高速公路沥青混凝土路面机械化养护技术方案

代中利

(辽宁省高速公路管理局应急处置中心)

随着全国高速公路建设的大潮,辽宁省高速公路的建设也在飞速的发展,目前辽宁省高速公路通车里程已达到2 833 km,随着高速公路的建成通车,高速公路的养护就是摆在面前的问题。

1 高等级公路沥青混凝土路面的病害特征

1.1 结构类型

辽宁省高速公路路面绝大部分为半刚性基层沥青混凝土路面,基本结构形式有两种:两层式沥青面层和三层式沥青面层。三层式沥青层厚度为 17 cm左右(4 cm SMA+6 cm AC-20I+7 cm AC-25I),半刚性基层 21 cm,半刚性材料底基层 21 cm,垫层 15 cm,厚度一般在 57 cm。

1.2 典型病害

由于车辆载荷、水和温度变化等自然因素的作用及修建过程中的质量问题,高速公路路面在建成通车后,会出现一些路面病害。从辽宁省情况看,高速公路路面的典型病害及成因如下。

(1)路面裂缝。

路面裂缝从外观上可分为纵裂、横裂和龟裂,从产生机理上可划分为沥青面层的温度裂缝、疲劳裂缝和基层反射裂缝三大类。

根据调查结果,辽宁省高速公路沥青路面裂缝绝大多数是沥青面层的温度裂缝,反射裂缝仅占少数。温度裂缝起始于表面,逐渐向下延伸到穿透面层和基层。在同一地区,影响面层裂缝数量的最重要因素是沥青的性能。

在辽宁省引起路面密集裂缝的另一个主要原因是半刚性基层的问题。根据调查表明,裂缝密集处一般发生在:①基层完工后未及时铺筑面层;②基层顶部有松散夹层;③基层成型不好,处于松散状态。这三个原因引起的裂缝往往在短时间内就形成龟裂。单条的基层反射裂缝主要是因为基层干缩引起的。

裂缝最初绝大多数发生在行车道,而后逐渐向超车道和停车道扩展,停车道裂缝较少。由此可以看出,不管什么原因引起的裂缝,行车载荷的反复作用是裂缝加速出现和扩展的直接原因。

(2)路面车辙。

①车辙的严重程度与沥青面层的结构组成和配合比有极大关系,Ⅱ型沥青混凝土路面自身的抗车辙能力比Ⅰ型好得多。

②车辙形成的部分原因是由于雨水渗透侵蚀了基层表面粉料,使其软化进而形成车辙。

③沥青面层在行车载荷作用下产生的蠕变是形成车辙的主要原因,半刚性基层的变形很小或基本没有压缩变形。

从辽宁省现有高速公路的情况来看,由于交通量远未达到设计通行能力,车辆大部分时间行驶在行车道,交通渠化明显,车辙主要出现在行车道上,超车道还没有形成明显车辙。

(3)路面局部网裂沉陷。

①路面出现裂缝未及时封堵,雨水下渗后在行车轮胎的强力“泵吸”作用下,半刚性基层的灰浆被吸出,导致基层破碎松散,沥青层破坏而下陷。

②基层局部成型不好,强度不足,在行车荷载反复作用下路面发生网裂,雨水下渗后灰浆被吸出或挤出而下陷。这种形式的病害主要发生在行车道,严重之处在于基层完全破坏。

(4)路面松散、坑槽。

辽宁省高速公路半刚性基层沥青路面病害中相对出现较多的是面层松散坑槽。产生的主要原因如下。

①沥青混合料在施工时拌和不均匀,沥青含量相对减少,不能将矿质集料有效粘结,在高速行驶车辆轮胎的“泵吸”作用下,较细集料被吸出,导致局部松散坑槽。

②由于施工时混合料拌和温度太高,使沥青过早老化发脆,粘结力下降。

③施工温度太低,混合料温度下降快,压实不充分,导致密实度不足。

④施工时路面下面层标高控制不好,导致沥青上面层太薄,没有形成结构厚度。

(5)路基沉陷桥头跳车。

路基不均匀沉降,桥头台背填土压实度不足会导致路面沉陷,一般多发生于高填方处或地基不良、有空穴的地段。辽宁省的高等级公路也时常出现这类破坏。

以上路面病害在高等级公路上比较常见,至于路面拥包、波浪则比较少见。针对以上典型破坏类型,我们制订了一些道路维修技术组织措施,以便于机械化养护作业。

2 高等级公路沥青混凝土路面机械化养护作业分类

2.1 维修保养工程

为了保持高等级公路路面的正常使用功能而安排的经常性保养和修补其轻微损坏部分的作业。

具体内容:处理沥青混凝土路面的局部病害,包括局部网裂、局部龟裂、单条裂缝、小面积坑槽,局部路面污染、烧坏等。

施工特点:处理面积小,施工工艺较简单,施工机械使用效率低,机械化程度较低,交通安全控制工作难度较小,单位面积造价高。

2.2 专项工程

针对高速公路路面出现的一般性磨损和局部损坏进行的修理、加固、更新和完善作业。

具体内容:处理路面局部严重病害,包括较大面积路面沉陷调平,路面车辙,大面积龟裂、网裂等;处理桥头跳车,包括大桥台背填土沉陷及涵洞台背填土沉陷形成的跳车现象,局部路段的路面翻修工程。

施工特点:处理面积较大,施工工艺复杂,施工机械效率高,机械化程度较高,交通安全控制工作难度大,单位面积造价较高。

2.3 大修工程

高等级公路已达到其服务周期,必须进行应急性、预防性、周期性的综合维修,使其全面恢复设计状态。

具体内容:整段路面翻修工程,整段路面的罩面工程,水泥混凝土桥面加铺沥青混凝土面层工程。

施工特点:处理面积大,施工工艺复杂,施工机械使用效率高,机械化程度高,交通安全控制工作难度大,单位面积造价低。

2.4 抢修工程

对由于水毁、地震、交通事故、风暴、雨雪等造成的高等级公路重大损坏进行的修复,保证其正常使用。

具体内容:由于水毁、地震等造成的路面拉裂,路面沉陷等处治工程。

施工特点:处理面积较小,施工工艺复杂,机械使用效率低,机械化程度较高,交通安全控制工作难度大,单位面积造价高。

3 维修保养工程的技术组织

维修保养工程主要处理沥青混凝土路面出现的轻微病害,由于病害面积较小,点位多,相应的施工工艺和施工机械配置应根据病害具体情况分别确定。

说明病害处理长度为沿行车道方向,宽度为垂直行车方向。

维修保养工程每年进行的次数不宜过多,也不宜过少。过多会降低机械效率,增加工程造价;过少则不能及时消除病害,还有可能促使病害进一步扩展蔓延。维修保养工程每年宜进行 4次,即每季度进行 1次。维修保养工程的施工工艺及作业方法以处理点位数量、点位分布区域特点为依据相应确定,一般分两类。

第一类:施工点位多,点位分布集中,点位间距小于3 km时,机械采取自行方式,沿线逐点顺序施工。

第二类:施工点位分布区域广,点位间距大(≥3 km),分布相对分散。以点位间距≥3 km为界,将病害分布区域划分为若干小区域,在小区域内逐点进行本区域病害点位的处理,然后将机械设备吊运至下一作业区域,采用流水作业法依次处理。最大程度减少设备吊运次数,提高机械效率,降低工程造价。

4 专项工程的技术组织

专项工程内容较为单一,包括路面沉陷调平,桥头跳车,局部路段翻修工程,工艺要求严格,各道工序已经全部或部分实现机械化。专项工程施工工艺:路面勘测→铣刨机铣刨,废料运输→切割机、综合养护机切割打边→人工清扫余渣→铣刨面复测→洒布机喷洒乳化沥青→摊铺机摊铺作业→光轮、胶轮碾压作业→冷却→开放交通。

专项工程应根据工程点位数量、工程面积采用不同的施工组织管理办法。

(1)当点位较少,各点位面积较大,宜采用集中作业法,减少人员、机具的分散,减轻交通安全控制工作的难度,即集中所有工序、人员、机械先进行某点位施工,待施工完毕,集中吊运至下一点位,进行下一点位的施工。

(2)当处理点位较多,分布区域广时,参照维修保养工程的有关办法处理。

5 大修工程技术组织

大修工程面积大,技术要求高,相应对机械设备的技术水平、规格型号和使用性能提出了更高的要求,个别机械如摊铺机械、碾压机械可根据工程实际情况引进工程类机械。

大修工程主要包括路面补强工程(路面翻修工程),旧路罩面工程,施工工艺如下:路面勘测→铣刨机铣刨,废料运输→切割机、综合养护机切割打边→人工清扫余渣→铣刨面复测→摊铺作业→碾压作业→冷却→开放交通。

大修工程点位少,但工程面积非常大,一般采用集中法施工,各工序特别是摊铺作业、碾压作业为流水作业。由于养护作业不能中断交通,工程开工前应加强路面勘测工作,搞好施工设备选型,制定详尽的工、料、机配置计划,合理安排工程进度。

抢修工程处理点位少,点位面积有大有小,在具体作业过程中,应参照维修保养工程、专项工程、大修工程的有关内容进行施工组织管理工作。

辽宁省高速公路养护工程为开放式施工,即施工期间不得中断交通,引导过往车辆安全、有序地通过施工路段是施工组织中一项重要内容。施工人员须根据部颁规范的有关规定,结合现场实际情况,制定施工现场交通安全控制图,严格按图示划分警戒范围,摆放安全标志。具体施工过程中可能会遇到各种各样地形复杂的情况,诸如陡坡、急弯路段施工,单幅路面施工,匝道进出口施工,环行路段施工,在考虑交通安全控制时,将施工工序与安全控制二者有机结合起来,采取因地制宜的安全措施。