1、临海多风条件下桥面上面层 SMA 高性能沥青混合料铺筑可行性分析摘要：通过对天津南港工业区红旗路互通立交桥工程试验段 SMA 高性能沥青混合料上面层摊铺时数据的现场测试，研究了沥青面层混合料在摊铺碾压过程中温度的变化情况，探讨了诸如大气温度、风速等外界环境因素对混合料摊铺碾压时温度的影响关系，验证分析了临海多风地区桥面进行高性能沥青混凝土铺筑可行性分析，对临海多风地区桥面沥青混凝土施工提供了一定的参考依据及解决办法，对指导现场施工、保证施工质量具有重要意义。 关键词：临海多风;桥面;SMA 高性能沥青混合料；铺筑；可行性；分析 中图分类号：U445 文献标识码：A 一、工程概况及试验条件 红旗
2、路互通式立交桥位于天津大港区境内，东临南港工业区港口石化物流区，距离海岸线不足 5Km。由于濒临渤海，受渤海影响，施工区域有时也显现出海洋性气候特征，海陆风现象比较明显：冬季盛行西北风，天气寒冷干燥；夏季多偏南风，高温高湿，雨热同季；春秋季为季风转换期，春季干旱多风，冷暖多变，秋季天高云淡，风和日丽，年平均气温 12.1 度。 工程桥面净宽 7 米19.5 米不等，桥梁高度最高为 12.8 米，总桥面积为 134014.1m2。根据设计要求，试验桥位段桥面沥青砼铺装为 6SUP-20 下面层， 4SMA-13 上面层，本次试验时由于下面层已经摊铺完毕，效果较好，故仅对上面层测试其内部各点在摊铺
3、碾压过程中的温度变化关系，确定是否在此工作环境下施工可行，并提出可行的解决办法。二、试验段施工时沥青砼铺筑实际控制情况 1、SMA-13 沥青砼材料控制（生产配合比调试） 施工前将提供各类原材料样品送天津市市政工程质量检测中心站进行原材料性能检测试验，在原材料检测合格后，由天津市市政研究院进行 SMA-13 沥青砼混合料的目标配合比设计，在目标配合比完成后，立即进行生产配合比并送往相关检测中心对配合比进行验证审核后投入生产。在试验段铺筑前，根据热料仓的筛分情况对 SMA13 配合比进行调试，通过对热料仓的筛分确定了最终沥青混合料的矿料级配。经过试拌，最终确定了各热料仓级配组成见下表： 表 1
4、生产配合比例 SMA13 试验段热料仓矿料配合比例 1015 510 03 矿粉 56.0 18.0 15.0 11.0 在该比例下混合料不同筛孔通过率见下表： 表 2 SMA 混合料不同筛孔通过率 筛孔 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 筛分结果 97.6 64.9 29.5 23.9 19.0 16.1 13.2 11.8 10.5 范围要求 90100 5075 2034 1526 1424 1220 1016 915 812 该比例下合成矿料的级配曲线可见下图： 图 1 级配曲线图 2、摊铺、碾压参数控制 SMA-13 沥青砼试验段施
5、工时采用 2 台 VOGELE18002 进口摊铺机（预热、自动找平装置和自动调节摊铺厚度） ；6 台双钢轮压路机（其中1 台 INGERSOLL RAND 双钢轮压路机、1 台 HM130 双钢轮压路机、1 台HM120 双钢轮压路机、2 台 BOMAG202 双钢轮压路机、1 台 SAKAI SW900 双钢轮压路机、并配有小型碾压设备 SAKAI SW330 一台；两台徐工 XO302胶轮压路机） 。 摊铺控制：现场采用两台摊铺机梯队摊铺，以提高摊铺层均匀性和压实度。摊铺机的摊铺速度根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度，1.5m/min，做到了缓慢、均匀、不间断地摊铺。 碾压控制
6、：SMA 由于粗集料嵌挤良好，碾压过程中的推挤很小，试验段施工时我们使用较重的压路机在高温下碾压。初压、复压采用钢轮振动压路机碾压，碾压一直遵循着“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。 表 3 压路机的碾压速度控制（km/h） 压路机类型 初压 复压 终压 静载钢轮压路机 2-3 2.5-4 2.5-4 钢轮振动压路机 2-4 4-5 3、温度控制 表 4 温度进行抽查测量表 施工日期：2012-7-1 天气：晴 温度：33 风力：2 级西风 分段温度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间（min） 出厂温度 183 181 182 183 179 181 181 183 180 1
7、81 0 到场温度 178 176 181 183 178 179 175 177 176 174 0 摊铺温度 172 170 172 174 174 167 170 171 168 167 5 初压温度 162 159 161 158 159 154 156 157 154 154 10 复压温度 124 125 127 130 128 121 117 116 114 115 15 终了温度 88 86 87 88 83 80 73 71 67 66 20 在施工过程中，通过对各施工工序的温度进行抽查测量，到场温度满足施工要求，但是差别有些较大，最高可达 183以上，最低 174；摊铺温度
8、与碾压温度差别较大，摊铺温度最高 174，而初压温度最低154；复压温度最高 130，最低 114，温差较大。从抽检温度得出结论，现场沥青混合料的温度受施工区域气候因素影响较大。 4、级配控制及马歇尔试验 对现场所取的沥青混合料进行级配筛分，筛分数据结果见下表： 表 5 筛分结果及油石比 筛孔 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 油石比 筛分结果 99.0 69.3 30.8 23.5 18.2 15.7 13.9 13.0 12.3 6.3% 范围要求 90100 5075 2034 1526 1424 1220 1016 915 812 6
9、.0% 根据筛分结果，绘制级配曲线，如下图： 图 2 级配曲线图 对现场所取混合料进行马歇尔试验，试验数据汇总见表 6： 表 6 马歇尔试验数据汇总 试验内容 毛体积相对密度 稳定度（KN） 流值（0.1mm） 1 2.420 17.62 21.5 2 2.423 16.09 24.3 3 2.417 15.17 22.3 从后场拌合站取原材料，使用生产配合比配料成型试件，马歇尔试验数据汇总见下表： 表 7 马歇尔试验数据汇总 试验内容 毛体积相对密度 稳定度（KN） 流值（0.1mm） 1 2.448 9.34 23.3 2 2.454 9.21 22.3 3 2.447 8.77 19.3
10、 5、压实度的检测 沥青混合料上面层在施工后第三日通过钻芯取样，采用表干法测定毛体积相对密度，以室内马歇尔密度作为标准密度来评定压实度。拌合站实验室根据生产配合比设计提供的标准密度为 2.43，记作标准密度1。现场混合料取样检测单位成型试件得到的毛体积相对密度平均值2.420 为标准密度 2，压实度检测结果如表 8： 表 8 压实度检测结果 桩号 毛体积相对密度 压实度 1(%) 压实度 2(%) AK0+450.298 2.267 93.3 93.7 AK0+370.298 2.335 96.1 96.5 AK0+277.798 2.355 96.9 97.3 三、试验段施工后试验成果总结分
11、析及 SMA 高性能沥青混合料桥面铺筑可行性分析 从试验段施工情况来看： （1）通过对沥青混合料拌和楼及生产过程的检查，沥青混合料的生产、运输、摊铺及碾压过程正常。拌和楼料仓各种料计量准确，生产过程全部采用计算机控制，能逐盘打印沥青混合料的生产情况；运输时油布能扣牢，采用双层棉被保温，温度能得到保证；沥青混合料摊铺能做到均匀、连续地摊铺；碾压能做到高温紧跟压实。 （2）沥青混合料的试验检测表明：抽提级配满足要求，油石比满足要求。 （3）从现场取芯试验检测结果来看，压实度则不能满足设计要求，未能达到密实、嵌挤的效果。 （4）摊铺过程中混合料出现离析现象，发生沥青结合料的析漏现象。（5）通过雨后观
12、察，路面渗水严重，如果内部滞留水存在，在长期大量车轮荷载作用下容易造成桥面的破坏。 在建设、监理、项目管理、设计等单位以及天津市市政研究院专家的精心指导下，试验段施工期间虽然后场拌合站生产运行正常，前场摊铺、碾压施工组织管理有序，但是通过取芯检测出的一些指标表明，不能指导后续工作，不具备大规模施工的条件。造成这种情况的具体原因如下： （1）受施工地域气候条件的制约 工程紧邻渤海，地面比较开阔，周边没有其他构筑物，为附近最高建筑。根据海洋气象特点和渤海湾海域的风况特征,通过查阅有关气象资料，了解到渤海湾风速海上要比陆地大。作为施工区域周边的最高构筑物，红旗路立交桥桥上每日同比实际风速要高于天津市
13、气象台发布的风力风速，在则由于桥面沥青砼设计结构层薄，因此，沥青混合料在施工过程中温度散失较快，从而导致摊铺温度与碾压温度差别较大，不能满足规范要求，才给碾压施工带来难度，以致于压实度不能满足设计要求。从试验成果来看，沥青混合料出场、到场温度及摊铺温度均满足要求，运输过程中沥青混合料的温度损失在可承受的范围内。由于施工现场多风且风速较大，在摊铺后碾压过程中，存在一定的温度损失，导致沥青混合料的可压实性降低，从而影响了沥青混凝土的质量。 由上图可知，在外界环境条件几乎相同的情况下，风速较大时，沥青混合料温度下降幅度较大。根据试验段施工时温度控制情况来看，沥青混合料在摊铺后及最初的碾压过程中温度急
14、剧下降，在摊铺后的 5min内，一般会下降 15左右，特别是 SMA 表面层的温度，降幅甚至可达2O左右。 由于工程受临海的地域条件限制，施工现场多风，时大时小的不间断地吹，摊铺层上方的空气总保持与大气差不多的温度，摊铺层的表面与上层空气的温差一直比较大，这样混合料通过热传导向空气传递热量就多，因此，风力对温度的影响很大，多风的天气加速混合料温度的散失。而且风的冷却影响导致混合料的表面产生一种硬壳面，其厚度一般为 11.3cm 不等，这种硬壳面在刚轮压路机的碾压作用下，会造成路面的热龟裂，严重影响沥青路面将来的使用年限。 （2）桥面砼铺装层温差的影响 而对于桥梁沥青砼下面层底而言，主要是由于与
15、之相接触的下卧的桥面砼铺装层表面温度较低（桥面沥青砼面层下的砼铺装层属于刚性结构，跟道路工程中沥青面层下，一般所采取的水泥稳定碎石半刚半柔性基层不同，温度相对较低，保温性较差） ，SMA 沥青砼下面层施工时，其底通过热传导将一部分的热量传递给了砼铺装层，从而导致了 SMA 沥青砼下面层热量的流失，使其温度在碾压之前迅速下降，给碾压施工带来困难，影响了其压实度。 （3）SMA 高性能混合料沥青砼施工的不均匀性和材料变异性的影响 SMA 混合料沥青砼施工的不均匀性和材料变异性的影响过大，将会导致沥青砼桥面施工质量，影响桥面的密水性能，造成雨后渗水，致使路面层间内部有滞留水，渗水现象较为明显，这样就
16、会造成在车辆高速通过时产生强大的冲击跳动作用，加速上、下面层之间不同程度的松散等病害现象。 4、SMA 混合料在摊铺过程中因调节不当出现材料离析的影响 在 SMA 沥青路面施工过程中，摊铺是一个最为关键的环节。但是，从目前试验段的现场施工过程来看，在材料离析的各个环节中摊铺离析往往没有引起足够的重视。在沥青路面施工中，即使搅拌设备生产出优质的、均匀的混合料，在卸料、运输等上述各个环节中不存在离析现象，但在摊铺过程中如果调节不当，仍可能产生严重的材料离析，靠碾压工艺对离析的改善可以说是微乎其微的。 四、临海多风地区桥面沥青混合料铺筑结构组合方案 1、推荐（建议）方案 据此，通过对此试验段的施工，期间又通过与工程临近海滨大道高速公路工程施工单位的沟通交流，认为临海多风施工环境条件下桥面上面层沥青砼铺装不适宜采用 SMA 级配沥青砼混合料，则推荐采用经验丰富、技术成熟的 AC 级配沥青砼混合料。 2、推荐理由 （1）施工工期要求和现场施工作业环境的局限性 临海多风地区,对于高性能沥青混合料(尤其是上面层仅为 4cm）来讲，热量损失很快，在短时间内温度下降幅度非常大，非常不利于沥青砼路面施工。因此，在临海多风的条件下确保沥青路面的施工质量是桥面沥青砼铺筑施工的关键。 根据有关气象部门对临海地区风速日变化进行的实地考察资料显示，
