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大宽度螺旋全埋摊铺施工工艺应用研究 程战锋 李自光 朱奇 长沙理工大学汽车与机械工程学院 长沙 410076 摘要：分析了现行沥青路面施工工艺的特点,提出了新的施工工艺；并且在对大功率宽幅摊铺机研 究的基础上,按照沥青路面机械化施工工艺流程,研究了机械化施工工艺中的各个环节,提出了基于 大功率宽幅螺旋全埋摊铺机的新机械化施工工艺,对存在一定离析的混合料进行第2次拌和,然后再 摊铺；并从级配离析、温度离析和路面密实度3 个方面对其实际应用进行了试验研究,证明该工艺 是可行的,对我国的高速公路建设施工具有一定的实践意义。 关键词：沥青路面 施工工艺 大功率宽幅螺旋全埋摊铺机 0 前言 近几年来全国高速公路建设增长迅速，但大多数高速公路的平均使用寿命不到 5 年，有 的甚至只有2-3 年就开始修整，这与施工中的离析未得到有效控制有很大关系。在沥青路面 密级配沥青混合料的施工过程中,常见产生 2 种型式的离析: 温度离析、级配离析。温度离析 会导致路面压实度不均匀，路面空隙率较高，易出现早期损坏；级配离析会导致路面呈现出 较差的结构和纹理特性。研究表明：离析严重的路面使用寿命可能会减少 50 ％以上。 1 现有施工工艺模式下的离析问题 传统施工工艺是将沥青搅拌设备生产的混合料由自卸车运输到施工现场，并卸至摊铺机 料斗bunker 中进行摊铺，由压路机最终压实。沥青混合料生产时，通过严格控制，搅拌设备 在很大程度上可消除集料离析，是可控因素；但混合料材料和温度离析始终存在于拌和站、 运输[1]、摊铺至压实的全过程，在现有施工工艺模式下无法从根本上解决，是不可控因素， 如图1。 图 1 传统施工工艺流程 国内外的施工实践证明，用传统工艺铺筑的路面早期破损现象比较严重[2][3]，分析其存 在环节如下：（1）沥青混合料在装载、运输及卸出过程中将会导致出现三次材料离析和温度 离析。（2 ）梯形并行施工工艺易出现搭接宽度控制不当、停机待料等情况，导致中间接缝与 横向出现规则离析。（3 ）摊铺机结构参数设计不合理，造成摊铺机中缝及边缘处混合料离析 加剧。由分析可知在传统摊铺施工中，施工工艺与设备是产生沥青路面离析的主要原因。传 统工艺普遍采用并行施工，易造成结合处粘接力及其他力学性能的差异，引起中缝离析带； 逐车卸料，导致摊铺机停机收斗频繁，且不能连续进行，使混合料离析加剧。摊铺机上的物 料输送和分布通过刮板输送和螺旋分料器两个环节完成。刮板是平移式分层输料装置，不会 对物料重新混合搅拌，无法改善前几道工序产生的材料和温度离析。而螺旋输料时，物料的 内、外摩擦力作用造成大粒料容易被送往螺旋两外侧，摊铺宽度增大则离析加重。 螺旋工作参数设定存在缺陷，强调物料输送高度位于螺旋中心上方叶片直径三分之二 处；因螺旋料位较低，较高的工作转速才能满足输料量的要求，造成物料在高速抛撒、快速 推移运动中，不同粒径料再次离析。 常规摊铺技术在抗离析方面上存在先天的缺陷，摊铺离析在路面施工中难以控制，为此 国内外尝试应用新工艺、改造设备，借以控制物料离析。目前国外主要运用转运—摊铺新工 艺，国内也有同类产品，陕西中大公司研制的 DT 系列大功率摊铺机，这些改进的新工艺及 设备为解决路面摊铺离析提供了可能。 2 大宽度螺旋全埋摊铺施工工艺 由传统摊铺工艺分析可知接缝处离析是并机施工引起的，而边缘处离析是因摊铺机设计 参数所致，两者都是影响施工质量的重要因素。使用“转运—摊铺”工艺解决了早期物料离析， 但现行的“公路沥青路面施工技术规范”规定：铺筑高速公路、一级公路沥青混合料时，一台 摊铺机的铺筑宽度不宜超过 6m(双车道)～7.5m(3 车道以上)，通常宜采用两台或更多台数的 摊铺机前后错开 10m～20m 成梯队方式同步摊铺；这样后续工序若采用梯形并机施工与螺 旋半埋高速输料方式，就可能出现输送时及接缝处物料的再离析。 为消除混合料的再次离析，提高摊铺工序作业质量，对摊铺机结构进行了改进，并对螺 旋分料器的设计以及运动学参数优化[7] （见表1），在此引入了搅拌螺旋全埋输料思想，即改 变传统螺旋的均匀输料与布料的应用理论，赋予螺旋二次搅拌功能，采用单机大宽幅螺旋全 埋摊铺工艺实现对离析的控制，见图 2 。 图