《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第一部分公铁水《大倾角高速跑道沥青曲面施工关键技术研究》
1. 项目名称: 大倾角高速跑道沥青曲面施工关键技术研究
2. 完成单位: 中交一公局第五工程有限公司、中交一公局集团有限公司
3. 主要完成人: 任伟涛、 高建清、 米存芳、徐彬超、 石志旺、 毛云波、 赵春华、 孟庆春、 方明亮、 谢小波
(一)项目背景
1.曲面施工方面
高速跑道曲线段呈“盆腔式冶形状,曲面最大倾角为49毅39忆,目前是国内最大倾角的沥青类高速跑道,其施工难度在国内沥青混凝土高环曲面施工中属于最难的。
2.指标验收检测方面
高速跑道曲线段平整度检查模拟3mm曲线规,曲线规的差值-2mm臆吟h臆+2mm即为合格,反之不合格,高速跑道此种平整度坚持方法在国内甚至国外均无相关记录。
(二)适用范围
本项目研究的关键技术可应用于试验场高速环道“盆腔式冶曲面路面工程施工。
(三)技术概况
本项目以大倾角高速跑道曲面施工与质量控制为研究目标,针对国内试验场的沥青类大倾角高速跑道进行研究,根据大倾角高速跑道曲面施工关键点,分别对其进行分项研究。
(1)通过对高速环道测量控制系统进行研究,提出了“强制水准点+基准导轨冶组合形式的高程控制系统,解决了常规测量控制系统无法满足曲面摊铺机施工中控制高程的困难。
(2)通过对高速跑道曲面摊铺施工方案、曲面配合比设计、曲面摊铺施工技术的研究,提出了曲面一次摊铺成型技术、曲面4车道滑料控制等技术,解决了高速跑道曲面摊铺中易出现局域混合料倾斜下滑问题,通过应用新技术和新设备提高了曲面成型后的高程、平整度合格率。
(3)通过对曲面碾压设备、曲面碾压顺序进行研究,提出了曲面碾压技术,解决了曲面摊铺成型后常规压路机无法进行曲面碾压密实的问题。
(4)为保证曲面施工质量,在曲面摊铺过程中应用了曲面高程控制检测技术和曲面压实度检测设备,实现了曲面摊铺过程高程检测控制的目的,也解决了曲面成型后无法检测压实度的问题,对曲面高程及压实度质量控制有了较大的提高。
(四)获奖情况
本项目对大倾角高速跑道曲面施工及质量控制关键技术进行系统性研究,形成了一批具有自主知识产权的科技创新成果,项目研究成果已获国家发明专利1项、实用新型专利2项、省级工法1项、省级QC成果4项,主编了“CECS冶团体标准《汽车试验场特种道路设计与施工技术规程》1部。
(1)本项目提出了“强制水准点+基准导轨冶组合形式的高程控制系统,此测量控制系统稳定性好、测量精准度高,解决了常规测量控制系统无法满足曲面摊铺机施工中控制高程的困难。国内外尚未见文献报道,在国内外具有新颖性。
(2)本项目通过对高速跑道曲面摊铺施工方案、曲面配合比设计技术的研究,提出了曲面一次摊铺成型技术、曲面4车道滑料控制等技术,解决了高速跑道曲面摊铺中易出现局域混合料倾斜下滑问题,通过应用新技术和新设备提高了曲面成型后的高程、平整度合格率。国内外尚未见文献报道,在国内外具有新颖性。
(3)本项目通过对曲面碾压设备、曲面碾压顺序进行研究,提出了曲面碾压技术,解决了曲面摊铺成型后常规压路机无法进行曲面碾压密实的问题,通过应用特殊设备及先进的曲面碾压工艺,碾压成型后曲面无明显车辙印,曲面整体外观之良好,平整度合格率有效提高。国内外尚未见文献报道,在国内外具有新颖性。
(4)为保证曲面施工质量,在曲面摊铺过程中应用了曲面高程控制检测技术和曲面压实度检测设备,解决了曲面成型后无法检测压实度的问题,通过应用以上技术和设备,对曲面高程及压实度质量控制有了较大的提高。国内外尚未见文献报道,在国内外具有新颖性。
本课题以汽车试验场高速跑道曲面施工技术为背景,依据国内已成型的“盆腔式冶曲面高速跑道施工经验和关键技术,对高速跑道曲面摊铺施工、高程控制系统、曲面碾压工艺及质量控制方式进行深入研究。
(一)大倾角高速跑道曲面施工测量控制系统技术研究
以高速跑道内环线为线路进行现场勘查,布设水准高程点,对闭合的环形水准点进行水准测量,然后安装上下部基准导轨,安装轨道后对高程进行调整,为曲面施工提供高程控制保障。曲面摊铺机以闭合导线为控制基础,施工先建立摊铺高程控制基准轨,采用基准线的方法不能作为曲面摊铺高程控制的基准线。水准点布设原则:两个水准点之间必须能达到通视,不得存在遮挡视线的物体或者边坡。提出了“强制水准点+基准导轨冶组合形式的高程控制系统,此测量控制系统稳定性好、测量精准度高,能有效避免曲面每层沥青摊铺过程中存在的累计误差,解决了常规测量控制系统无法满足曲面摊铺机施工中控制高程的困难。
(二)大倾角高速跑道曲面摊铺技术研究
1.高速跑道曲面施工方案研究
曲面摊铺的衔接存在纵向冷接缝通缝的问题。曲面摊铺搭接顺序要合理,保证高速跑道质量。
2.曲线段整体摊铺方案研究
高速跑道曲线段由三部分组成,曲面摊铺机主要进行2/3/4车道+曲面安全带区域的摊铺,其余需要常规的摊铺机摊铺作业。
3.高速跑道曲面沥青混合料配合比设计
高速跑道曲面倾角过大,在摊铺过程中使用常规的配合比无法满足曲面摊铺施工,为解决离析及滑料问题,确定最佳配合比。
4.高速跑道曲面混合料温度控制技术
在摊铺过程中对混合料温度严格控制,碾压时温度过低无法达到压实度要求。
5.曲面摊铺施工技术
摊铺时曲面上料速度可根据摊铺机的行驶速度来调整,避免摊铺机行驶速度过快,导致曲面压密实度不够,上部出现滑料。
(三)大倾角高速跑道曲面碾压成型技术研究
1.曲面碾压设备的组成
高速环道圆曲线段曲面横断呈三次抛物线型、缓和曲线段呈麦克康奈尔曲线型,曲面最大倾角为49毅39忆,所以曲面碾压采用特殊的曲面压路机。
2.曲面压路机行走系统研究
胶轮压路机对在曲面上碾压施工的压路机提供可靠的重力,能随着曲面压路机的行走而同步移动,以确保设备能承受曲面压路机在曲面上行走时产生的侧向拉力,使曲面压路机能安全地在曲面上行走而不会侧翻。
3.曲面碾压技术
避免曲面在碾压过程中受到斜向挤压,出现混合料倾斜下滑堆积在2车道,曲面碾压时遵循从低到高的原则,先采用小曲率压路机碾压2车道,在采用大曲率鼓式压路机碾压3/4车道。在碾压时小曲率压路机在最前,3车道大曲率压路机在中间,4车道+安全带大曲率压路机在后,保证3台压路机在垂直方向上不在同一位置,3台压路机在碾压过程中前进和后退同步进行。
(四)大倾角高速跑道曲面施工质量控制技术研究
1.曲面高程控制技术
高速跑道曲面施工过程中高程控制以网格为依据,将曲面数据导入电脑中,且电脑与全站仪使用数据线相连接,在摊铺过程中每20m检测一个断面,每个断面检测20个高程点。
2.曲面压实度检测技术
曲面碾压时由于受到倾斜牵引力的影响,实际法向碾压做功小于常规平面道路碾压的效果,在碾压时易发生碾压遍数不够,且压实功无法达到设计要求,导致沥青路面的压实度达不到设计要求,造成质量病害的问题。
为保证路面压实度质量,发明了曲面钻芯取样车,可以对成型的曲面路面进行钻芯取样,以检测压实度是否到达设计要求。
(1)中汽中心盐城汽车试验场该项目总投资20亿元,占地面积2383亩,试验道路总长60公里。该试验场是集汽车技术法规实验、产品研发试验、道路安全及技术培训等功能于一体的具有国际水平、国内领先的汽车公共实验检测平台。高环全长7850m,4车道,路基曲线段宽57.6m,直线段宽58.6m,高环最大倾角35.72。一期为高环路基工程,二期为高环路面工程,在施工中采用大倾角高速跑道沥青曲面施工技术,路面成型后指标精度高、误差小,施工质量验收合格率高,施工质量达到了业主及监理的要求。
(2)中亚轮胎试验场高速跑道路面结构工程,高速环道全场5301.831m。由直线段、缓和曲线段、圆曲线段组成、圆曲线半径为275m。整条环道分四车道,侧摆加速度变化率为6°/s"。圆曲线段采用三次抛物线型,缓和曲线段采用迈克康奈尔曲线。全程实施无接缝摊铺,由于最大倾角为49°39"属于国内之最,导致其施工难度在国内沥青混凝土高环曲面施工中属于最难。
通过应用此技术提高了曲面摊铺成型和各项指标合格率,经检测各项指标结果均满足设计和业主要求。施工结果得到了监理和业主单位的认可,在行业内所有沥青跑道测试精度最高。
(一)经济效益
应用“大倾角高速跑道沥青曲面施工关键技术冶后,在“盆腔式冶高速跑道曲面施工中高程控制、曲面倾斜滑料等各方面控制更加精准,施工成型后的测试结果精确度更加准确。通过优化配合比、改进施工工艺,从人工、机械、材料方面都节约了较大的投入,目前将本技术已经应用到了多个试验场工程,预计直接和间接产生的经济效益为400余万元。
(二)社会效益
对高速跑道曲面施工先进的关键技术进行归纳总结,形成了一套适用于高速跑道曲面施工的成套技术,此技术已在多个试验场应用,施工质量达到了同行业内领先地位,国内试验场建设份额占到了50%,得到了各单位业主的认可,试验场分公司在试验场建行领域具有较高的知名度。
