關于瀝青路面設計與施工中的安全性研究

基礎:電力加熱可實現對基礎的至高需求“如果你想有光，你就有世界上的光。”上帝在創世紀時充分地考慮了人的需求。和其他工程機械產品一樣,攤鋪機的發展趨勢與技術創新也被施工方和機器操作人員的需求驅動著。戴納派克攤鋪銑刨產品部經理TomChastain先生告訴記者:“作為制造商,我們一直想弄清楚‘如果是我每天坐在上面工作長達8到10個小時,我會不會感到舒服?如果讓某個生手上去,這些操作對他來說是不是足夠簡單?’”而另一個攤鋪機制造商——寶馬格為了使操作人員獲得更好的視野,并能將操作姿勢調整到更舒適的位置,降低了其800系列攤鋪機的側面高度。出于對操作人員的考慮,攤鋪機制造商紛紛在人機工程學、視野、舒適度等方面進行了改進與創新。對于更關心設備的工作效率和成本的施工方,制造商開始使用電力加熱熨平板代替柴油加熱熨平板,不但省卻了柴油燃料,而且消除了排放的油煙造成的污染問題,既經濟又環保。對熨平板的另一項改進是帶壓實功能的熨平板。這種高壓實熨平板在布料前對物料進行預壓實,消除了部分壓實差異。攤鋪機制造商們一致認為,這種熨平板將可能成為未來攤鋪機的標準,戴納派克、維特根、沃爾沃等廠家紛紛將其應用到自己的產品中去。那么,我們到底需要什么樣的攤鋪機呢?寶馬格攤鋪銑刨產品美國市場銷售經理JohnHood先生用了一個很形象的比喻回答了記者的提問:“人人都在尋找一種瑞士軍刀式的攤鋪機。”要弄清人們對攤鋪機的需求,必須先了解人們需要什么樣的路。路面的結構與層間連接的矛盾早期破壞是路面服務能力和使用壽命的殺手,而這主要是由路面的結構設計、施工工藝等方面的缺陷造成的。當記者問到我國現行的瀝青路面設計和施工工藝之間存在的矛盾時,從事路面結構與材料研究的河南高管局張紅春博士指出:“我國瀝青混凝土路面以彎沉為設計指標,應用多層彈性理論以確定路面厚度,并對層底拉應力進行驗算。該路面設計理論體系是以‘層間接觸條件為完全連續體系’這一假設為前提的。在這一假設下,用計算法設計的路面是安全的,能達到設計壽命。而在實際項目中,路面是分3層施工的。盡管采取了封層、黏層等措施,路面層間連接仍是薄弱環節,不可能是完全的連續體系。路面施工往往在通車前,由于各分項工程交叉施工,導致層間污染非常嚴重,分層施工后層間連接無法形成嵌鎖,造成了路面層間滑動。由于設計與施工的不配套,盡管理論設計出的路面是完善的,但施工無法達到理想的設計要求,建成的路面與理論設計存在差距,發生早期破壞就不足為怪了。”瀝青混凝土路面分層施工的突出問題是層間黏接不能相互嵌鎖,造成層間不連續,路面開裂后水進入層間,行車時的動水壓力和靜水壓力使瀝青與石料剝離,出現路面松散、坑槽。分層施工的第二個問題是由于攤鋪層太薄,溫度散熱快,攤鋪時容易出現溫度離析,無法碾壓至規定的壓實度。這將導致路面的空隙率太大,從而降低了防水性能和承載能力。關于路面的結構設計與實際分層施工的不配套問題,張紅春博士認為:瀝青路面不分層施工或盡量減少層數是擺在我們面前的現實課題。減少攤鋪層數可有效地避免上述問題,但是這樣必然增大攤鋪厚度,而由于機械水平的限制,我國《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40—2004)規定“瀝青混凝土路面的壓實層最大厚度不宜大于100mm”,這使得分層施工陷入兩難的境地——明知不可為,卻不得不為。雙向收費的瀝青專站臺鋪研究表明,壓實的最大障礙是層間攤鋪時的熱量流失,而這將嚴重影響壓實的效果。壓實度不足,將導致路面空隙率變大,從而減弱瀝青路面面層的防水性能。多孔面層無法阻止水分滲入,在凍融時期將造成路面性能的惡化,從而出現早期病害,影響路面的質量和使用壽命。1993年,德國Erfurt應用科學大學的ElkRichter教授獲得雙層攤鋪技術的專利。在對這項技術的最初研究中,ElkRichter教授和他的研究小組確立的首要目標是在攤鋪時通過充分利用底層瀝青混合料所釋放的熱量來提高壓實度。此外,他們希望這種技術還能達到以下目標。(1)使用常規的壓實方法和工藝,可以獲得極好的壓實度。通過利用黏接層散發的熱量,得到更長的壓實時間。(2)瀝青的結構特性有所增強。研究表明,壓實度增大1%可以使瀝青的機械特性增強15%。(3)建成的路面磨耗層只有2cm厚,壓實要充分,防水性能佳。(4)降低在寒冷天氣時進行攤鋪從而造成質量損失的風險。(5)增強磨耗層與黏接層的黏結力。(6)縮短施工周期。在初期試驗中,研究小組直接使用一臺攤鋪機緊跟另一臺的方式進行攤鋪,結果出現很多問題。于是,項目合作人HermannKirchner先生決定建立一個可以同步進行雙層攤鋪的機器原型。這一模塊可以安裝到普通攤鋪機上,使其擁有同時存儲和運送兩種混合料的功能;它也可以輕松地卸下,使該攤鋪機以傳統的方式工作。隨后在德國包括高速公路等多種類型的路面上的測試表明,這種雙層攤鋪技術比傳統方法的壓實度提高了3%。ElkRichter和他的研究小組提出的雙層攤鋪技術及機器的雛形逐漸在世界范圍內引發了一場路面施工技術的革命。納米平臺的創新應用—改變游戲的玩法如果說ElkRichter是這場瀝青路面攤鋪技術革命的設計師,那么戴納派克公司則是革命的先行者、技術的踐行者。截止到2007年底,戴納派克成功地在德國、中國、波蘭、俄羅斯等地使用雙層攤鋪機攤鋪了累計5×106m2的瀝青路面。在德國,戴納派克已經提供3臺F300CS大型攤鋪機用于雙層攤鋪作業。戴納派克AM300攤鋪系統是在傳統攤鋪機F300CS的基礎上開發的新技術,開創了業界雙層攤鋪的先河。AM300的各項參數均按照傳統攤鋪機的要求設計;模塊化的設計使其可以輕松卸載而無須借助起重機,從而實現傳統攤鋪和雙層攤鋪之間的輕松轉換,通過靈巧的“變形”改變了游戲的玩法。良好的壓實效果對于路面質量來說很重要,但是需要留給壓路機充足的時間來完成壓實作業,而這正是傳統攤鋪工藝的弊端所在。“我們同時攤鋪磨耗層和黏接層瀝青,將兩層做成一個12cm厚的聯合瀝青層。”戴納派克攤鋪技術專家RolandEgervari在進行技術介紹時說,“由于聯合瀝青層比原來的磨耗層要厚得多,這使得壓實時間延長了7倍。”特別是在寒冷天氣下施工時,氣溫下降速度快,使用雙層攤鋪技術,增加的層厚減緩了熱量的散失速度,從而贏得了足夠的壓實時間。由于磨耗層、黏接層一次攤鋪,將不再需要鋪灑黏層油;將磨耗層厚度降低為2cm,更是節省了大量的瀝青和石料,經濟效益和環保效果十分顯著。雙層攤鋪技術加強了層間互鎖和黏結力,使得磨耗層的使用壽命接近黏接層,節省了昂貴的大修成本。據統計,路面基層的平均使用壽命為40～50年,黏接層為15～25年,磨耗層則只有10-15年。這意味著在黏接層的服務周期內,至少需要對磨耗層進行一次大修。阿特拉斯·科普柯路面設備部副總裁JohanArnberg稱:“應用雙層攤鋪技術,我們可以使黏接層和磨耗層的大修周期一致起來。”通過延長道路的大修時間,可以節省大量的大修成本,并避免了由此引起的交通不便。雙層收費,不可能就規范進行施工1997年,專門的雙層攤鋪機誕生并應用于實際工程中。德國將雙層攤鋪技術列為ZTV瀝青StB07的施工標準。截止到2007年底,成功應用該技術攤鋪的路面已達4×106m2。目前,瑞典、荷蘭也已掌握了雙層攤鋪技術,俄羅斯、澳大利亞、美洲等地相繼有了實際應用。2005年,雙層攤鋪機的制造商向中國介紹雙層攤鋪技術,但是它在中國的推廣應用并不順利。由于該項技術是對傳統瀝青路面施工工藝的一次革新,與現行公路施工技術規范、質量檢驗評定標準等施工控制和質量檢驗體系不匹配,無論是業主還是施工單位,都不敢輕舉妄動。河北省公路局對雙層攤鋪機的設備和技術進行了長達5年的調研,經過反復談判后才將戴納派克雙層攤鋪機購進,并開始用于石黃高速的施工。2009年7月20日,石黃高速石辛段罩面工程面層攤鋪計劃開始。由于該工程是河北省乃至整個亞洲采用雙層攤鋪技術的第一個養護項目,因此吸引了大量業內人士前往現場參觀。使用雙層攤鋪機鋪設的路面光滑、平坦、均勻,大家紛紛對其施工效果表示贊賞。在談到設備的實際施工效率時,業主單位代表——河北石黃高速公路管理處副處長李進忠告訴記者:“普通的單層攤鋪機一天可以攤鋪1.8～2km,我們現在使用雙層攤鋪機可以達到3km。原則上40km路面大約只需要10天即可完成攤鋪。”10余年的施工應用充分體現了雙層攤鋪機在降低施工成本、維修成本和提高道路質量等方面的價值;德國將雙層攤鋪技術作為施工標準的做法也表明該技術是足夠安全、成熟的。然而,昂貴的價格仍使客戶頗為躊躇。李進忠的話代表了果敢者的想法:“折合人民幣近2000萬元(包括雙層攤鋪機和專用轉運車)的價格,這能買多少臺普通的攤鋪機啊?好多人不理解。我并不在意設備花了多少錢,我們又能賺多少錢。在我看來,關鍵在于技術。”至于雙層攤鋪技術與我國現行施工規范和質量檢驗標準等方面的不符問題,我們應先意識到該技術能解決傳統的分層攤鋪技術造成的層間黏結力不足、壓實度不夠等難題。正確的做法應是制定相應的規范與標準,而不是削足適履,讓雙層攤鋪機去適應現行規范。此外,我們還應該進行一些基礎性的研究,例如對雙層攤鋪在低溫環境下路面施工中的應用進行研究,掌握不同層厚所對應的最低環境溫度以及在低溫條件下施工的技術要求、組織管理、質量監控方法等;對在路面結構層的設計