筑路机械应用：冷铣刨-热摊铺修补的效果

对于路面较大的龟裂，密集的坑槽、沉陷、车辙、桥头涵顶跳车、桥面脱落或局部路面翻修等修补常采用冷铣刨-热摊铺技术。该技术是一种传统的修补方法，施工工艺简单，施工技术规范，不仅可用来修补路面面层，而且用来翻修路面结构层，翻修深度不受限制，因而可以彻底消除路面龟裂、坑槽、沉陷、车辙、脱落和桥头涵顶跳车等多种病害。

1.机械设备的选择

冷铣刨-热摊铺机械化修补作业所使用的机械设备较多，主要有：切割机、铣刨机、液压镐（风镐）、乳化沥青洒布车、自卸汽车、沥青拌和机、摊铺机、光轮和胶轮压路机、平板车、画线车。这些机械设备大多是公路建设和养护中常用的机械设备，这里只论述下面两点：第一，对于轮式铣刨机，可采用实心胶轮，前后轮驱动；第二，沥青混凝土拌和机要配备足够大的热料贮存仓，同时要考虑废旧混合料的再生利用问题。

在选择机械设备类型和数量上，要充分考虑以下几方面的问题。

1）机械设备的合理配置

机械设备的合理配置就是根据施工任务的具体要求、施工工艺及现场条件，选取合适的机械设备类型和数量，使之配套成龙，使每台设备都能在施工中发挥最大效率，取得更好的经济效益。

冷铣刨-热摊铺机械化修补作业由铣刨—拌和—运输—摊铺—碾压等环节构成，而这些施工环节在路面养护中可进一步优化为“铣刨—拌和—摊铺”施工系统，原因为：一是在日常养护施工中，由于各种施工干扰因素较多（气候、不封闭交通施工现场、半幅轮流施工、交通安全、转弯掉头、铣刨与摊铺分开且流动作业、现场工序繁杂、运距一般较长等），导致运输混合料车辆一天只能运进两三趟，甚至一趟，所以，必须配备足够的运输车辆，确保沥青混合料能及时到位。二是由于这种修补方式是逐块进行的，且为半幅轮流施工，摊铺为不连续作业，一般情况下，一台摊铺机配一台钢轮压路机和一台胶轮压路机即可，所以，压路机能较容易地完成碾压任务。

（1）路面铣刨机生产能力的确定

路面铣刨机是冷铣刨-热摊铺机械化修补作业的主导机械之一，它所需要的生产能力主要根据工程量和工期等要求决定，用式（4-3）来计算：

式中　Qx——铣刨机所需要的生产能力，m2/h；

Sx——施工要求的铣刨面积，m2；

T——施工计划预定的修补天数，d；

K——开工日系数，K＝实际工作天数/计划日工作天数；

t——每日作业小时数，h/d。

单台铣刨机本身具有的生产能力可由下式来确定：

式中　qx——单台铣刨机具有的生产能力，m2/h；

Bx——铣刨宽度，m；

vx——铣刨速度，m/h；

hx——铣刨厚度系数；

kx——铣刨机调迁系数。

式中　td——铣刨机每天调迁所用的时间，h；

t——每天作业时间，h。

多台铣刨机的生产能力则为各单台铣刨机生产能力之和，它至少应等于铣刨机所需的生产能力：

式中　n——铣刨机台数。

路面铣刨机的铣刨宽度对每台铣刨机来说是不变的，而铣刨速度则是可变的，它受以下因素影响：一是病害类型，不同的病害，铣刨速度是不同的。如铣刨较深的沉降往往是将铣刨面积内周边的铣刨深度范围内的路面铣刨掉，而将中部沉陷较深的路面拉毛，铣刨周边路面时速度较慢，而拉毛时则速度较快；铣刨较严重的龟裂、网裂，由于路面松散，速度较快；铣刨车辙（没有其他病害相伴）时，则速度较慢。二是铣刨厚度，铣刨厚度越深，速度越慢。三是路面结构类型，不同路面结构类型，其密实度、坚硬程度都不同，故铣刨速度也不同。四是由于铣刨是逐块进行的，经常要调迁设备，而调迁距离长度也影响铣刨速度。

（2）沥青混凝土拌和设备生产能力的确定

沥青混凝土拌和设备也是冷铣刨-热摊铺机械化施工修补作业的主导机械之一。它所需的生产能力要根据铣刨面积和摊铺层厚度来确定，用式（4-7）进行计算：

式中　Qb——拌和机所需的生产能力，t/h；

Qx——最终确定的铣刨机的生产能力，m2/h；

H——设计摊铺层的厚度，m；

ρ——混合料的密度，t/m3；

kb——匹配系数。为了保证施工连续性，拌和机生产能力应大于铣刨机生产能力的30%～40%为宜，即kb＝1.3～1.4。

（3）沥青混凝土摊铺机生产能力的确定

沥青混凝土摊铺机所需的生产能力可由式（4-8）来计算：

式中　Qt——摊铺机所需的生产能力；t/h；

Qb——最终确定的拌和机生产能力；t/h；

kt1——匹配系数，为了保证施工的连续性，kt1可取1.2～1.4。

单台摊铺机本身具有的生产能力由下式计算：

式中　qt——单台摊铺机具有的生产能力，t/h；

Bt——摊铺宽度，m；

vt——摊铺速度，m/h；

H′——摊铺层松铺厚度，m；

ρ——混合料密度，t/m3；

kt2——摊铺机调迁系数。

式中　td——摊铺机每天调迁所用时间，h。

多台摊铺机的生产能力则为各单台摊铺机生产能力之和，它至少应等于摊铺机所需的生产能力：

式中　n——摊铺机台数。

摊铺机施工时往往是分半幅轮流施工，也就是说，对于双向四车道的高等级公路，每次摊铺宽度为5～6 m；对于双向六车道，摊铺宽度为6～7 m；对于车辙，由于其往往集中于一个车道上，所以摊铺宽度一般为3.5～4.0 m。

摊铺速度一般是可变的，但在施工时，应根据每天的摊铺量和调迁次数尽可能使摊铺速度保持在某一速度上，这样不仅有利于任务的完成，而且有利于施工质量的保证。

路面摊铺结构层的厚度一般在摊铺前通过测量确定，所以摊铺层松铺厚度应为

式中　H′——摊铺层松铺厚度，m；

H——路面摊铺结构层的厚度，m；

f——松铺系数。

式中　d——试验施工时摊铺厚度，m；

d′——试验施工时压实的厚度，m。

2）机械设备调迁

在冷铣刨-热摊铺机械化修补作业中，由于施工是逐块进行的，所以要涉及频繁调动机械设备的问题，解决这个问题要考虑以下两个方面：

（1）优先选用轮式机械，轮式机械行走方便快捷，转弯掉头机动灵活，所以在路面养护施工中，如果作业距离太远或块距较近，采用轮式机械就可大大减少人力、物力，提高工作效率。

（2）配备平板运输车，如果运距较长，机械设备的调迁必须用平板车来运输。

3）机械设备安全

由于机械设备在不封闭的高等级公路上作业，为防止交通和施工事故的发生，机械设备必须油漆成橘黄色，并配有醒目的作业警灯和交通安全标志。

2.机械化施工

冷铣刨-热摊铺机械化施工方法的施工工艺如图4-24所示。

图4-24　冷铣刨－热摊铺施工工艺

1）路面病害调查及其处置方案确定

在对路面破损、病害进行处置之前，要对路面病害进行彻底全面的实地调查，认真记录病害的位置（桩号）、面积、深度及形成原因。同时要对路面病害段落的原始设计、施工资料进行详细查阅，认真记录这一段落的桩号、路面标高、宽度、转弯半径、超高超宽、纵坡横坡、路面结构、沥青混凝土级配类型、路面原材料产地和型号规格等。然后依据这些数据，分析病害形成的原因，汇集多方意见，确定处置方案。

对于一些不完全是由路面原因引起的病害，在施工之前要作前期处置。比如：

（1）大面积的路面严重破损，要调查基层情况，如发现基层也损坏严重，则应对基层进行彻底处理，小面积可用沥青碎石或粗粒式沥青混凝土填补，大面积的则需重做水泥碎石基层。(www.xing528.com)

（2）大面积严重沉陷，要调查沉陷的形成原因，如属路基不均匀沉陷或滑移，则要对路基进行稳固处理，比如可进行速效水泥灰浆灌桩，然后等路基稳定后，对超过15 cm的沉陷做水泥碎石基层，超过10 cm的沉陷进行沥青碎石或粗粒式的沥青混凝土填补。

（3）对于桥面龟裂脱落，要在铣刨完沥青路面后对桥面进行认真检查，彻底清除桥面上的存水和脱落的杂质，对于桥面损坏较为严重的部位，要进行水泥混凝土加固。

对于由路面原因引起的病害，要依据病害原因提出防治对策，对症下药，大胆采用新技术、新材料、新工艺，争取能根治病害。

2）路面勘测

在铣刨之前，要对路面病害段落进行测量，通过对测点高程的比较，确定修补的范围和铣刨范围。路面修补范围的四边要平行或垂直行车方向，同时要尽可能把纵接缝留在标线处或路边，所以修补范围一般分为一个车道、两个车道或全幅。故测量时，在横向断面上一般要布置3个测点，分布在两边和中间；在纵向上，一般每5 m（弯道处）或10 m（较直路段）分布一个测点。通过和原始路面资料测点高程的比较，确定测点高程差Δx。

式中　x——原始路面测点高程，m；

x′——测点实际测得高程，m。

当Δx趋于0时，该测点处便可定为修补范围的起点和终点；0＜Δx≤hx（铣刨深度）时，该处为铣刨范围；当Δx＞hx时，该处不需铣刨，拉毛即可。

3）路面铣刨作业

路面铣刨作业包括切边、铣刨、铣刨废料运输、刨边角、清扫余渣、铣刨面复查等几道工序。

（1）切割机切边

确定补修面积后，技术人员要把铣刨面积用粉（石）笔画出来，然后用切割机将修补面积边线切出来，切缝深度一般要保证4 cm左右。切割机切边主要是为了保证边线笔直、坑槽槽壁垂直、槽边整齐。切割机切边可以在铣刨前，也可以在铣刨后，在铣刨后切边更容易保证边线笔直，但往往易留下较多的边角，增加了刨边角的工作量。

（2）铣刨机铣刨

依据工程技术人员提供的铣刨面积和铣刨深度，沿着行车方向逐刀地进行铣刨，如图4-25所示。一般来说路面面层铣刨的深度（即路面面层最小结构厚度）为4 cm左右，但如果坑槽中有松散物或藏水，则应加大铣刨深度，直到彻底露出坚实底层为止。对于未铣刨但要加铺的路面，铣刨机要在来回行驶过程中将其拉毛，拉毛痕迹深度为3～5 mm。铣刨速度虽然是可调的，但一般情况下，要控制在一定范围之内，太快，会将路面刮松，使路面不平整、不连续，且机器损耗大；太慢会影响施工进度。一般每种铣刨机出厂时都会提供施工作业速度范围和最佳作业速度。

图4-25　铣刨作业

1—拉毛面；2—铣刨面；3—原路面。

（3）铣刨废料运输

铣刨机铣刨时，通过传输皮带将废旧混合料装上运输车辆，运到固定地点进行存放，以备再生利用。

（4）刨边角、清除余渣

用液压镐（风镐或人工）将铣刨机入（提）刀自然形成的圆弧与切割机切缝间的少部分残留路面清除掉，然后人工将坑槽内残留杂物清扫干净，如需要，最后可用空压机把整个作业面吹干净。

（5）铣刨面复查

最后要对铣刨面进行检查和测量，查看铣刨面是否平整，松散物是否都铣刨掉，槽壁是否整齐垂直，测量铣刨深度是否合适，记录铣刨后各测点的高程，如合格，将数据签字后移交给摊铺作业组。

4）喷洒乳化沥青

用沥青洒布车将乳化沥青喷洒于整个摊铺面和槽壁接口上，乳化沥青选用快裂式阳离子乳化沥青，过一定时间后，乳化沥青破乳，即可进行摊铺作业。

5）摊铺作业

沥青混合料摊铺作业是整个修补过程中保证施工质量的关键一环，包括摊铺前测量和摊铺施工作业两道工序。而摊铺机的调整和合理操作是确保施工质量的关键，只有把摊铺机的结构参数和运动学参数调整到最恰当、最合理状态，才能高效率地摊铺出高质量的沥青混凝土路面。摊铺作业结构参数有：摊铺宽度、拱度、摊铺厚度等；运动学参数有：工作速度、振动频率、振动幅值等。

（1）找平基准的选择

摊铺机在施工中有两种基准可供选择：一种是固定基准，即基准线，也称挂线法，如图4-26所示；另一种是行车基准，即基准梁或平衡梁，如图4-27所示。

图4-26　基准线示意

1—固定桩；2—张紧器；3—测力计；4—钢丝绳；5—找平传感器；6—铁立杆。

图4-27　浮动基准梁示意

1—前连接梁基准；2—前连接梁；3—纵向传感器；4—大臂牵引点；5—后连接梁；6—后连接梁基准。

挂线法又称绝对法。在摊铺地基层、下面层或小面积修补时采用此法。所谓绝对法，是以设计标高为参照系的绝对基层，基准为一张紧钢丝绳。

采用基准梁或平衡梁法施工，依靠的是一种相对基准，一般在下层达到设计高程，并具备一定的平整度，摊铺面积较大时可采用此法。这种平衡梁，跨越摊铺机前后，它具有滤波、大波浪平滑过渡、均衡路面信息3种作用。

摊铺机在进行路面补修时，由于所补坑槽面积不很大，且往往都是一次性摊铺，一般采用挂线法施工，不过要合理考虑松铺。在进行大面积的翻修或路面施工时，由于其下承层较平整，一般采用平衡梁基准法。

（2）摊铺速度的选择和振幅、振动频率的调整

摊铺机的工作速度与混合料的供给能力、混合料类型、摊铺层横截面尺寸有关。一般在摊铺沥青混凝土上面层时，摊铺速度宜在2～5 m/min内选择。为了获得高标准的平整度，摊铺机应连续、稳定地运行，时快、时慢、时开、时停都会使熨平板的受力发生变化，出现上下波动。当铺层薄、料径小时，选用较小的振幅；反之，铺层厚、料径大、温度低时，宜选用较大的振幅；在摊铺上面层时只能选用小振幅。振动频率的选择取决于摊铺速度和摊铺厚度，频率增加要由低渐高，摊铺面层时，每前进5 mm，振捣应不少于1次。总之，摊铺一旦开始，应尽量避免停机，直到铺完半幅路面的坑槽为止。

（3）在摊铺作业之前，应对施工段落的测点进行重新测量，以验证铣刨组移交过来的数据和确定摊铺层数和摊铺厚度，然后打钢钳、挂钢丝绳，确定整个摊铺面。

（4）当坑槽深度超过10 cm时，应分层进行摊铺。此时下承层的接头一定要平顺，平整度保持在5 mm之内，一般情况是用铣刨机将下承层接头处铣成台阶，切割机将槽壁切直，刨边、清除杂物后，进行分层摊铺、碾压、冷却。

（5）摊铺厚度应充分考虑松铺系数。摊铺机起步前应准备两种垫木：一种是供初次摊铺之用，其厚度为铺层厚度乘以松铺系数；另一种是供摊铺过程起步之用，其厚度为松铺厚度与压实厚度之差。路面冷铣刨热摊铺施工用后一种即可。松铺系数应通过实验测定。

（6）对于摊铺不到的边角，要人工即时进行填补，对于新旧面的接口，要筛分一些细料，然后人工进行整平。

（7）乳化沥青破乳需要一段时间，因此铣刨与摊铺同时同地施工，就会因为破乳时间长而影响摊铺进度。所以应尽量让铣刨作业提前一天进行，这样既可把前一天铣刨面积作为第二天的计划摊铺面积，又可使摊铺作业连续进行，不受铣刨机的影响，保证摊铺效率。

（8）摊铺机与运料车之间的配合

摊铺机与运料车配合得好坏，直接影响施工质量。首先，运料车要倒正车辆，靠摊铺机的推力前进。严禁冲撞摊铺机或制动过死，否则单侧车轮接触推滚轴，另侧脱空，会造成摊铺机位置和速度的改变，使铺层出现凸起，产生波浪。运料车与摊铺机的行进方向要始终保持一致，避免频繁调整摊铺机行驶方向。运料车起斗卸料应分几次进行，不能一次卸完，防止料车内混合料的离析。卸完料后，应落下料斗再离开摊铺机，避免残余料撒落在轮胎行进线上影响摊铺质量。下一车应在前一辆车离开后迅速给摊铺机供料，保证供料均匀、连续。

6）碾压作业

碾压采用光轮和胶轮压路机，分初压、复压、终压3道工序，把握好碾压速度、碾压温度、碾压次数3个重点。

（1）碾压温度

碾压温度的高低，直接影响沥青混合料的压实质量。混合料温度较高时，可用较少的碾压遍数，获得较高的密实度和较好的压实效果；而温度较低时，碾压工作变得较为困难，且易产生很难消除的轮迹，造成路面不平整。因此，在实际施工中，要求在摊铺完毕后及时进行碾压。一般来说，沥青混合料的最佳压实温度为110～120℃（国外也有人认为最佳碾压温度为120～150℃，这与沥青材料性能及压实设备有关），最高不超过160℃。所谓碾压最佳温度，是指在材料允许的温度范围内，沥青混合料能够支承压路机而不产生水平推移，且压实阻力较小的温度。

碾压时混合料温度过高，会引起压路机两旁混合料隆起、碾轮后的摊铺层裂纹、碾轮粘上沥青混合料（尽管用水喷洒）、前轮推料等问题。而碾压温度过低时（50～70℃），由于混合料的黏性增大，导致压实无效，或起副作用。研究表明：当沥青混合料的摊铺初始温度每提高10℃，则碾压时间就可缩短近16%；而最低碾压温度每降低10℃，碾压时间需延长近30%。可见沥青混合料温度较高时，有利于缩短碾压时间，加快施工速度。

压实质量与压实温度有直接关系，而摊铺后混合料温度是在不断变化的，特别是摊铺后4～15 min内，温度损失最大（1～5℃ /min），因此必须掌握好有效压实时间，适时碾压。有效压实时间的长短与混合料的冷却速度、压实厚度等因素有密切关系。影响冷却速度的因素有气温、湿度、风力和混合料下承层的温度等。对较薄的沥青层碾压时，反而要比较厚的沥青层压实困难些，这主要是因为较薄层的沥青混合料温度降低速度要比厚层快得多，从而使其有效压实时间大大缩短。

（2）碾压速度

合理的压实速度，对减少碾压时间、提高作业效率有十分重要的意义。在施工中，保持适当的恒定碾压速度是非常必要的。一般速度控制在2～4 km/h，轮胎压路机可适当提高，但不超过5 km/h。速度过低，会使摊铺与压实工序间断，影响压实质量，从而可能需要增加压实遍数来提高压实度。碾压速度过快，会产生推移、横向裂纹等。当然，在碾压坑槽的接头时，速度一定要慢，以免将料压搓。

（3）碾压次数

初压采用双钢轮压路机静压2～4遍，复压采用振动压实4～6遍，然后用胶轮压路机压实2～4遍。总之，碾压的基本原则是：在保证沥青混合料碾压质量的前提下，最大限度地提高碾压速度，从而减少碾压遍数，提高工作效率。

（4）碾压要从坑槽两边开始，如图4-28所示，按①→②→③→④的次序碾压，以l/3轮宽压在新铺路面上，来回碾压，逐渐向坑槽中间移动。同时，碾压应按阶梯形逐步向前推进。

图4-28　修补路面碾压作业顺序

1—压路机；2—压路机处边轮线；3—修补坑槽面积。

（5）对于新旧路面横向接缝，可采用小型压路机进行碾压，以10～20 cm轮宽压实新路面，逐渐向新铺层移动，直至全轮压实在新铺层上。

（6）压路机转向、掉头要在旧路面上进行。

7）沥青混合料拌和及运输

（1）对于沥青混合料的级配，由于原材料、施工环境和拌和条件都与路面最初施工时存在差异，所以级配比例和油石比可以适当进行调整（当然要经过试验论证确定），但级配类型必须和原路面一致。

（2）每天路面工程技术人员都要将下一天所需混合料的类型、数量和时间书面通知拌和厂，拌和厂据此一天一次性集中拌制。由于摊铺是逐块进行的，所以所报混合料应尽量准确，以避免浪费和不足。

（3）充分发挥试验室的作用，做到用数据指导生产。试验室人员要对每批进场的原材料进行各项指标检验，确保原材料合格。施工前应对沥青进行各项指标的试验；在施工中，定期抽样进行检验，可根据情况只做针入度、软化点、延度3项试验。施工前对石料、砂及石屑、矿粉也应进行质检。对石料测定的项目有：抗压强度、磨耗率、磨光值、压碎值、级配组成、相对密实度（比重）、含水量、吸水率、土及杂质含量、扁平细长颗粒含量、与沥青黏结力等；对砂和石屑测定其相对密度（比重）、级配组成、含水量、含土量等；对矿粉测定其相对密度和含水量并进行筛析试验。

对出厂的混合料进行马歇尔和抽提筛分试验，保证出厂的混合料合格；施工过程中应对沥青混合料性能作抽样检查，其项目有：马歇尔稳定度、流值、空隙率、饱和度、密实度试验，并以此来指导施工作业。

（4）结合实际情况，对路面病害特别严重的地方，大胆采用新材料、新技术（比如采用沥青玛脂碎石混合料SMA）进行修补，提高路面抗车辙能力、低温抗裂能力、耐疲劳能力和水稳性能等。

（5）运输车辆应选择较大吨位的，数量上要保证摊铺机前始终有料车。在车数选择上，一般可以参考运距的长短，当运距大于80 km时，车辆一般一天只能拉一趟；当运距为30～80 km时，一天可拉两趟；当运距短于30 km时，一天可拉三趟以上。不论运距长短，沥青混合料在运输过程中要加盖篷布甚至棉被。

（6）加强施工现场与拌和厂的联系，由于施工是逐块进行，有可能出现缺几吨料而完不成一块作业面积摊铺的现象，为了不影响摊铺质量，拌和厂要有随时给工地供料的措施，通常要有足够大的热料储存罐。

8）工程质量自检、恢复标线，开放交通

沥青混合料碾压完、冷却后，应对路面施工质量进行自检，合格后用画线车来恢复标线，待标线漆固后，放行交通。

其实施工质量自检并不是最后进行，而是最后总结的。在铣刨过程中，要测量铣刨深度、铣刨面积、各测点的高程，检查切边是否整齐垂直、铣刨面是否平整等；在摊铺过程中，要测量测点高程、摊铺温度、摊铺厚度，检查混合料类型是否合格，混合料是否离析，摊铺是否平整，摊铺机是否有拖痕，接头是否平顺等；在碾压过程中，要测量碾压温度，记录碾压次数，检查碾压是否密实，外观是否平整无轮迹，接头是否平顺等。

恢复标线可以在修补作业后马上进行，也可以在整个施工结束后集中进行。

3.施工质量控制和验收

冷铣刨-热摊铺路面补修施工质量控制和验收参照高速公路沥青混凝土施工技术规范和其工程质量检验评定标准执行。