高速公路加宽路面压实度控制技术研究

郭蔚虹　高希敏　许志勇

0 引 言

摊铺水泥稳定碎石基层或沥青面层，边部要支模板，以防止混合料塌滑，这不但要增加模板费用，还要投入一定人力，增加施工成本。如果不支模板就要进行超宽摊铺，导致混合料浪费。

高速公路改扩建路面施工时，由于水泥稳定碎石基层或沥青面层存在松铺系数，混合料摊铺后未压实路面高于台阶时（图1），碾压混合料造成的侧移将使新路和旧路搭接处亏料，无法压实新路与旧路的交接处[1-6]。

综上可知，为了提高高速公路加宽路面的压实度，必须对压路机进行改造，并优化施工工艺。

1 侧模碾压技术

为了解决混合料侧移问题，在压路机机架上增加1套可控的侧模装置，初压时将侧模装置放下进行侧模碾压，结束后收起侧模装置进行正常碾压。这样可实现新路和旧路搭接处碾压时不亏料，保证新路与旧路交接处的压实度。

2 高速公路水稳基层施工

高速公路路面边部是压实的薄弱部位，传统的碾压需使用普通模板，施工时每层都要支一次模（图2），由于支模需要空间，所以为了保证最上一层（上面层）的宽度，中、下沥青面层和水稳底基层、上基层、下基层施工时都要超宽，这样累计起来会造成很大的浪费。而采用通用模板进行施工时，整个施工过程中只需支一次模，既能保证了路面边部的压实质量，又减少了因分层施工超宽摊铺支模的弊端，大大减少了材料成本。

高速公路水稳基层施工通用模板工作原理如下。

（1）高速公路水稳基层施工通用模板的构造。高速公路半刚性基层施工通用模板由上支撑板、侧板、下支撑板、钢钎四部分组成（图3），上支撑板、侧板、下支撑板用螺栓连接，组成模板主体，用钢钎打入底基层固定模板主体。上支撑板用角钢加工而成，结构如图4所示，其中顶板4个孔用于插入钢钎固定模板；两端的长孔用于连接侧板及调整模板高度。 侧板采用钢板加工而成（图5），其4个角有4个长孔，用于连接侧板及调整模板高度。下支撑板与上支撑板结构相同，对称安装。

（2）高速公路半刚性基层施工通用模板高度调整原理。通用模板上有长孔，通过螺栓连接实现高度在一定的范围内任意可调（图6），满足目前高速公路及普通公路的半刚性基层施工要求。

3 路面压实度自动检测仪

3.1 雷达压实度自动检测仪

由于目前沥青路面压实度无损检测采用核子密度仪，其精度受检测介质均匀性影响很大；如果沥青混合料均匀性差，核子密度仪检测沥青路面的结果往往不准确，因此很多项目规定不准采用核子密度仪检测沥青路面压实度。

探地雷达也可以检测压实度，其原理为：在主机控制下，探地雷达脉冲源产生周期性的毫微秒信号，并直接反馈给发射天线；经由发射天线耦合地下的信号，在传播路径上遇到介质的非均匀体（面）则产生反射信号。反射系数和波速主要取决于介质的介电常数，相比而言，空气的相对介电常数为1，混凝土介质的介电常数约为6。电磁波由空气进入非空气介质或由非空气介质进入空气介质时，雷达信号就会被反射，测试回波信号的幅度会明显增强，在雷达检测剖面上形成明显的异常，对异常信号进行分析可检测对应区域混凝土的压实度。

沥青混合料的碾压温度应设在120 ℃～180 ℃，传统的雷达检测压实度技术由于没有考虑温度对介电常数的影响，所以检測结果不准确。本文通过建立“温度-沥青混合料”介电常数模型，成功解决了温度影响介电常数造成检测结果不准确的问题。

将改进的雷达压实度自动检测仪安装在压路机上，并使压实度检测数据实时传输给监控系统，实现对压实度的自动控制。

3.2 瑞雷波压实度自动检测仪

瑞雷波是一种沿介质自由表面传播的表面波（Surface Wave），其质点在波的传播方向的垂直平面内振动。瑞雷波具有3个基本特性：在分层介质中具有频散特性；波长不同，穿透深度也不同；传播速度与横波传播速度具有相关性[7]。

波的传播速度与频率有关的现象称为“频散”。当瑞雷波的半波长接近介质的分界面距与自由界面的深度时，频散曲线的变化较为显著，这是瑞雷波勘探的理论基础。根据瑞雷波在不同岩性介质中穿透深度与波长的关系以及横波速度与介质的物理力学参数相关，可获得VR-h和VR-VS关系曲线，这些曲线能直接反映地下某一深度范围内的地质构造情况或介质的“软”、“硬”分布情况和“密”、“疏”程度。

根据以上相关关系，并以已知的检测结果进行标定，即可直接由瑞雷波的波速精确求取路面的密实程度。

4 路面压实度控制

在高速公路路面加宽的施工过程中，采取以下措施对路面压实度进行控制。

（1）采用多级台阶法压实。对沥青上、中、下面层和水稳底基层、上基层、下基层均铣刨台阶。多级台阶法有效保证了压实质量，尤其是加大了新路与旧路的重叠量，保证了新路与旧路交接处的压实度。

（2）水泥稳定碎石基层和沥青面层初压时采用侧模碾压，这样能够使新路与旧路搭接处碾压时不亏料，保证了新路与旧路交接处的压实度。

（3）使用碾压质量控制系统和压实度自动检测仪进行碾压质量自动控制和过程控制。碾压控制系统可以通过实时监控碾压遍数、碾压速度，在不符合要求时自动报警，从而有效保证碾压质量。压实度检测仪实现了对压实度的不间断检测及自动控制[8-12]。

（4）水泥稳定碎石基层、底基层采用瑞雷波仪检测压实度；沥青面层采用核子密度仪和雷达密度仪2种仪器检测压实度，并建立核子密度仪压实度与雷达密度仪压实度的线性关系。

（5）专利设备——高速公路水稳基层施工通用模板和沥青面层施工通用模板。通用模板在整个施工过程中只支模1次，既保证了路面边部的压实质量，又减少了因分层施工要超宽摊铺支模的弊端，大大降低了材料成本。

（6）专利仪器——热拌沥青混凝土松铺厚度和温度多功能测量仪。仪器在施工中检测松铺厚度和施工温度，确保压实在最佳压实温度下进行，保证压实质量。

5 施工工艺流程

高速公路加宽路面压实度控制施工工艺流程见图7。

6 水泥稳定碎石基层、底基层施工要点

6.1 施工准备

（1）铣刨台阶。根据施工需要用铣刨机铣出底基层、下基层和上基层3级台阶（图8）。台阶的高度为18 cm与底基层、下基层和上基层的设计高度一致；台阶的宽度统一为40 cm。

（2）安装碾压质量监控系统。碾压质量控制系统包括数据采集系统、数据无线传输系统、数据处理系统、网络系统及检测仪器（瑞雷波压实度检测仪）。数据采集系统、数据无线传输系统、数据处理系统及检测仪器安装在复压的YZ-26单钢轮振动压路机上（图9），显示器设在施工现场[13-15]。所有数据信息均传输到网络系统，业主和监理可以随时上网查看。

（3）安装滑模式碾压装置。在初压的YZ-22单钢轮振动压路机上安装滑模式碾压装置。

（4）边部支模板。在边部支高速公路水稳基层施工通用模板，并固定牢固。

（5）上承层质量检测。底基层施工时检测路床的施工质量是否合格，下基层施工时检测底基层的施工质量是否合格，上基层施工时检测下基层的施工质量是否合格。

（6）洒水泥浆。为了保证层间黏结的效果，摊铺前应将下结构层表面清扫干净，然后采用机械洒布的方式进行水泥浆的洒布，使用的水泥与水泥碎石混合料用量一致，且水灰比宜为0.5，水泥用量宜为1 kg·m-2，喷洒时间在上结构层施工前1 h以内为宜。

（7）混合料摊铺。为了减少纵向施工缝，使用DT-1600摊铺机进行混合料全幅一次摊铺成型。

（8）混合料质量检测。检测混合料含水量、水泥用量及松铺系数是否满足要求。

（9）台阶接缝处理。为了加强台阶接缝处及钢模边缘与混合料之间的连接，用水壶浇注适量的水泥浆（图10）。

6.2 初压

使用安装有侧模式碾压装置的YZ-22单钢轮振动压路机初压2遍。

从起压点开始，前进、后退1次为1趟，下一趟轮迹要叠上一趟轮迹的二分之一，直到叠过第2组压路机的起压点为止。完成上述碾压为1遍。

第1遍使用静压，YZ-22单钢轮振动压路机从台阶接缝处开始逐趟向外侧碾压，第1趟碾压时放下侧模碾压装置进行侧模碾压，从第2趟开始至最后一趟收起侧模碾压装置进行普通方式碾压。

第2遍使用弱振（高频低幅）碾压，YZ-22单钢轮振动压路机从台阶接缝处开始逐趟向外侧碾压，第1趟碾压时放下侧模碾压装置进行滑模碾压，从第2趟开始至最后一趟收起侧模碾压装置进行普通方式碾压。

6.3 复压

复压采用组合式碾压，组合式碾压参数选择如下。

（1）压路机配置。复压采用2台安装有碾压质量监控系统的YZ-26单钢轮振动压路机。

（2）组合方式。2台安装有碾压质量监控系统的YZ-26单钢轮振动压路机前后组合成1组，同步前进，同步后退。

（3）振幅和频率的选择。复压采用强振（低频高幅）碾压。

（4）叠轮方式。下一趟压实时压路机叠上一趟轮迹过的二分之一。

（5）压实遍数。复压3遍，即2台YZ-26单钢轮振动压路机各3遍，共计6遍。

（6）压实速度。复压速度为2～3 km·h-1。

6.4 复压特殊情况处理

（1）当服务器监控系统界面上显示超速时，压路机操作手要及时降速。

（2）复压达到规定的压实遍数后，如服务器显示有不合格的段落及压实度不合格的数据，且语音提示增加压实遍数时，说明局部压实度不合格。压路机操作手要根据语音提示在对应的段落增加压实遍数。

（3）控制系统语音提示压实度合格，本段压实结束，进入下一碾压段。

6.5 压实度检测

复压结束后，可人工进行质量检测，验证碾压质量监控系统的准确度。

6.6 终压

压实度检测合格后进行终压，终压时先用YZ-22单钢轮振动压路机静压1遍，然后用26 t轮胎式压路机收面1～2遍。最后按照国家规范的相关规定进行验收。

7 结语

为了提高高速公路加宽路面的压实度，对压路机进行了改造；水泥稳定碎石基层和沥青面层初压时采用侧模碾压，使新路和旧路搭接碾压后不亏料，保证了交接处的压实度。采用多级台阶法压实，使用碾压质量控制系统和压实度自动检测仪实现碾压质量自动控制和施工过程控制。水泥稳定碎石基层、底基层采用瑞雷波仪检测压实度，沥青面层采用核子密度仪和雷达密度仪2种仪器检测压实度。

参考文献：

[1] 孙万青.高速公路压实标准问题探讨[J].科学之友，2008（20）：40-41.

[2] 梁少阳，郁麒昌.高速公路路基压实质量控制方法[J].湖南交通科技， 2001，27（1）：8-9.

[3] 唐 柳，唐前松.影响高速公路路基压实质量的因素[J].公路与汽运， 2004（5）：47-48.

[4] 胡晋渝.浅谈高速公路路基压实度的控制[J].山西建筑，2002，28 （8）：152-153.

[5] 苏新国，颜 赫，鲁圣弟，等.沥青路面层间粘结效果影响因素[J].长安大学学报：自然科学版，2013，33（3）：21-26.

[6] 竇文林.高速公路沥青混凝土路面机械化施工技术与质量控制[J]. 筑路机械与施工机械化，2003，20（4）：40-43.

[8] 舒 翔，姚怀新.沥青混凝土路面摊铺离析控制[J].筑路机械与施工机械化，2006，23（2）：23-25.

[7] 王智远， 陈 维.瑞雷波法在巴新麻高速公路压实度检测中的应用[J].内蒙古公路与运输，2004（4）：10-12

[9] 曹新玲.高速公路加宽改扩建关键技术研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[10] 李福前.沥青路面摊铺过程控制[J].筑路机械与施工机械化，2002， 19（3）：26-27.

[11] 傅 珍，王选仓，陈星光，等.高速公路拓宽差异沉降对路面结构的影响[J].长安大学学报：自然科学版，2008， 28（3）：36-39.

[12] 虞文景.高速公路路基压实检测方法和标准问题[J].建设机械技术与管理，2001，14（8）：41-42.

[13] 关昌余，王哲人，郭大智.路面结构层间结合状态的研究[J].中国公路学报，1989，2（1）：70-80.

[14] 李海滨，沙爱民.改进层次分析法在路面施工过程控制中的应用[J]. 长安大学学报：自然科学版，2008，28（5）：23-26

[15] 刘庆爱，赵小鑫.冲击压实机在水泥混凝土路面改造工程中的应用[J].筑路机械与施工机械化， 2005， 22（12）：54-56.

[16] 张爱卿. 高等级公路加宽扩建工程路基压实技术的研究[D].哈尔滨：东北林业大学， 2009.

[17] 廖 宏，胡新民.高速公路沥青路面压实机械的优化组合与碾压技术[J].筑路机械与施工机械化，2009，26（5）：46-48.

[18] 张廷明，王 力，王新增，等.高速公路路基填前冲击碾压与正常压实技术经济分析[J].交通科技与经济，2006（3）：3-5.