸位壓路機(jī)在最后一遍重振的時(shí)候容易將表層5厘米范圍內(nèi)的大顆粒帶到表面造成表面離析，中大給出經(jīng)驗(yàn)是再用20T單鋼輪壓路機(jī)小振消除輪跡，但效果不好，經(jīng)過(guò)我們研究發(fā)現(xiàn)直接采用26T膠輪壓路機(jī)的搓揉能力收光效果反而明顯。材料連續(xù)性來(lái)說(shuō)，水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪需要的材料量太大，在運(yùn)料車收料斗轉(zhuǎn)換期間攤鋪機(jī)斗倉(cāng)里的材料就已經(jīng)攤鋪沒(méi)了，這樣攤鋪機(jī)會(huì)出現(xiàn)短暫的等料，從而導(dǎo)致攤鋪不連續(xù)，影響平整度，容易加大離析問(wèn)題?！?/span>

大理麗江高速公路其中一段由云南省路橋二公司承建，該段水穩(wěn)層便采用大厚度寬幅一次成型攤鋪工藝，據(jù)該段項(xiàng)目經(jīng)理蔣總介紹，大理麗江高速公路底基層為34cm，寬度11.5m，云南路橋二公司承建路段中采用水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪工藝，長(zhǎng)度3公里。蔣總告訴記者：“為了提高效率節(jié)省成本，我公司選用了水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪工藝。當(dāng)時(shí)租用陜西中大攤鋪機(jī)，離析控制在接受的范圍內(nèi)，雖說(shuō)沒(méi)有具體的檢測(cè)，但是平整度和壓實(shí)度都檢測(cè)達(dá)標(biāo)，但是仍然沒(méi)有達(dá)到我的期望。我公司承建路段地形特殊，路基和小橋相互交接，修建好一個(gè)橋再去攤鋪下一段路基，這樣整個(gè)工程下來(lái)攤鋪機(jī)停工時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，對(duì)于租賃機(jī)器的我們來(lái)說(shuō)成本也會(huì)變得很高。所以再攤鋪3公里左右的時(shí)候我們放棄了此攤鋪工藝?！?/span>

本次工程因?yàn)榈匦蔚奶厥庠?，加上機(jī)械租賃價(jià)格昂貴，所以攤鋪僅僅3公里后施工方便放棄了新工藝的選擇，這似乎看來(lái)新工藝的使用也會(huì)受到施工環(huán)境的影響。

由鄂爾多斯新大地建設(shè)集團(tuán)承建的110國(guó)道包頭市協(xié)力氣至沙爾沁段公路的改建工程，其水穩(wěn)層也采用大厚度寬幅攤鋪工藝，但效果卻與上述幾個(gè)工程截然不同。據(jù)此項(xiàng)目副經(jīng)理李軍介紹，該段道路底基層厚度32cm，寬度11.85m，底基層材料為水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配沙礫，重量比為6:2:12:80，其中沙礫中摻50%碎石。李軍說(shuō)：“當(dāng)初修建這條道路之所以選擇水穩(wěn)層大厚度寬幅一次第一個(gè)碾壓段 第二個(gè)碾壓段 第三個(gè)碾壓段（采用）成型的攤鋪施工工藝，是因?yàn)榇斯に嚥恍璺謱訑備?，縱向接縫也可以解決，從而提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、降低施工成本，但是真正的操作起來(lái)并沒(méi)有達(dá)到我想要的效果?！崩钴娊榻B，“開(kāi)始施工后發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度很難控制，壓實(shí)設(shè)備采用的是中大配套壓路機(jī)，壓實(shí)后20cm以下壓實(shí)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)范圍，下層壓實(shí)度不好從而導(dǎo)致取芯時(shí)下段成型不好。除壓實(shí)度不理想外，大寬度攤鋪混合料離析現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，虛鋪系數(shù)不均勻，大料集中明顯，導(dǎo)致壓實(shí)后平整度不好，有坑洼現(xiàn)象。隨后攤鋪機(jī)械供應(yīng)方來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)提供了一些解決方案，但是效果并不理想，最終我們放棄了水穩(wěn)層大寬度大厚度攤鋪工藝，選擇了傳統(tǒng)分層攤鋪施工，分兩層完成36cm底基層攤鋪。”

李軍的遭施工應(yīng)用實(shí)踐也讓我們更加清楚地認(rèn)識(shí)到離析問(wèn)題，這個(gè)讓多少專家、廠家、施工方都頭疼的問(wèn)題，在大厚度寬幅中由于寬度厚度的增大，離析更加難以把握，從而造成大料集中，壓實(shí)度不夠，密實(shí)度不達(dá)標(biāo)，將嚴(yán)重影響工程質(zhì)量道路壽命。雖說(shuō)研發(fā)廠家針對(duì)離析已經(jīng)對(duì)攤鋪機(jī)做了多種升級(jí)調(diào)整，但是從施工實(shí)踐看來(lái)還不是所有工程都適用的。

綜上看來(lái)，水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪還有一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究改進(jìn)，如地形的特殊化、配套壓實(shí)工藝、攤鋪連續(xù)性以及離析的控制等。當(dāng)然上述工程案例只是幾個(gè)典型的個(gè)案供大家閱讀分析，有很多采用水穩(wěn)層大厚度寬幅施工項(xiàng)目還是得到了很好的效果，比如鄂爾多斯F1賽道的修筑，從水穩(wěn)層到瀝青層均采用了新工藝的攤鋪；內(nèi)蒙呼集高速公路18、19、21標(biāo)、北黑高速、新疆烏魯木齊216、217線等等很多成功的案例，但只要不是百分之百的施工成功率就說(shuō)明新工藝還是有需要改善提高的地方。