水穩(wěn)層攤鋪新工藝：解決離析、壓實是關(guān)鍵

2013.06 建設(shè)機械技術(shù)與管理

我國高等級公路建設(shè)中，水穩(wěn)層攤鋪碾壓是很重要的環(huán)節(jié)。長久以來，水穩(wěn)層一直采用雙機分層分幅攤鋪工藝，近幾年，市場出現(xiàn)了水穩(wěn)層寬幅大厚度攤鋪一次成型的新工藝，帶動了大厚度大寬度攤鋪機和超重噸位壓路機的面市。對于這樣一項全新的攤鋪工藝和新設(shè)備，到底取得了什么樣的技術(shù)進步？在實際中施工應(yīng)用效果如何？施工中又如何面對國家規(guī)范與現(xiàn)實需求的矛盾？記者就此展開了一系列采訪。

水穩(wěn)層攤鋪新工藝：解決離析、壓實是關(guān)鍵

本刊記者 付驚群/FU Jingqun

近二十年余來，中國大規(guī)模的公路建設(shè)吸引了全世界關(guān)注的目光，到2012年末我國公路總里程423.75萬公里，等級公路里程360.96萬公里，其中一級路7.43萬公里，高速公路9.6萬公里。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)量優(yōu)劣直接影響到道路建成通車后的路用性能及使用壽命。我國高等級公路水穩(wěn)層設(shè)計厚度一般為20cm~40cm，對于20cm以上的鋪層由于受攤鋪及壓實設(shè)備的限制，攤鋪機無法滿足大寬度大厚度一次性攤鋪，因此采用分層攤鋪壓實的辦法，在交通部《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》中有專門的要求“用12~15t三輪壓路機碾壓時，每層的壓實厚度不應(yīng)超過15cm；用18~20t三輪壓路機和振動壓路機碾壓時，每層的壓實厚度不應(yīng)超過20cm；壓實厚度超過上述規(guī)定時,應(yīng)分層鋪筑,每層的最小壓實厚度為10cm，下層宜稍厚?！保ㄔ斠娨?guī)范鏈接），所以我國高等級公路水穩(wěn)層采用分層雙機攤鋪，這是全國多年來一直采用的成熟施工方法。

當然從理論上來說，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。近幾年來有些施工單位出于這樣的考慮進行了嘗試，國內(nèi)攤鋪機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。此工藝水穩(wěn)層攤鋪厚度大于20cm，寬度大于8m，把水穩(wěn)層形成一個整體的板塊結(jié)構(gòu)，施工效率和質(zhì)量有了很大提高。對于施工方在效率上而言，新工藝與普遍采用的雙機分層分幅施工相比是有優(yōu)勢的，因此在全國一些工地如云南、內(nèi)蒙、河南等地應(yīng)用推廣。2012年國內(nèi)攤鋪機骨干企業(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50cm的超級攤鋪機，該攤鋪機是目前鋪寬最大的一款攤鋪機，也被中聯(lián)重科稱為明星產(chǎn)品。同時三一也推出一臺16米攤鋪機SMP165C和36噸全液壓壓路機SSR360，兩家行業(yè)龍頭企業(yè)開始高調(diào)切入這一特殊細分市場，引起了業(yè)界更廣泛的關(guān)注。

對于這樣一項新工藝和新設(shè)備，其技術(shù)上到底取得了哪些進步？該工藝及設(shè)備在實際應(yīng)用中效果如何？對于各界普遍關(guān)注的水穩(wěn)材料離析和壓實度的問題采取了哪些技術(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度等相關(guān)問題進行了采訪，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以上的壓路機碾壓。用12~15t三輪壓路機碾壓時，每層的壓實厚度不應(yīng)超過15cm；用18~20t三輪壓路機和振動壓路機碾壓時，每層的壓實厚度不應(yīng)超過20cm；對于水泥穩(wěn)定中粒土和粗粒土，采用能量大的振動壓路機碾壓時，或?qū)τ谒喾€(wěn)定細粒土，采用振動羊足碾與三輪壓路機配合碾壓時，每層的壓實厚度可以根據(jù)試驗適當增加；壓實厚度超過上述規(guī)定時,應(yīng)分層鋪筑,每層的最小壓實厚度為10cm，下層宜稍厚。對于穩(wěn)定細粒土，以及用攤鋪機攤鋪的混合料，都應(yīng)采用先輕型、后重型壓路機碾壓……

大厚度寬幅攤鋪機問題之離析及壓實

國內(nèi)外傳統(tǒng)攤鋪機，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，攤鋪寬度越寬，厚度越大，離析也就越嚴重。對于超級攤鋪機大厚度寬幅來說，離析情況相比傳統(tǒng)攤鋪機更加難控制。并機分層攤鋪時，雖減少了橫向離析，但又產(chǎn)生了300mm至600mm寬并機接縫帶的縱向離析，所以離析一直以來是行業(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)計理念來說，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）和均勻壓實的擔心。如果沒有這些問題，哪個業(yè)主和施工單位會放著捷徑不走，故意花錢費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，在這兩個關(guān)鍵問題上都做了哪些關(guān)鍵性的突破和解決方案呢？記者分別采訪了長安大學教授、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)重科路面機械有限公司總經(jīng)理李文和總工程師余林。

1 對于攤鋪中離析問題的解決姚懷新表示，在通過十幾年的研究、實驗，對攤鋪機和攤鋪工藝做了無數(shù)次的探索調(diào)整后，他的觀點是：

（1）對于橫向離析：改高速馬達加減速機方案為用低速大扭矩徑向柱塞液壓馬達，降低了螺旋布料轉(zhuǎn)速。滿埋螺旋輸料，實現(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）對于豎向離析：采用彈性橡膠板結(jié)構(gòu)設(shè)計，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調(diào)節(jié)離地間隙，同時前導(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）對于縱向（并機接縫處）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，保持攤鋪層中縫處混合料均勻、充足、密實，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程中形成的阻滯、堆尖、及填塞不實的現(xiàn)象。

（4）對于片狀離析：增大攤鋪機料斗，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)重科路面機械有限公司總工程師余林，就新工藝離析問題余林說：“全新攤鋪機的研發(fā)生產(chǎn)中最大的難點還是離析的控制，可以這么說只要離析控制好，那么這個產(chǎn)品基本就成功了。在離析方面我們做了很多計算、模擬、實驗，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，保障離析最小化。

（1）熨平板負載自動調(diào)節(jié) 技 術(shù)、主 機 架升 降技術(shù)。要攤到55c m，就要提高螺旋葉片高度，刮板輸送高度不會變，保證物料連續(xù)性就要把機架架起來，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)、高負荷抗扭轉(zhuǎn)技術(shù)。滿足攤鋪機的大功率低速大扭矩的要求，保證連續(xù)性，在動力配置和輸送配置、牽引能力上做很大的改動。”

2 針對大厚度鋪層壓實難的辦法對于新工藝另一個不得不面對的技術(shù)難關(guān)，就是配套的壓實設(shè)備和壓實工藝。對于水穩(wěn)層30~40cm這樣大厚度的壓實，傳統(tǒng)的壓路機與壓實工藝肯定是無法滿足的。

記者走訪過程中發(fā)現(xiàn)有些采用新工藝的工程20cm以下基層壓實度達不到標準范圍，對于配套壓實中大集團研發(fā)專家姚懷新有著這樣的說法。

姚懷新介紹:“起初我們研究配套壓實工藝的時候走了很多彎路，實踐中經(jīng)常會有20cm以下壓實度不夠，上下離差大。但經(jīng)過數(shù)年的研究實踐，后來在壓路機上有了新突破。

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

（2）采用多種措施提高壓路機可靠性。比如增大發(fā)動機和液壓元件的功率配置，降低關(guān)鍵動力元器件的工作負荷；

（3）雙鋼輪壓路機采用進口發(fā)動機、變量泵和馬達，達到了雙頻七振幅的功能；

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

至于骨料會不會壓碎，許多用戶有擔心，但姚懷新說經(jīng)過觀察對骨料級配是沒有影響的。我們也是最近兩年才敢打保證的跟用戶說，壓實度可以做到完全達標，不會出現(xiàn)問題?！?/span>

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

水穩(wěn)層大厚度大寬度施工中的那些事兒

對于水穩(wěn)層大厚度寬幅這樣一項新工藝，因為施工效率明顯提升，所以國內(nèi)已經(jīng)有不少的項目工程開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)等多個省份工程采用了新型攤鋪工藝，本刊記者選取了幾個典型的施工案例進行了走訪，了解施工方和業(yè)主對此工藝的想法、經(jīng)驗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，加快工程進度，景婺黃（常）高速公路項目辦采取水穩(wěn)層大厚度寬幅施工。該項目相關(guān)負責人表示：“當時對曾經(jīng)采用同樣工藝的云南通建高速、思小高速公路進行了實地考察，結(jié)合我部實際情況，決定采用大厚度寬幅施工工藝鋪筑試驗路。本試驗路段基層設(shè)計厚度38cm，寬度11.06m。DT-1400攤鋪機全幅鋪筑，中大YZ32超重型壓路機，配以2臺中型壓路機和XP261型膠輪壓路機進行碾壓?！庇浾邌柕皆谑┕み^程中遇到困難時，該負責人說到：“因為此前沒有類似工藝的施工經(jīng)驗，所以還是要做多次實驗，確定壓實機械類型與組合壓實順序，壓實強度，碾壓速度以及碾壓遍數(shù)。我們就在三個試驗段采取了三種不同的壓實工藝，來進行對比研究選擇最佳的一種。此次施工中，并沒有明顯離析現(xiàn)象，取芯表面密實、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？記者接下來走訪的幾個工程又會是什么樣的結(jié)果？

中港二航局晉侯高速公路路面LM3標項目部試驗段同樣采用了水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪工藝，據(jù)該段項目負責人介紹，本次鋪筑的基層試驗段是K116+830~K117+000段右幅水穩(wěn)基層試驗段，全長170米，半幅設(shè)計寬度為11.36米，厚度32cm。該負責人表示：“通過此次試驗段我們發(fā)現(xiàn)有兩個難點就是壓實工藝和輸料的連續(xù)性。從壓實效果上看，開始我們采取了中大集團以往經(jīng)驗得出的壓實工藝，壓實度在32T壓路機碾壓完第五遍后已經(jīng)滿足規(guī)范要求，大噸位壓路機在最后一遍重振的時候容易將表層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)驗是再用20T單鋼輪壓路機小振消除輪跡，但效果不好，經(jīng)過我們研究發(fā)現(xiàn)直接采用26T膠輪壓路機的搓揉能力收光效果反而明顯。材料連續(xù)性來說，水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪需要的材料量太大，在運料車收料斗轉(zhuǎn)換期間攤鋪機斗倉里的材料就已經(jīng)攤鋪沒了，這樣攤鋪機會出現(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。當時租用陜西中大攤鋪機，離析控制在接受的范圍內(nèi)，雖說沒有具體的檢測，但是平整度和壓實度都檢測達標，但是仍然沒有達到我的期望。我公司承建路段地形特殊，路基和小橋相互交接，修建好一個橋再去攤鋪下一段路基，這樣整個工程下來攤鋪機停工時間會很長，對于租賃機器的我們來說成本也會變得很高。所以再攤鋪3公里左右的時候我們放棄了此攤鋪工藝?！?/span>

本次工程因為地形的特殊原因，加上機械租賃價格昂貴，所以攤鋪僅僅3公里后施工方便放棄了新工藝的選擇，這似乎看來新工藝的使用也會受到施工環(huán)境的影響。

由鄂爾多斯新大地建設(shè)集團承建的110國道包頭市協(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工程截然不同。據(jù)此項目副經(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)定級配沙礫，重量比為6:2:12:80，其中沙礫中摻50%碎石。李軍說：“當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碾壓段 第二個碾壓段 第三個碾壓段（采用）成型的攤鋪施工工藝，是因為此工藝不需分層攤鋪，縱向接縫也可以解決，從而提高工程質(zhì)量、加快施工進度、降低施工成本，但是真正的操作起來并沒有達到我想要的效果?！崩钴娊榻B，“開始施工后發(fā)現(xiàn)壓實度很難控制，壓實設(shè)備采用的是中大配套壓路機，壓實后20cm以下壓實度達不到標準范圍，下層壓實度不好從而導(dǎo)致取芯時下段成型不好。除壓實度不理想外，大寬度攤鋪混合料離析現(xiàn)象也比較嚴重，虛鋪系數(shù)不均勻，大料集中明顯，導(dǎo)致壓實后平整度不好，有坑洼現(xiàn)象。隨后攤鋪機械供應(yīng)方來到現(xiàn)場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?！?/span>

李軍的遭施工應(yīng)用實踐也讓我們更加清楚地認識到離析問題，這個讓多少專家、廠家、施工方都頭疼的問題，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，壓實度不夠，密實度不達標，將嚴重影響工程質(zhì)量道路壽命。雖說研發(fā)廠家針對離析已經(jīng)對攤鋪機做了多種升級調(diào)整，但是從施工實踐看來還不是所有工程都適用的。

綜上看來，水穩(wěn)層大厚度寬幅攤鋪還有一些問題需要進一步研究改進，如地形的特殊化、配套壓實工藝、攤鋪連續(xù)性以及離析的控制等。當然上述工程案例只是幾個典型的個案供大家閱讀分析，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、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明新工藝還是有需要改善提高的地方。