G6京藏高速公路那羊段瀝青路面施工工藝及質(zhì)量控制

青 健，李善強(qiáng)，許新權(quán)，肖 瑤，吳土福，吳傳海

(1.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，廣州 510420；2.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

西藏自治區(qū)地處青藏高原西南部，平均海拔4 000m以上，區(qū)域面積約為全國的八分之一。相比于內(nèi)地，受地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平等因素制約，西藏地區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)起步較晚，通車?yán)锍唐?。截?020年底，即“十三五”末，西藏自治區(qū)已正式通車的高等級(jí)公路總里程約700km，包括拉薩至林芝一級(jí)公路、日喀則機(jī)場(chǎng)至日喀則市一級(jí)公路等。2021年初，我國“十四五”規(guī)劃正式發(fā)布，為了配合國家戰(zhàn)略發(fā)展需要，同時(shí)滿足藏區(qū)人民日益增長的交通需求，西藏自治區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)預(yù)計(jì)在不久的未來將進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的新階段。目前，西藏自治區(qū)交通主管部門未針對(duì)本地區(qū)高等級(jí)瀝青路面建設(shè)頒布相關(guān)技術(shù)規(guī)范或指南，針對(duì)瀝青路面開展的科研工作也主要聚焦在原材料選擇、瀝青混合料設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)等方面。

為了適應(yīng)西藏地區(qū)高等級(jí)公路發(fā)展，規(guī)范瀝青路面施工操作，提高瀝青路面施工質(zhì)量，延長路面服役壽命，本文依托G6京藏高速公路那曲至羊八井段新建工程，在充分考慮當(dāng)?shù)靥厥馐┕l件的情況下，提出瀝青路面關(guān)鍵施工工藝及質(zhì)量控制技術(shù)，旨在為后期同類項(xiàng)目施工提供參考。

1 工程概況

G6京藏高速公路那曲至羊八井段起于那曲火車站，經(jīng)羅瑪鎮(zhèn)、香茂鄉(xiāng)、古露鎮(zhèn)、烏瑪塘鄉(xiāng)、阿熱濕地、當(dāng)雄縣城、寧中鄉(xiāng)，止于羊八井鎮(zhèn)。項(xiàng)目按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h，整體式路基標(biāo)準(zhǔn)寬度26.0m，路線全長226.9km。全線共設(shè)混凝土橋梁145座，隧道1座，橋隧比為16.79%[1]。建成后將成為西藏地區(qū)第一條真正意義上的高速公路，同樣也是我國海拔最高的高速公路，其平均海拔在4 000m以上。

本項(xiàng)目主線瀝青路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。橋面瀝青鋪裝與主線瀝青路面上、下面層結(jié)構(gòu)形式相同，同時(shí)水泥混凝土橋面板上設(shè)SBS改性熱瀝青同步碎石防水粘結(jié)層。

圖1 G6京藏高速公路那羊段主線瀝青路面結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目地處藏北高原，受地形、地貌、氣流等因素影響，氣候獨(dú)特復(fù)雜，表現(xiàn)為年平均氣溫低、晝夜溫差大、太陽輻射及紫外線強(qiáng)、空氣稀薄等特點(diǎn)。與內(nèi)地相比，項(xiàng)目所在地自然環(huán)境相對(duì)惡劣，這給瀝青路面施工作業(yè)及質(zhì)量管理帶來一定挑戰(zhàn)。具體表現(xiàn)在以下方面：

(1)氣溫偏低，同時(shí)伴隨有突發(fā)的降雨、大風(fēng)和冰雹，瀝青混合料極易出現(xiàn)溫度損耗。溫度是決定瀝青路面施工質(zhì)量的重要因素，瀝青混合料溫度偏低，導(dǎo)致其難以碾壓密實(shí)，瀝青路面后期易發(fā)生車轍、水損壞。

(2)正午太陽輻射強(qiáng)，夜間氣溫驟降，冬季冰凍期漫長，水泥穩(wěn)定碎石混合料易出現(xiàn)干縮或溫縮開裂。如裂縫防治不到位，裂縫反射至瀝青面層后，在雨水、荷載等耦合作用下將加速瀝青混合料及路面結(jié)構(gòu)破壞。

(3)海拔高，空氣稀薄，給施工作業(yè)人員帶來較大的生理挑戰(zhàn)。受氣候影響，瀝青路面全年可施工的時(shí)間較短，工期緊張對(duì)施工質(zhì)量可能會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

明確本項(xiàng)目特殊的施工條件后，針對(duì)瀝青路面各結(jié)構(gòu)(功能)層分別提出合適的施工工藝及質(zhì)量控制措施。

2 關(guān)鍵施工工藝及質(zhì)量控制技術(shù)

2.1 橋面整體化層

本項(xiàng)目全線橋梁設(shè)置較多，且大多為預(yù)制混凝土梁橋。橋面整體化層作為將各預(yù)制梁段連接為整體共同受力的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量直接影響到橋梁主體結(jié)構(gòu)安全、橋面行車舒適性等。

橋面整體化層施工前應(yīng)仔細(xì)清掃梁面建筑垃圾，并將預(yù)埋在梁體內(nèi)的剪力筋扶正。隨后將鋼筋網(wǎng)片吊放至設(shè)計(jì)位置，并立即與剪力筋綁扎或焊接牢固，確?；炷翝仓r(shí)鋼筋網(wǎng)不沉底或上浮?？拷鼧蛄鹤o(hù)欄1m范圍內(nèi)首先澆筑混凝土形成單側(cè)標(biāo)高帶或雙側(cè)標(biāo)高帶，以此作為三輥軸等機(jī)具行走軌道。標(biāo)高帶養(yǎng)生到期，復(fù)測(cè)高程精準(zhǔn)無誤后，開始大面積澆筑水泥混凝土。混凝土經(jīng)三輥軸振搗密實(shí)，基本整平后，進(jìn)行人工精細(xì)化抹面及拉毛處理，確保整體化層表面平整粗糙。項(xiàng)目所在地晝夜溫差大、橋面大風(fēng)頻起，混凝土養(yǎng)生時(shí)需做好保溫、保濕處理，混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%時(shí)不得開放交通。橋面整體化層施工流程如圖2所示，橋面整體化層工后應(yīng)滿足表1的要求。

圖2 橋面整體化層施工工藝流程

表1 橋面整體化層施工關(guān)鍵控制指標(biāo)及要求[2]

圖3 人工精細(xì)化抹面

圖4 整體化層拉毛效果

2.2 級(jí)配碎石墊層及水穩(wěn)碎石底(下)基層

本項(xiàng)目處于季節(jié)性冰凍地區(qū)，為了防止路基出現(xiàn)凍脹與融沉，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制墊層厚度。具體地，施工前對(duì)路基頂面高程、平整度等指標(biāo)進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核。級(jí)配碎石混合料集中廠拌生產(chǎn)，同時(shí)采用專業(yè)攤鋪機(jī)全程懸掛鋼絲繩輔助攤鋪，確保墊層表面平整、厚度均勻。項(xiàng)目所在地正午太陽輻射強(qiáng)，混合料水分易散失，拌和站應(yīng)根據(jù)運(yùn)距、現(xiàn)場(chǎng)天氣等，動(dòng)態(tài)調(diào)整級(jí)配碎石混合料出廠含水量，確?；旌狭犀F(xiàn)場(chǎng)碾壓密實(shí)。一般地，宜在最佳含水量的基礎(chǔ)上增加1.0%～2.0%。

表2 級(jí)配碎石墊層施工關(guān)鍵控制指標(biāo)及要求

作為無結(jié)合料的混合料，級(jí)配碎石墊層易受到外部環(huán)境的破壞。項(xiàng)目所在地有明顯的雨季，為了避免墊層遭受雨水沖刷浸泡損壞，級(jí)配碎石墊層驗(yàn)收合格后應(yīng)及時(shí)鋪筑水穩(wěn)碎石底基層，進(jìn)行封閉保護(hù)。

本項(xiàng)目沿線卵石、礫石資源豐富，在河灘、路側(cè)等地隨處可見。因地制宜，充分利用當(dāng)?shù)厥腺Y源，可減少山體開挖破壞，保護(hù)西藏地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。考慮到卵石、礫石表面光滑，直接生產(chǎn)水穩(wěn)碎石混合料可能存在整體性不佳、強(qiáng)度不足等問題，通常需通過破碎加工處理滿足一定要求后方可使用。本項(xiàng)目底基層施工中采用了一定量的卵破碎石，卵破碎石使用時(shí)應(yīng)滿足表3要求。

表3 水泥穩(wěn)定碎石混合料用卵(礫)破碎石破碎面要求

圖5 “三級(jí)”破碎工藝破碎卵石

圖6 生產(chǎn)的卵破碎石表面粗糙

水穩(wěn)碎石底基層和下基層均采用單機(jī)全幅掛線攤鋪，現(xiàn)場(chǎng)至少配備2臺(tái)26t以上的單鋼輪重型壓路機(jī)，2臺(tái)26～30t膠輪壓路機(jī)和1臺(tái)12～14t雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行組合碾壓。為了適應(yīng)本項(xiàng)目正午太陽輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、大風(fēng)頻發(fā)等環(huán)境特點(diǎn)，水穩(wěn)碎石混合料碾壓完成后及時(shí)采用“一布一膜”覆蓋養(yǎng)生，每天正午氣溫升高后宜采用曬水車對(duì)土工布進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)水，保證水穩(wěn)底(下)基層在養(yǎng)生期間始終保持濕潤狀態(tài)。為了防止大風(fēng)吹開養(yǎng)生膜布，應(yīng)適當(dāng)增重砂袋及加密砂袋布置，并安排專人定時(shí)巡查膜布覆蓋情況。

本項(xiàng)目工期緊張，瀝青路面施工任務(wù)重?？紤]到路基至橋梁過渡段水穩(wěn)底基層和下基層依次正常施工需頻繁轉(zhuǎn)移攤鋪機(jī)，耗費(fèi)大量時(shí)間和人力的情況，針對(duì)以上較短特殊路段(通常小于50m)，施工時(shí)采用雙層連鋪工藝，一次成型水穩(wěn)底基層和下基層[3]。

在僅有一臺(tái)全幅水穩(wěn)攤鋪機(jī)的條件下，首先掛線施工水穩(wěn)碎石底基層。壓實(shí)度檢測(cè)合格后，水穩(wěn)攤鋪機(jī)在已成型底基層上倒車回到起點(diǎn)連續(xù)施工水穩(wěn)碎石下基層。為了減輕攤鋪機(jī)及運(yùn)料車對(duì)剛成型底基層的破壞，倒車時(shí)攤鋪機(jī)受料斗內(nèi)應(yīng)盡量保持空倉，運(yùn)料車不得超載，且不得在底基層上突然剎車或轉(zhuǎn)彎?？紤]到鋪筑路段較短，水穩(wěn)攤鋪機(jī)折返并施工完水穩(wěn)下基層時(shí)未超過底基層水泥的初凝時(shí)間，避免了層間灑布水泥漿的工序。如圖7所示，水穩(wěn)底基層和下基層層間粘結(jié)效果較好。為了提高水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層的整體性，同時(shí)具備足夠的施工可操作時(shí)間，水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層雙層連鋪時(shí)，不宜使用早強(qiáng)水泥。

圖7 芯樣完整密實(shí)、層間粘結(jié)緊密

2.3 防裂層及下封層

本項(xiàng)目地處高寒高海拔地區(qū)，氣候環(huán)境惡劣，一定程度上增加了水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層在養(yǎng)生期及運(yùn)營期開裂的可能性。為了防止水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層裂縫反射至瀝青面層，本項(xiàng)目通過在水穩(wěn)下基層頂面鋪貼防裂土工布加以處治。防裂基布材料質(zhì)量及鋪設(shè)質(zhì)量共同決定了其防反效果。

防裂基布應(yīng)具備一定的吸收瀝青能力以緊密聯(lián)結(jié)水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層，瀝青混合料施工時(shí)防裂基布應(yīng)避免被集料硌破。防裂土工布應(yīng)滿足的質(zhì)量要求見表4。

表4 防裂土工布主要指標(biāo)及技術(shù)要求[4]

防裂基布攤鋪前應(yīng)仔細(xì)清掃水穩(wěn)下基層頂面，滿足潔凈、干燥等要求后，依次噴灑高滲透乳化瀝青透層油、改性乳化瀝青粘層油。當(dāng)粘層油表面出現(xiàn)結(jié)皮、而內(nèi)部未破乳時(shí)立即攤鋪防裂基布。本項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)常突刮大風(fēng)，攤鋪時(shí)基布應(yīng)張拉順直，避免鋪貼時(shí)出現(xiàn)褶皺。防裂基布褶皺處結(jié)構(gòu)層間接觸不連續(xù)，形成的軟弱夾層使得防裂基布抑裂效果大打折扣。待鋪貼的防裂基布充分吸收粘層油后，采用輪胎潔凈的膠輪壓路機(jī)均勻碾壓1～2遍，確保防裂基布密貼水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層形成有機(jī)整體，有效抑止裂縫向上反射。防裂基布施工流程如圖8所示。

圖8 防裂基布施工工藝流程

圖9 判斷粘層油破乳狀態(tài)確定攤鋪時(shí)機(jī)

圖10 防裂基布張拉順直攤鋪

為避免防裂基布遭受雨淋或施工機(jī)具污染，鋪貼完成后立即施工下封層加以封閉保護(hù)。本項(xiàng)目下封層采用SBS改性熱瀝青同步碎石封層，SBS熱瀝青灑布量為1.2～1.5kg/m2。同步碎石采用規(guī)格均一的5～10mm瓜米石，碎石提前過機(jī)干燥除塵備用，撒布量為滿鋪的70%～80%。為進(jìn)一步提高碎石的粘結(jié)效果，有條件時(shí)可采用0.2%～0.3%的瀝青預(yù)拌處理。碎石撒布后采用輕型膠輪壓路機(jī)均勻碾壓1～2遍，使其嵌壓穩(wěn)固。SBS改性熱瀝青同步碎石封層應(yīng)采用專業(yè)封層車施工，大面積施工前通過試灑(撒)確定合理的行車速度、瀝青和碎石流量等參數(shù)，確保同步封層施工的均勻性。

圖12 同步碎石封層施工效果

2.4 瀝青上基層及面層

本項(xiàng)目采用專業(yè)瀝青拌和設(shè)備集中生產(chǎn)上基層及面層瀝青混合料。由于高原氧氣稀薄，拌合樓燃料燃燒不充分，相比于內(nèi)地，拌和樓實(shí)際產(chǎn)能存在一定的折減。為了滿足前場(chǎng)連續(xù)施工的要求，宜采用4000型及以上大功率間歇式拌和樓生產(chǎn)瀝青混合料，同時(shí)應(yīng)統(tǒng)一石場(chǎng)篩網(wǎng)與拌合樓熱料篩網(wǎng)設(shè)置，減少拌合樓等料或溢料現(xiàn)象發(fā)生。

上基層及面層瀝青混合料均采用全幅瀝青攤鋪機(jī)一次成型，橋梁、匝道等特殊路段采用懸掛鋼絲繩方式輔助攤鋪機(jī)施工。運(yùn)料車卸料時(shí)攤鋪機(jī)不收斗，不停機(jī)?；旌狭夏雺簳r(shí)嚴(yán)格遵循初壓鋼輪壓路機(jī)和復(fù)壓膠輪壓路機(jī)“同進(jìn)同退”，不漏壓或過壓。橋面瀝青混合料宜采用振蕩壓路機(jī)代替振動(dòng)壓路機(jī)碾壓。最后，采用6m直尺輔助雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行縱橫向收光，確保路面平整舒適。

圖13 鋼輪膠輪壓路機(jī)同步進(jìn)退碾壓

圖14 6m直尺輔助鋼輪壓路機(jī)收面

本項(xiàng)目所在地氣溫相對(duì)偏低，天氣變化無常，大風(fēng)、降雨和冰雹時(shí)有發(fā)生，給瀝青混合料施工帶來很大挑戰(zhàn)。為確保瀝青混合料溫度始終滿足施工要求，施工中有針對(duì)性地采取了如下工藝措施：

(1)晝夜溫差大，盡量避開清晨和夜間施工，氣溫低于10℃時(shí)不得進(jìn)行瀝青混合料施工[5]。

(2)在確保瀝青不出現(xiàn)老化的前提下，適當(dāng)提高瀝青混合料的出料溫度。

(3)施工中突遇大雨、冰雹等極端天氣時(shí)，拌合樓立即停止卸料，成品混合料暫時(shí)放入儲(chǔ)料倉中存放。

(4)運(yùn)料車出廠前覆蓋好雙層棉被及防雨篷布，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)直至完成卸料全過程不揭開棉被篷布。

(5)混合料攤鋪時(shí)適度提高夯錘振頻振幅，提高混合料初始?jí)簩?shí)度。

(6)混合料碾壓時(shí)碾壓區(qū)段不得設(shè)置過長，現(xiàn)場(chǎng)至少配置“三鋼三膠”，在確保不粘輪的情況下減少鋼輪壓路機(jī)的噴水量。

(7)加強(qiáng)前后場(chǎng)動(dòng)態(tài)聯(lián)系，瀝青拌合樓出料速度應(yīng)與攤鋪速度相適應(yīng)，避免前場(chǎng)積壓過多料車。

(8)現(xiàn)場(chǎng)配備足夠的海綿、拖把和防雨篷布，應(yīng)對(duì)突發(fā)的降雨和冰雹。

(9)提高施工全過程溫度檢測(cè)頻率，引入紅外熱成像快速測(cè)溫系統(tǒng)[6]，直觀、立體、全面地監(jiān)控瀝青混合料施工溫度，混合料溫度不滿足要求時(shí)及時(shí)廢棄。

圖15 手持式紅外熱像儀監(jiān)測(cè)施工溫度

圖16 無人機(jī)搭載紅外熱像儀監(jiān)測(cè)施工溫度

依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2017)，對(duì)瀝青上基層及面層進(jìn)行過程質(zhì)量控制及工后質(zhì)量評(píng)價(jià)。目前瀝青層厚度、壓實(shí)度等指標(biāo)多采用傳統(tǒng)檢測(cè)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，一方面考慮到缺氧環(huán)境下工程技術(shù)人員作業(yè)難度大，另一方面考慮到傳統(tǒng)檢測(cè)方法具有“以點(diǎn)帶面”、損壞路面、效率較低等缺點(diǎn)，本項(xiàng)目引入無損快速檢測(cè)技術(shù)對(duì)瀝青層施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括采用車載式激光平整度儀測(cè)試路面平整度、探地雷達(dá)測(cè)試路面厚度、無核密度儀測(cè)試路面壓實(shí)度等。依照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG 3450-2019)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定，檢測(cè)結(jié)果見表5和表6。

圖17 車載探底雷達(dá)測(cè)試路面厚度

圖18 車載激光平整度儀測(cè)試路面平整度

表5 某標(biāo)段上基層ATB-25和下面層AC-16厚度檢測(cè)結(jié)果

表6 某標(biāo)段上面層AC-13工后平整度檢測(cè)結(jié)果

本項(xiàng)目瀝青混合料施工厚度均勻、路面平整舒適，施工過程中檢測(cè)上基層和下面層總厚度合格率大于95%，工后檢測(cè)路基段上面層IRI僅為0.55m/km，壓實(shí)度、滲水系數(shù)等其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均較好地滿足交工驗(yàn)收要求。

3 結(jié)論

(1)本項(xiàng)目所在地自然環(huán)境惡劣，瀝青路面施工時(shí)氣溫偏低，天氣變化無常，時(shí)常出現(xiàn)大風(fēng)、降雨和冰雹。加強(qiáng)施工過程中的保溫措施是確保瀝青路面施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

(2)本項(xiàng)目所在地冬季漫長，全年可施工時(shí)間較短。采用雙層連鋪工藝一次成型兩層水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層，引入無損快速檢測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)瀝青層施工質(zhì)量，可有效提高作業(yè)效率，節(jié)省工期，減輕工程技術(shù)人員在高海拔缺氧環(huán)境下的工作負(fù)擔(dān)。

(3)本項(xiàng)目沿線卵石、礫石資源豐富，在河灘、路側(cè)等地隨處可見。充分利用當(dāng)?shù)厥腺Y源，可減少山體開挖破壞，保護(hù)西藏地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。卵石、礫石表面光滑，不宜直接使用。通過破碎加工處理，滿足一定破碎面要求的卵破碎石具有廣泛的應(yīng)用前景。

(4)本項(xiàng)目地處高寒高海拔地區(qū)，水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層在養(yǎng)生及運(yùn)營期內(nèi)的開裂概率大幅增加。

為了抑制裂縫反射至瀝青面層，通過在水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層頂面鋪貼防裂土工布加以處治。防裂基布應(yīng)滿足相關(guān)質(zhì)量要求，攤鋪時(shí)張拉順直，碾壓后密貼水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層，形成有機(jī)整體。

(5)本項(xiàng)目瀝青混合料施工厚度均勻、路面平整舒適，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均較好地滿足交工驗(yàn)收要求。采用的瀝青混合料施工工藝和質(zhì)量控制技術(shù)，可為西藏地區(qū)后期同類項(xiàng)目施工提供參考。