中大机械：水稳结构层双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型施工工法在济青改扩建中的应用

高速公路改扩建及新建工程
水稳结构层双机组同步分层大厚度
连续摊铺碾压整体成型
施工工法及应用

目 录

一、双机组同步分层大厚度连铺连压整体成型工法的创新背景

二、济（南）至青（岛）高速改扩建工程概述

三、传统施工工法概述及质量通病、施工难题

四、创新施工工法概述及主要特点、主要创新点

五、工程质量检测结果及质量评价

六、施工机械科技创新和集成创新

七、结论和工法推广应用
八、结语

一、双机组同步分层大厚度连铺连压整体成型工法的创新背景

(一)我国经过近30年基础设施投资建设，高速公路里程已达到14万公里，稳居世界第一。随着国民经济的大发展，高速公路建设形式也随之改变，从原设计的4车道变为6车道、8车道，把既有的4车道改扩建为8车道，这一改变将成为未来20几年或是更长时间高速公路建设的主要形式。

(二)高速公路改扩建施工必须保证社会车辆通行，无法封闭交通，社会影响大，所以要求建设工期短和施工周期短。按照传统施工机械、施工工法进行组织施工，存在几乎不可避免的质量通病和施工难题。

(三)通过机械设备集成创新,来促进施工工法创新，根本解决改扩建工程及新建工程的质量通病和固有“顽疾”就十分必要，且对后续的高速公路改扩建和新建工程施工具有重大示范作用和广泛推广价值，具有不可估量的影响。

(四)依托国家重点改扩建高速公路项目(济青高速四改八扩建工程)，由建设单位牵头，山东高速、山东路桥、中大机械、长安大学等几家业界实力单位共同立项，联合进行重点课题攻关,成功创新了高速公路路面水稳结构层双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型施工工法。

二、济（南）至青（岛）高速工程概述

（一）工程基本情况

济青高速公路改扩建工程全长309公里，原路为四车道标准,现按设计速度120公里/小时、双向八车道高速公路标准扩建，项目施工主要采用“两侧拼宽为主、单侧分离为辅”的加宽方式。路面结构形式为：54（56）cm，水泥稳定碎石+10cmATB-25沥青稳定碎石+8cmAC-25+6cm改性AC-20+4cmSBS改性SMA13。

（二）施工重点和难点

1、质量通病难以有效遏制
关键部位和薄弱部位施工存在的质量通病,无法得到有效遏制和彻底解决，如路面反开挖部位54（56）cm水稳结构层回填施工空间狭窄，工序衔接复杂，人为因素干扰多，水稳结构层分层摊铺和碾压对下承层的扰动，水稳养生环节影响等，都难以保证施工质量、缩短施工周期。

2、最大的施工难题是如何保畅

作为不中断交通的“四改八”高速公路扩建工程，其政治和社会影响较大，“边通车，边施工”的建设特点决定了工程的特殊性、复杂性，在改扩建期间始终保证四车道通行，解决通行受限问题是一条硬性指标。

3、施工周期长的问题无法根本解决。

设计水稳基层厚度为54（56）cm，需要分三层摊铺施工，每层养生时间7天，增加层间结合处理工序，施工周期长就成为一个无法回避的难题。

（三）反开挖等关键部位的水稳结构层回填基本情况

1、为保证“边通车，边施工”，首先在高速一侧采取硬拼接方式修建一条两车道的新路，然后封闭另一侧的两车道老路，让两车道新路与两车道老路形成四车道保证通行。根据工程施工要求，对封闭后的老路基与新修道路进行层层搭接处理。

2、根据路面施工图设计要求，对新旧道路的硬拼接部分全部采用反开挖路面水稳结构层回填工艺。54cm厚的水泥稳定碎石结构层分三层连续分层摊铺、分层碾压。

3、拼接部位处理
(1)在硬拼接部位铣刨出第一层3.15m宽18cm厚，第二层3.55m宽18cm厚，第三次3.95m宽18cm厚的台阶式路槽。
(2)反开挖部位结构图。

三、传统施工工法概述及存在的质量通病、施工难题

（一）传统施工工法概述

简单地讲，传统施工工艺就是采用传统的机械设备和设备组合，进行三层分层摊铺、分层碾压的工艺。每层厚度18cm。

1、传统工艺是由一台摊铺机在第一层摊铺100米后，提机等待碾压，碾压完成后倒回起点摊铺第二层，第二层摊铺碾压同样长度后，再倒回摊铺碾压第三层。第三层摊铺碾压完成后在进行下一段落的摊铺碾压。

2、反开挖部位较深较窄，仅能容纳一辆料车倒行，常规做法是采用垫坡道的方式，让运输料车从坡道倒行至摊铺机后再驶出坡道，下一辆车继续倒行卸料，每隔一段距离就需垫设坡道，施工至坡道位置时就需要进行及时清理后再继续摊铺。

（二）传统工法使用的施工机械

传统施工机械没有侧向物料转运车配合，没有大型抗离析摊铺机，没有智能控制可调向的大吨位的碾压设备，施工工效极低，质量通病无法遏制，无法在水泥初凝期内完成水稳基层的连续摊铺和压实，不能实现连铺连压整体成型。

（三）存在的问题和质量通病

1、施工工效低，施工周期长；

（1）开挖槽遇见天气下雨积水，积水无法及时排除，延长施工周期。

（2）由于开挖槽宽较窄，仅能容纳一辆料车通行，若采用常规的垫坡道方式，则料车从坡道倒行至摊铺机后再驶出坡道，下一辆料车才能继续倒行卸料。料车的行驶时间长，严重降低摊铺施工效率。

（3）垫设坡道环节复杂，坡道距离摊铺机远，料车倒行时间长；坡道距离摊铺机近，垫设工程量大，且施工至坡道位置时还需要进行及时清理，大大降低施工效率。

（4）摊铺机、压路机来回倒行等待时间长，二次摊铺接头处理费时、费工，整体工序衔接不畅，施工效率大幅下降。

2、工程质量通病

（1）由于料车载重较大，所有的料车轮迹在开挖槽底重合，若釆用常规的摊铺方式，槽底老路床将难免会出现弹簧和翻浆现象，同时槽底行车反复碾压对老路床的扰动严重。

（2）采用三层连续摊铺存在层间结合处理差的弊病，上层压实时必然形成对初凝下层的扰动破坏，根据现场时间测定，三层连铺终压时间太长对下层的破坏几乎不可避免。

（3）采用三层连铺反复提机，路面接头接缝多，路面平整度差。

四、创新施工工法概述及主要特点、主要创新点

（一）主要考虑和主要思路

摆脱传统施工工法的思路，通过特种高端成套组合设备的集成创新，来实现施工工法创新，真正意义上解决薄弱部位和关键部位水稳基层回填的施工难题，彻底消除路面水稳施工的质量通病，根本解决施工周期长的顽疾弊病。

对创新工法简单来说，就是采用双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型施工工法。

（二）创新施工工法的主要特点、主要创新点

1、研制特种高端成套机械设备（侧向物料转运车＋自带水泥浆喷洒装置的抗离析大厚度摊铺机＋超重吨位、智能控制可调向振动压路机＋超重吨位、雾化补水、强力揉搓胶轮压路机）实现水稳结构层双机组同步分层大厚度连续摊铺、连续碾压、整体成型，确保在水泥初凝期内完成，克服多层摊铺问题、碾压对下层的扰动问题，层间结合处理问题、减少水稳层养生环节问题、克服工程周期短的弊病，提高施工质量，保证工程品质。

2、物料实现侧（横）向输送，运输料车避开开挖槽内通行；

（1）运输料车在拼宽的新路行驶，不允许在施工槽底通行，料车长距离在开挖槽内倒行的困难和带来的质量隐患彻底消除。

（2）省略给运输料车垫设坡道环节，解决了通行受限的问题，节省了人力和倒车时间，大大提高了摊铺作业效率。

（3）避免开挖槽底行车反复碾压对老路床下承层的扰动。

3、摊铺工艺实现大厚度、抗离析，连续作业不间断。摊铺机是施工作业的核心设备之一，要求必须具有二次搅拌原理、抗离析效果好、大厚度、大宽度摊铺功能。

（1）采用抗离析、大厚度摊铺

把三层连续分层摊铺合并为两层大厚度连续摊铺，单层厚度由18cm增加至27cm,使得水稳结构层之间的整体性更加良好，提升了整体承载力。

（2）采用双机组摊铺作业

可以保证施工设备不用来回倒行，节约提机倒行时间、等待下承层碾压时间、摊铺机就位调试时间、二次摊铺处理接头的时间，可以形成连续不间断作业，在施工效率上获得大幅提升。连续不间断摊铺没有接头没有接缝、可有效提高结构层的平整度。两层连续不间断在短时间内摊铺完成，减少水稳层间结合处理环节，可以增强两层水稳基层之间的粘结，便于形成整体板块。

4、碾压工艺应实现大厚度碾压、连续作业不间断，既能满足大厚度压实要求，又不能过压。压路机是压实工艺的核心设备之一，压路机应有大吨位、智能控制可调向功能。

（1）采用大吨位压路机碾压，提高了混合料的压实效果。采用39t重单钢轮振动压路机的水平振荡碾压功能可提高混合料与台阶之间的嵌挤密实；通过37t胶轮压路机的揉搓作用，更加增强了混合料骨料之间的嵌挤密实效果。

（2）消除超出水泥初凝时间后碾压上一层所产生的扰动。

（3）压路机不用来回倒行，节约施工时间。

5、水稳层间结合处理实现同步和智能作业。

（1）高速循环搅拌系统可以保证水泥浆时刻处于均匀悬浮状态，不会出现水泥浆静置条件下的沉淀和分层。

（2）喷头安装在摊铺机履带上，高度与台阶高度吻合，且在竖向上倾斜安装，多个喷嘴可以将台阶侧面和顶面全覆盖。

（3）通过管道和喷头将水泥浆均匀的洒布在台阶的侧面和顶面，随即混合料便将其覆盖，可以同混合料中的水泥同步上强度，提高了台阶部位的粘结效果。

（4）主机前方推辊部位的水泥浆喷洒装置，可以和摊铺同步进行作业。增强了层间的粘合，保证了水稳基层整体成型。

五、工程质量检测结果及质量评价

（一）施工、监理、业主单位质量证明

（二）关键指标检测结果

1、压实度检测结果

2、钻芯取样情况：芯样完整、密实，上下均匀性好

（1）厚度36厘米(超厚度一次成型摊铺)。

（2）厚度54厘米(双机组同步分层连铺27cm+27cm)。

3、无侧限抗压强度结果

4、平整度检测结果

（三）质量评价

从采用双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型施工工法的检测结果来说，钻芯取样的完整性、密实性、均匀性更高；平整度、压实度和无侧限抗压强度完全满足工程质量要求，水稳结构层整体性更好。

（四）专家评价

六、施工机械科技创新和集成创新

（一）中大机械创新产品DT系列大厚度、大宽度、抗离析摊铺机

有效解决了物料的横向、竖向、纵向、片状离析，真正意义上实现大厚度、大宽度摊铺需要，可实现最大宽度23米、最大厚度60厘米的水稳结构层摊铺。

1、DT1360主要技术参数

产品名称

名称

参数

DT1360

主要技术参数

发动机

DEUTZ BF06M1013CP

控制方式

机械式调速

振捣方式

调频变幅双振捣

摊铺宽度

2.5~13m

摊铺厚度

600mm

摊铺速度

0~14.3m/min

行走速度

1.85km/h

整机质量

31T

额定功率/转速

181kw/2300r/min

熨平装置形式

机械加宽式

振动方式

调频振动

理论生产力

960t/h

平整度

б≤1.2mm(沥青硁) б≤3 mm(混凝土)

摊铺密实度

≧88%(沥青硁) ≧85%(混凝土)

运输尺寸(长×宽×高)

6430×3240×3200

主机质量

23T

2、DT1800主要技术参数

产品名称

名称

参数

DT1800

主要技术参数

高压共轨电喷发动机

IVECO F2CE9687D

控制方式

闭环数字控制

振捣方式

调频变幅双振捣

摊铺宽度

3~18m

摊铺厚度

600mm

摊铺速度

0~13.1m/min

行走速度

1.85km/h

整机质量

39.8T

额定功率/转速

306kw/2100r/min

熨平装置形式

机械加宽式

振动方式

调频振动

理论生产力

1500t/h

平整度

1.2mm(沥青硁) б≤3 mm(混凝土)

摊铺密实度

≧88%(沥青硁) ≧85%(混凝土)

运输尺寸(长×宽×高)

7365x3460x3200

主机质量

26T

3、DT2000主要技术参数

产品名称

名称

单位

参数

DT2000

主要技术参数

基本摊铺宽度

mm

3000

自动伸缩宽度

mm

2500x2

最大摊铺宽度

mm

20000

最大摊铺厚度

mm

600

摊铺速度

m/min

0~14.3

行驶速度

km/h

0~2.05

熨平板型式

/
20米机械加宽段及9米液压伸缩段 共29米

夯锤类型（单、双夯）

/

双夯

夯锤振捣频率

Hz

0~25

加热方式

/

燃气加热 / 电加热（选配）

履带接地长度

mm

3790

推辊伸缩行程

mm

600

刮板输送装置运行速度

m/min

0~37

螺旋分料装置转速

r/min

0~127

理论生产率

t/h

1600

平整度

mm/3m

≤3摊铺稳定土 ≤1.2摊铺沥青

预压密实度

%

≥85%摊铺稳定土 ≥88%摊铺沥青

拱度调节范围

%

-1— +3

发动机品牌

/

IVECO CURSOR9

发动机型号

/

F2CC9687A*E

发动机功率

kW

306

冷却方式

/

水冷

尾气排放标准

/
Tier3

螺旋输送器直径×螺距

/
D480、D420、D360、D320、D280 螺距280

螺旋料槽宽度

mm

600、640、680、720

螺旋整体升降高程

mm

250

螺旋分料器离地最大间隙

mm

700

料斗容量(容积/吨位)

m³/t

12 / 24

燃油箱容量

L

700

主机运输尺寸（长*宽*高）

mm

10500x3460x3400

主机运输重量

t

31.5

附件运输重量（包括2.5米伸缩）

t

32

2.5米伸缩包装箱尺寸

mm

3600x1900x1250

2.5米伸缩包装总重量

t
9.5

（二）中大机械创新产品重型振动压路机

YZZT39智能控制可调向振动压路机，具有水平震荡和超大压实功能，可根据压实实际需要调节压实功，保证压实后上下层的密实均匀度，满足压实功能又保证不过压，充分满足大厚度压实需要。

YZZT39主要技术参数

产品名称

名称

单位

参数

YZZT39

主要技术参数

工作质量

kg

39000

前轮分配质量

kg

26500

后轮分配质量

kg

12500

静线载荷

N/cm

1083

振动频率

Hz

22-26

名义振幅

mm

3.3

激振力

kN

930

激振力方向

/
0-90°无级可调

行驶速度

km/h

0-4.1/0-7.9

爬坡能力

%

40

最小转弯半径

mm

7500

油箱容量

L

400

轮胎参数

/
26.5-25

工作电压

V

24

整机尺寸

mm

7081*2690*3300

型号

/
依维柯F2CC7687A*E

形式

/

直列、水冷、涡轮增压、电喷

额定转速

rpm

2100

额定功率

kw

285

活塞排量

L

8.71

最大扭矩

N.m/rpm

1600/1500

转向方式

铰接式

转向操纵

/
液压助力方向盘

转向角

°

±34

摆动角
°
±12
 

（三）中大机械创新产品超重吨位胶轮压路机

YL27/37变质量轮胎压路机，具有雾化补水，强力揉搓功能，可以实现骨料强嵌挤级配，有效避免表层松散。

YL27/37主要技术参数

产品名称

名称

参数

YL27/37

主要技术参数

最大工作质量

37000Kg

最小工作质量

27000Kg

前轮分配重量

16800Kg

后轮分配重量

20200Kg

最小转弯直经

18000mm

轴距

4000mm

轮胎重叠量

≥ 45mm

压实宽度

2730mm

离地间隙

290mm

行使速度

I=0～5； II=0～11Km/h
爬坡能力

20%

轮胎数量｛前+后(个)

5+6

轮胎规格

11.00-20-16

发动机功率

160kW

额定转速

2200r/min

外形尺寸｛(mm) 长X 宽X高｝

5200x2766x3275

（四）中大机械创新产品侧向物料转运车

侧向物料转运车可以实现横向和其他方向供料，可在反开挖的基槽侧面均衡、连续、平稳供料。

ZYH1000横向物料转运车主要技术参数

产品名称

名称

参数

单位

ZYH1000横向物料转运车

产量

1000

t/h

横（侧）向输送距离（中心距）

5.3

m

输送（出料）高度

2

m

带速

无级可调

输送带宽度

1

m

整机长度

7
m

（五）中大机械创新产品水泥浆同步喷洒装置

水泥浆喷洒装置安装在摊铺机上，实现喷洒和摊铺同步作业，可以给反开挖台阶侧面和顶面全覆盖均匀喷洒水泥浆，随即混合料便将其覆盖，可以同混合料中的水泥同步上强度，提高层间粘结效果。

水泥浆喷洒装置主要技术参数

产品名称

名称

参数

水泥浆

喷洒装置

主要技术参数

水泥浆箱体容量

1立方米

水泥前喷头数量

8个

侧喷头数量

左/右各3个

最大流量

5立方米/小时

工作喷洒量

无级可调

工作宽度

3.15米～3.9米

搅拌装置转速

100转/分钟

（六）中大机械设备集成创新与工艺配套

(侧向物料转运车+带水泥浆喷洒装置的抗离析大厚度摊铺机+超重吨位智能控制可调向振动压路机+超重吨位雾化补水强力揉搓胶轮压路机)特种高端成套组合集成设备有效地与创新施工工法进行匹配，彻底保证双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型施工工法的作业要求。

七、结论和工法推广应用

（一）高速公路改扩建工程及新建工程水稳结构层施工的双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型工法是一次重大的工艺工法创新，是国内首创。它解决了传统施工工法中几乎无法避免的施工难题，有效遏制了质量通病，省掉部分工序缩短了施工周期，有力保证了了改扩建工程及新建工程的工程品质和建设品质。

（二）双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型工法有重要的社会意义和经济价值。

创新施工工法的成功应用，不仅解决了四改八扩建路面反开挖回填连续摊铺碾压整体成型施工难题，而且为新建工程水稳结构层同步分层大厚度整体成型摊铺与压实提供实践经验和根治方案，对缩短施工周期、遏制质量通病有重要的社会意义！

创新施工工法的成功应用，大大提高了施工效率、节省了大量的人工和机械、材料成本，减少了工序成本，带来极高的经济价值。

（三）双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型工法在济青高速公路改扩建工程的成功应用，具有重大的示范作用和广泛推广价值，此“又好、又快、又省”的创新工法，将代表未来高速公路建设的发展趋势，将在未来高速公路建设中得到广泛应用。

（四）特种高端成套机械设备的集成创新是创新施工工艺工法的前提条件，它不但是单一设备的重大技术改进，更是一次设备集成创新，对实现创新新工艺、新工法起到了重要保证作用。

八、结语

设备科技创新和集成创新积极促进了重大施工工法创新，推动了工程品质和建设品质革命。在课题联合攻关阶段，业主重视、专家指导、设备研发、施工组织、监理监督，各实力单位相互配合，取得了事半功倍的效果，为双机组同步分层大厚度连续摊铺碾压整体成型工法的创新和推广打下了坚实的基础。