淺析瀝青路面施工中存在的問(wèn)題

王 旭

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

淺析瀝青路面施工中存在的問(wèn)題

王 旭

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

分析了我國(guó)瀝青混凝土路面施工中存在的工藝問(wèn)題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工，介紹了瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車對(duì)改善瀝青混合料溫度和級(jí)配分布及路面施工質(zhì)量的影響。根據(jù)瀝青混凝土路面施工工藝及機(jī)械運(yùn)行規(guī)律，提出了基于無(wú)線局域網(wǎng)的機(jī)群智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。

瀝青路面;施工;調(diào)度;監(jiān)控

0 前言

我國(guó)高速公路發(fā)展迅速，2010年“五縱七橫”國(guó)道主干線基本建成。到2020年，公路總里程將達(dá)到145萬(wàn)km，其中高等級(jí)、次高級(jí)路面占公路總里程的50%以上。在已通車的高速公路中，剛性和半剛性基層瀝青路面約占80%。與國(guó)外瀝青路面相比較，我國(guó)瀝青路面的整體質(zhì)量不高，包括高速公路在內(nèi)的絕大部分瀝青路面在交付使用2～3年后就出現(xiàn)路面早期損壞，嚴(yán)重影響道路的使用率和通行率，同時(shí)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，提高瀝青路面的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)道路的使用壽命，已經(jīng)成為我國(guó)公路行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

1 目前瀝青路面施工中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的瀝青路面鋪筑施工工藝是將瀝青混合料設(shè)備生產(chǎn)的瀝青混合料由自卸卡車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，并卸至瀝青攤鋪機(jī)的料斗中，經(jīng)攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪后，由壓路機(jī)對(duì)路面進(jìn)行最終壓實(shí)。國(guó)內(nèi)外的施工實(shí)踐證明，用這種傳統(tǒng)工藝鋪筑成形的路面早期破損現(xiàn)象比較嚴(yán)重，致使道路的維修費(fèi)用大大增加，壽命縮短，使用率降低。造成路面早期損壞的主要原因有如下三個(gè)方面。

(1)自卸車在裝料、運(yùn)輸及卸料過(guò)程中導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)三次材料離析和溫度離析。

(2)因攤鋪機(jī)料斗容量小、自卸卡車數(shù)量少等因素導(dǎo)致攤鋪機(jī)停機(jī)待料，攤鋪工作不能連續(xù)進(jìn)行，造成路面結(jié)合處粘接力及其他力學(xué)性能的差異。

(3)自卸車卸料時(shí)對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行碰撞和頂推，造成的路面的橫向接縫。

影響瀝青混凝土路面鋪筑施工質(zhì)量及施工成本的因素除施工工藝外，單機(jī)性能及機(jī)群協(xié)同性方面也有重要作用。國(guó)外在20世紀(jì)90年代就已開(kāi)展了機(jī)群智能控制技術(shù)的研究。由歐盟Brite－EuRam III計(jì)劃支持，法國(guó)、芬蘭、德國(guó)、英國(guó)、瑞典五個(gè)國(guó)家的七家單位合作，歷時(shí)兩年(1997～1999)實(shí)施“計(jì)算機(jī)集成道路建設(shè)”，旨在為瀝青路面施工提供全新的控制與監(jiān)測(cè)工具。整個(gè)控制系統(tǒng)由地面子系統(tǒng)(GSS)、定位子系統(tǒng)(PSS)和機(jī)載子系統(tǒng)(OBSS)組成。

2 瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車及轉(zhuǎn)運(yùn)—攤鋪工藝

為了提高瀝青路面面層的施工質(zhì)量，歐美國(guó)家提出了轉(zhuǎn)運(yùn)攤鋪的施工工藝。新工藝是在運(yùn)料汽車與攤鋪機(jī)之間增加轉(zhuǎn)運(yùn)車。轉(zhuǎn)運(yùn)車的二次攪拌使得在前面環(huán)節(jié)中造成的溫度和級(jí)配離析的瀝青混合料得到充分的拌合。同時(shí)，避免了運(yùn)料汽車對(duì)攤鋪機(jī)的碰撞。轉(zhuǎn)運(yùn)車的供料速度不受其它因素的干擾，保證攤鋪機(jī)上的混合料數(shù)量始終是恒定的，拌合機(jī)和運(yùn)料汽車在供料方面的不均衡通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)車的料斗儲(chǔ)存量得以調(diào)節(jié)，確保了攤鋪機(jī)勻速穩(wěn)定的攤鋪，使施工路面平整度得到明顯提高。

瀝青混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)車主要由機(jī)身、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、物料儲(chǔ)存系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料攪拌系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等九大部分組成。

機(jī)身用來(lái)聯(lián)接行走系統(tǒng)并支撐動(dòng)力系統(tǒng)及各工作系統(tǒng)，主要由機(jī)架和料倉(cāng)構(gòu)成。機(jī)器3壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整機(jī)行走、入料、攪料、出料及輔助運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)及控制。電氣系統(tǒng)主要功能有:保證轉(zhuǎn)運(yùn)車柴油機(jī)安全、可靠地啟動(dòng);實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)車各功能部件的單動(dòng)及聯(lián)動(dòng)工作狀態(tài);實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)車與瀝青攤鋪機(jī)的配套作業(yè);實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)車工作狀況的監(jiān)控、故障診斷及報(bào)警的功能。行駛系統(tǒng)采用了全液壓驅(qū)動(dòng)的輪胎行走方案。

3 轉(zhuǎn)運(yùn)車對(duì)瀝青路面施工的影響

3.1 混合料溫度和級(jí)配分布

2003年長(zhǎng)沙理工大學(xué)公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)車在新余滬內(nèi)高速公路昌京段瀝青路面施工中的應(yīng)用情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。施工中兩臺(tái)攤鋪機(jī)平行作業(yè)，一臺(tái)使用轉(zhuǎn)運(yùn)車，一臺(tái)沒(méi)有使用轉(zhuǎn)運(yùn)車，以比較兩臺(tái)攤鋪機(jī)的攤鋪效果和差異。用紅外攝像儀分別攝取了卡車內(nèi)瀝青混合料及未采用和采用轉(zhuǎn)運(yùn)車后的路轉(zhuǎn)運(yùn)車，一臺(tái)沒(méi)有使用轉(zhuǎn)運(yùn)車，以比較兩臺(tái)攤鋪機(jī)的攤鋪效果和差異。

用紅外攝像儀分別攝取了卡車內(nèi)瀝青混合料及未采用和采用轉(zhuǎn)運(yùn)車后的路面溫度分布情況，有轉(zhuǎn)運(yùn)車時(shí)攤鋪表面的溫度分布非常均勻，隨時(shí)間變化溫度均勻、穩(wěn)定，同一時(shí)刻沿不同的攤鋪寬度溫度也非常均勻，差異很小，基本消除了溫度離析現(xiàn)象。

3.2 級(jí)配離析

通過(guò)在瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車的前、后料斗的左、中、右三點(diǎn)取樣，對(duì)其進(jìn)行抽提和篩分，測(cè)定其級(jí)配，并與設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配進(jìn)行比較。以了解運(yùn)料汽車卸下的瀝青混合料的離析情況，以及轉(zhuǎn)運(yùn)車的再次拌和對(duì)瀝青混合料的級(jí)配離析的改善情況。

分別在兩臺(tái)攤鋪機(jī)后的左、中、右三點(diǎn)取樣(攤鋪后、壓實(shí)前)，取樣時(shí)是用鐵鏟直接挖到該層的層底，即是沿整個(gè)厚度取樣。然后進(jìn)行抽提篩分，評(píng)定經(jīng)攤鋪機(jī)攤鋪后的瀝青混合料的離析情況。

終壓后采取鋪砂法測(cè)定路表的構(gòu)造深度，采用滲透系數(shù)儀測(cè)定路面結(jié)構(gòu)的滲透系數(shù)。路表的構(gòu)造深度，可以反映瀝青混合料的粗、細(xì)骨料在路表的分布規(guī)律。因此可用于評(píng)定路表面的級(jí)配離析情況。滲透系數(shù)反映的是水在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部流動(dòng)的快慢程度，反映路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙性及其連通性。因此，可以反映路面內(nèi)部的級(jí)配離析情況。綜合測(cè)試情況可得如下結(jié)論。

(1)常規(guī)工藝條件下混合料最大的級(jí)配極差為19.88%;構(gòu)造深度平均值為0.869 8 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.223 8 mm;滲透系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差為55.81 ml/min。

(2)采用瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車后，混合料最大的級(jí)配極差為6.85%，構(gòu)造深度平均值為0.647 8 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.057 1 mm，滲透系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差為3.21 ml/min。與未采用轉(zhuǎn)運(yùn)車攤鋪的路面結(jié)構(gòu)相比最大的級(jí)配極差改善了13.03%，構(gòu)造深度的均勻性提高了3.92倍，滲透系數(shù)的均勻性提高了17.39倍。

4 施工機(jī)群智能控制與調(diào)度系統(tǒng)

影響瀝青混凝土路面鋪筑施工質(zhì)量及施工成本的因素除施工工藝外，單機(jī)性能及機(jī)群協(xié)同性方面也有重要作用。機(jī)群智能調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)由“調(diào)度與控制”、“機(jī)群定位”、“通信網(wǎng)絡(luò)”、“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”和“故障診斷與維護(hù)”五個(gè)功能模塊組成。系統(tǒng)按空間位置布局由六個(gè)部分組成:中央控制室(管理與監(jiān)控中心)、移動(dòng)通信車(距離較遠(yuǎn)時(shí))、攤鋪機(jī)群(轉(zhuǎn)運(yùn)車、攤鋪機(jī)、壓路機(jī))、攪拌站、自卸卡車車隊(duì)、遠(yuǎn)程維護(hù)中心。

中央控制室:是整個(gè)智能化工程機(jī)械的中樞，與攪拌站毗鄰，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的各種機(jī)械進(jìn)行統(tǒng)一管理、監(jiān)控及調(diào)度。根據(jù)單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息和單機(jī)工藝模型，在最優(yōu)調(diào)度軟件支持下產(chǎn)生單機(jī)調(diào)度信息，機(jī)群內(nèi)各單機(jī)運(yùn)行及施工狀態(tài)均在控制中心大屏幕上顯示。中央控制室與遠(yuǎn)程維護(hù)中心通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)。

攤鋪機(jī)群系統(tǒng):主要包括攤鋪機(jī)、壓路機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)車，它們之間的協(xié)作控制是整個(gè)智能化機(jī)群系統(tǒng)的重點(diǎn)。

物料運(yùn)輸車隊(duì):以GSM短信息形式與中央控制中心室聯(lián)系，按控制中心指令進(jìn)行物料運(yùn)輸與調(diào)配。

通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):由無(wú)線局域網(wǎng)、數(shù)傳電臺(tái)、GSM和互聯(lián)網(wǎng)組成。攤鋪機(jī)群因相互位置鄰近，通過(guò)安裝在攤鋪機(jī)上的AP網(wǎng)橋形成局域網(wǎng)，局域網(wǎng)與控制中心通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)聯(lián)系，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，需加移動(dòng)通信車。

遠(yuǎn)程維護(hù)中心:通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接收機(jī)群控制中心的維護(hù)請(qǐng)求及發(fā)出維護(hù)指導(dǎo)意見(jiàn)。

機(jī)群調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)決定了機(jī)群作業(yè)模式的總價(jià)值，取決于各種目標(biāo)因素的綜合考慮?？紤]問(wèn)題的復(fù)雜性，本系統(tǒng)采用定量與定性相結(jié)合的方式，綜合考慮施工質(zhì)量和施工成本雙重因素。主要考慮路面密實(shí)度和平整度，在機(jī)群調(diào)度中通過(guò)對(duì)運(yùn)輸車輛的調(diào)度保證瀝青混合料的連續(xù)均勻供料，不允許攤鋪機(jī)出現(xiàn)停機(jī)待料和待攤鋪材料的過(guò)多積壓。通過(guò)對(duì)攤鋪機(jī)與壓路機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)，以最經(jīng)濟(jì)的方式達(dá)到路面密實(shí)度指標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)在現(xiàn)有瀝青混凝土路面鋪筑工藝模式下，材料的級(jí)配離析與溫度離析是制約瀝青路面鋪筑質(zhì)量的不可控因素，在機(jī)群系統(tǒng)中增加具有二次攪拌功能的瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車是一種簡(jiǎn)便可行的解決途徑，應(yīng)引起有關(guān)管理部門(mén)和行業(yè)協(xié)會(huì)的重視。

(2)在高等級(jí)路面施工項(xiàng)目中，由于施工機(jī)械品種及數(shù)量較多，各種機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)具有一定的隨機(jī)性，施工機(jī)械的優(yōu)化配置及機(jī)器狀態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)可為挖掘機(jī)器潛能提供技術(shù)手段。

(3)利用網(wǎng)絡(luò)、通信、GPS定位等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工機(jī)群的智能調(diào)度和施工環(huán)節(jié)的全過(guò)程監(jiān)控與管理，使瀝青路面施工進(jìn)入全新的數(shù)字化作業(yè)模式，將對(duì)我國(guó)公路建設(shè)和提高工程機(jī)械技術(shù)水平產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

U416.217

C

1008－3383(2011)12－0040－01

2011－10－16