高等级沥青路面碾压方式的优化

王 英，刘运新，杜银飞

（河海大学土木与交通学院，江苏南京 210098）

高等级沥青路面碾压方式的优化

王 英，刘运新，杜银飞

（河海大学土木与交通学院，江苏南京 210098）

通过对沥青路面碾压过程中碾压温度、速度、重叠轮宽和碾压段落进行量化分析，找到影响压实质量的各因素的内在联系，并给出相应的理论计算方程。结合实际分析，得到了该理论在实践中的应用前景，便于在施工现场中关于沥青路面碾压质量的控制与管理。

沥青路面;碾压控制;实际分析

碾压作为沥青路面施工过程中的最后一道工序，其压实质量的好坏将直接影响沥青路面的质量和使用性能。良好的压实能够提供沥青路面足够的承载力和耐久性，使其适应周边环境的变化，满足交通荷载的需要。在碾压环节进行切实有效的施工质量控制，将会在很大程度上提高沥青路面的压实质量，提高其耐久性，从而降低日后的维修费用，提高综合利用价值。

由于碾压因素的不确定性，如天气、环境以及人为等因素都将会对碾压质量产生不同的影响。因此，JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》（以下简称《规范》）［1］对碾压的各环节控制标准均没有给出明确的规定，导致在现场实际操作中标准不统一，碾压均匀性较差，局部压实度不足现象常有出现。由于没有规范的碾压施工组织规划，碾压过程中也极易发生安全事故。鉴于此，笔者对碾压各环节进行研究，给出实际操作参数。进而对碾压各环节进行优化设计，将责任分配到个人，便于施工质量管理，提高碾压的有序性和可行性，从而得到质量优良的沥青路面。

1 沥青路面压实机理

沥青混合料的压实过程，就是从松散、塑态逐步过渡到高抗拉强度黏聚态的过程。一方面，沥青混合料的压实非常像黏性土，既通过颗粒的变形和重新组合完成压实过程，同时随着沥青胶结料黏度的降低，内聚力逐步降低;另一方面，混合料的压实又像非黏聚性材料，因为集料颗粒的重新组合受到集料之间摩擦力的阻抗作用，棱角性小的混合料比棱角性大的易于压实。因此，当材料的内聚力和内摩擦角最小时，剪应力也最小，此时用最小的压实功就能使混合料充分压实。混合料的内摩擦角与混合料的集料及级配关系很大，而内聚力则受温度的影响较大。压实设备所做的功一部分直接用来改变混合料层的厚度，另一部分用来改变混合料层的颗粒排列［2-3］。

因此，沥青路面的压实就是在有效的压实时间内，采用合适的压实设备，并进行合理有效的碾压的一个过程。碾压可以分为模糊碾压和有序碾压两种方式。模糊碾压即没有组织没有规划，只是将一定的压实设备在已摊铺完毕作业面上进行碾压的一个过程;而有序碾压则是在碾压之前进行合理的碾压组织规划，在碾压开始之时能够按照预定的步骤进行有组织碾压的一个过程。显然，有序碾压优于模糊碾压。在碾压之前对碾压各环节进行有组织的规划与研究，可以提高碾压效率，保证碾压的均匀性和时效性，并最终可以提高压实完成后沥青路面的使用性能和耐久性。

2 沥青路面碾压控制要点以及相应优化分析

2.1 碾压温度控制

在确定了路面结构混合料类型及结构层次之后，集料的内摩擦角也就随之确定了，影响压实效果的另一个重要因素即沥青胶结料的内聚力就显得尤为重要，当胶结料内聚力较小时则易于压实的实现。而沥青胶结料的内聚力是随着沥青胶结料黏度的降低而降低的，黏度又对温度具有极高的敏感性，图1为基质沥青相应的黏温曲线关系［4］:

图1 基质沥青黏温关系曲线Fig.1 Curve of asphalt viscosity-temperature relationship

碾压温度范围除了根据黏温曲线确定之外，也应参考室内击实试验结果，从而得到适宜碾压的温度范围，在该温度范围内的碾压才可以称作是有效碾压。过低温度下的碾压有可能造成集料的破碎，而使得碾压起不到提高压实度的效果。这就需要在混合料的有效压实时间内尽早完成全部碾压工作。有效压实时间因地域、季节以及天气情况有很大差异。

具体操作中，可参考文献［5］并结合当日混合料的温度下降速率来估算当日施工用混合料有效压实时间。在实际操作中，除了在预估的有效压实时间内完成碾压之外，也要尽量保证初压的时效性。实践证明，刚摊铺完的松散混合料经过一次碾压之后，其温度下降速率将会得到很大程度的减缓［5］。因此，在碾压开始之前进行一个合理的统筹规划，遵循有序碾压的基本准则，可以大大延长有效压实时间，为复压和终压工作奠定一个良好的基础。

2.2 碾压速度

参考施工日天气气温情况，结合文献［5-6］了解当日施工现场混合料温度下降速率，以此估算当日路面沥青混合料有效压实时间，并结合拌和站生产能力，对各阶段的碾压速度进行估算。

各个因素之间的关系如式（1）、式（2）:

式中:M为拌和站生产能力，t/h;y1为路幅宽度，m;h为设计厚度，cm;ρ为室内成型混合料相对密度;v1为摊铺速度，m/min;v2为初压压路机碾压速度，km/h;N为碾压遍数;n为碾压一遍需进行往返次数;t为摊铺机运行时间，min;98%表示预估的达到室内成型标准的压实度。

式（2）中采用不等号的原因在于摊铺刚开始后初压工作面有限，初压速度不可能过快。

2.3 碾压重叠轮宽

不管压路机是静压还是振动碾压，碾压时都应有足够的轮宽重叠，因为接近轮宽附近处压实度普遍是偏低的。总的来说，由于轮宽附近缺少必要的集料进行挤嵌作用的束缚，导致碾压过程中集料出现了轻微的横向推移，结果与无路缘石限制的路肩侧碾压效果是一样的。对于振动压路机来说，压路机的振源在轮的中心，振动以波的形式向外传播，越接近轮边缘处混合料所受到的压实能量越少，因而轮边缘处与轮中心相比具有较低的压实度［7］，如图2。

图2 振动轮能量传递示意Fig.2 Energy transfer schematic of wheel vibration

因此，需要压路机操作手在进行碾压时进行适当的轮宽重叠，以保证各处压实度的均匀性。具体需要重叠的轮宽尚没有明确的规定，DB 32/T 1246—2008《江苏省高速公路沥青路面施工技术规范》［8］根据经验选择1/3 ～1/2。

考虑两台压路机同时运作，有

式中:y2为压路机碾压轮宽;x为碾压重叠轮宽;其他符号同前。

2.4 碾压段落

根据碾压的基本准则，为了尽量保证压路机的碾压速率和摊铺机的前进速率相一致，碾压段落可分为两部分:初压压路机紧跟摊铺机的初次跟进段落l1，压实基本完毕留给终压收光的段落l0。其中l1的大小将会影响到后续压路机的碾压过程，l1过大，则未经过初次碾压的已摊铺混合料温度下降过快，不利于压实;l1过小，后续跟进的胶轮压路机工作面不足，也会影响到碾压效率问题。

随着摊铺的连续有效进行，压路机每个往返的距离长短呈递增趋势，递增数据之差应符合等差数列基本特征，如图3。

图3 初压压路机进退示意Fig.3 Advance and retreat schematic of initial pressure roller

图3中，1-n表示第1遍碾压的第n个往返过程，按照一般施工现场的施工方案，双钢轮压路机紧跟摊铺机碾压2～3遍，另有2台胶轮压路机各紧跟1台钢轮压路机进行复压工作。因此2-n即表示第2遍碾压的第n个往返过程。从有效碾压时间来考虑，在跟进l1的情况下，压路机经过2遍碾压需耗费的时间可通过式（5）进行估算，其中，压路机初次跟进速度按照摊铺机摊铺速度进行考虑:

以此类推，可得到各段碾压所需时间:

该段碾压时间总和为T1，即:

T1的选择应考虑到给予后续复压及终压以足够的时间。实例分析将阐述具体实施方法，根据选择的T1大小计算出l1的大小。并估算终压收光的段落l0，计算终压所需时间T3，然后根据预算的有效压实时间计算复压时间T2，并参考《规范》［1］中给出的速度控制予以验证其实用可能性。

3 实例分析

以浙江杭长高速公路杭州—安城段LM-2标沥青路面中面层Sup-20改性沥青混合料现场碾压为例，验证上述理论的应用成果。该标段该层次路面基本情况如表1。

表1 路面基本参数情况Table 1 Basic parameters of pavement

由式（1）可以计算得出摊铺速度v1≈ 2.5 m/min。

采用两台德国产ABG-423型摊铺机前后相隔10～15 m进行梯队摊铺，碾压工作拟采用的压实设备如表2。

表2 碾压机械基本参数情况Table 2 Basic parameters of roller mechanical

对于初压压路机重叠轮宽问题，实际应用中，考虑到两台摊铺机中间接缝处应保证有足够的压实度，故按照式（4）计算时，路幅宽度取12 m，即接缝处重叠碾压宽度为0.75 m。则当n=4时，x=0.8 m;当n=5时，x=1.1 m。结合以往经验并综合考虑经济效益问题，选定n=4，N=2，由式（2）计算出初压速度不超过2.4 km/h。为方便计算，选取v2=2.4 km/h，按照式（5）～ 式（7），可得T1=0.874l1，且t2-n=0.076l1。

验证当天气温约为15℃，据文献［5］估算出有效压实时间约为35 min。各阶段以及总的碾压遍数，可参考文献［9］计算确定。

假设初压时间选择为15 min，则l1=17.2 m，由式（6）可以计算出t2-n=1.3 min，则l2-n=v2t2-n/2≈26 m，可选取l0=30 m作为一个碾压段落。

由于XG6301P与BW202型压路机均只有1台进行全幅摊铺，故式（4）可以改写成x=（ny2-y1）/（n-1），由相应的碾压轮宽可以估算出nXG=6，nBW=8。

由于终压的作用仅是清除轮迹，对混合料的压实几乎不起作用，故终压速度可以稍微加快。根据《规范》［1］对各阶段碾压速度的规定，以vBW=5 km/h为例，T3=5.76 min。

复压时，考虑以下两种方案:

1）当n=6，N=3 时，vXG=4 km/h，则

2）当n=6，N=4 时，vXG=4 km/h，则

综合考虑各种因素作用，选择第1种方案进行复压。据此，各部分碾压环节均有所依据，有相应的指标控制，便于施工过程中的质量管理。其中，终压应等到复压压路机碾压结束后再开始进行收光碾压工作。

实践证明，在这种情况下，路面的压实工作可以合理有效地展开，各阶段压实工作井然有序，并能在有效压实时间内完成碾压工作。重要的是，将碾压环节实行量化控制，易于将责任到个人，实行有据可循的规章制度管理，从而得到质量优良的沥青路面。

4 结语

沥青路面碾压是一个复杂的过程，需要综合考虑到各方面的影响因素。现阶段，《规范》中关于碾压环节的规定也很模糊，没有给出具体的质量控制与管理措施，在实际施工过程中无法进行量化控制，给碾压施工带来了一定的困难，不利于管理。

通过上述分析各因素内在的联系，在符合《规范》要求的前提下进行碾压方式的优化分析，得出了相应的理论计算方程。结合工程经验以及工程实际情况，在碾压开始前给出具体的碾压参数，便于施工时的管理，从而得到质量优良的沥青路面，达到良好的经济效益。

（References）:

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JTG F 40—2004 Technical Specification for Construction of Highway Asphalt Pavement［S］.Beijing:China Communications Press，2004.

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［8］ DB 32/T 1246—2008江苏省高速公路沥青路面施工技术规范［S］.南京:江苏省交通工程建设局，2008.

DB 32/T 1246—2008 Technical Specification for Construction of Highway Asphalt Pavement in Jiangsu Province［S］.Nanjing:Jiangsu Traffic Engineering Construction Bureau，2008.

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Li Hanguang，Gao Ying，Yu Wenbin.Compaction characteristics of hot mixed asphalt and number of roller passes［J］.Journal of Southeast University:Natural Science，2011，41（1）:186-189.

RCC Optimization of High-Grade Asphalt Pavement

Wang Ying，Liu Yunxin，Du Yinfei
（College of Civil＆ Transportation Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，Jiangsu，China）

Through the quantitative analysis on various influence factors，such as temperature，velocity，overlap wheel width and paragraph in the rolling and compacting process of the asphalt pavement，the inner contact among various factors affecting the compaction quality is found out and the corresponding theoretical equations for calculating are given.With the combination of case studies，the application prospect of the theory in the practice is described.The proposed theory is available to control and manage rolling and compacting quality of the asphalt pavement at the construction site.

asphalt pavement;rolling control;actual analysis

U415.2

A

1674-0696（2013）02-0211-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.09

2012-05-02;

2012-09-21

王 英（1987—），女，山东烟台人，硕士研究生，主要从事道路材料方面的研究。E-mail:wangyinghome2011@sina.com。