微表处技术在潭邵高速公路中的应用

陈 果,朱建东,刘炤宇

(1.湖南省高速百通建设投资有限公司,湖南长沙 410003; 2.壳牌(中国)有限公司,北京 100020)

微表处是采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料摊铺到原路面上的一种预防性养护方案,该技术具有快开放交通、高抗滑和耐久性的特点,可以满足摊铺不同截面厚度(楔形、凹形、刮痕面)的要求。微表处开放交通时间的长短依工程所处环境的不同而变化,通常在气温为24℃,相对湿度为50%(或更小)的状况下可以在1 h内开放交通。按照矿料级配的不同,微表处可以分为II型和III型,分别以MS—2和MS—

3表示。

1 潭邵高速公路路面状况

潭邵高速公路是国家重点规划的“五纵七横”国道主干线网中上海至云南瑞丽高速公路在湖南境内的一段。起于湘潭市境内莲易高速公路的终点株易路口,接京珠高速公路殷家坳互通,沿线穿越湘潭、娄底、邵阳三市,止于邵阳市隆回县周旺铺镇,与320国道相接。潭邵高速公路于2000年7月1日开工建设,于2002年12月26日建成通车。随着交通量增长和营运年限增加,在部分路段路面出现损坏现象,主要表现为主车道局部凹陷、车辙和纵横裂缝。为减少水损害,延长路面使用寿命,增加行车安全和舒适性,决定对破损修复后的路面以及车辙路段进行专项微表处处治。经路面实地病害调查,微表处面层摊铺面积约25万m2,车辙填充处理约3万m3。微表处施工分为两个阶段,第一阶段2010年8月至10月,第二阶段为2011年3月至4月。

2 施工方案确定

2.1 病害处理方案

通过路况调查分析,针对不同路面的病害类型和路面损害的程度采用不同的处理方案。

2.1.1 原路面有车辙

轻微车辙,深度在1.0 cm以下,无拥包;明显车辙,深度在1.0～2.0 cm,拥包在0.5 cm以下;严重车辙,深度在2.0～4.0 cm,拥包在2.5 cm以下。见图1。

图1 路面病害示意

处理方案:对轻微车辙,本次施工不进行处理,直接用3.6m摊铺箱进行微表处罩面;对明显车辙,先用1.4 m车辙摊铺箱进行车辙处理,然后用3.6m摊铺箱进行微表处罩面;对严重车辙,本次施工采取精铣刨,铣刨深度至基准面以下1 cm;后在铣刨面上进行微表处罩面,如果铣刨后,车辙最深处仍然低于铣刨面超过6mm,需要用1.4m摊铺箱进行分层摊铺,但每次摊铺厚度不超过13mm,最后用3.6 m摊铺箱罩面(备注:一般在车辙处理后先不进行罩面,等通车一段时间后,经过车轮荷载自然碾压密实后,再进行微表处罩面效果更佳)。

2.1.2 原路面有裂缝(纵向、横向、龟裂、网裂等)

轻度裂缝,可不进行前期处理,微表处对这些细小的裂缝有很好的密封效果。

中度裂缝,先对裂缝进行充分清理,灌注热用聚合物高分子密封胶,以达到对裂缝的密封作用,然后用微表处进行罩面。

严重裂缝,沿裂缝外轮廓线切除宽30 cm、深5 cm的旧路面层(矩形),然后对裂缝进行充分清理,灌注热用聚合物高分子密封胶;再用高分子抗裂贴进行贴缝,铺设热沥青混凝土,最后进行微表处罩面。

2.1.3 原路面坑槽和沉陷

沿病害最大轮廓线开挖出规则矩形,深度约3～5 cm,底部和侧面均匀喷洒乳化沥青粘层油,然后铺设热沥青混凝土,最后用微表处罩面。

2.1.4 贫油、露骨或洗刨后路面

用乳化沥青喷洒车先喷洒粘层油,喷洒粘层时要均匀一致,喷洒成点状,严重贫油处可喷洒2～3次,等乳化沥青破乳后水分蒸发到一定程度,再进行微表处罩面。

2.2 桥面施工方案

先把桥面的水泥表面做拉毛处理,后用清扫机进行废料清扫,人工清理完成后再进行粘层油的喷洒,最后再进行微表处罩面。

3 混合料配合比设计

3.1 本次施工采用的原材料

主要有玄武岩碎石、改性乳化沥青、425#普通硅酸盐水泥、消石灰、水、添加剂等几种材料组成。经过检测,原材料都可满足国标技术要求。

1)混合料级配见表1。

表1 混合料级配

2)混合料砂当量。

混合料的砂当量是测定细集料中所含的粘性土或杂质的含量,微表处技术要求砂当量大于65%,本试验检测4.75 mm以下集料砂当量为67%,满足技术指标要求。

3.2 混合料试验

1)拌和试验。

按照微表处设计方法,经验判断在该级配情况下,拟定乳化沥青用量范围为9.0%到11.5%,通过变化填料、用水量、乳化沥青用量等进行小样试拌。

以乳化沥青为可变定量,调整不同的填料用量和用水量,在满足可拌和时间的情况下,达到较好的沥青混合料的稀浆状态。见表2。

表2 手拌试验

参考拌和试验的结果,进行湿轮磨耗试验和负荷车轮试验,以及验证石料与乳化沥青的配伍性试验。

2)湿轮磨耗试验见表3。

3)负荷车轮变形试验见表4。

分析上面两组试验,湿轮磨耗试验9.0%的乳化沥青用量磨耗值不能满足要求,11.5%的负荷车轮试验车辙纵向变形量接近上限要求的2.1 mm。所以该混合料的乳化沥青用量区间为大于9.5%,小于11.5%;综合考虑原路面、气候及交通因素,混合料乳化沥青用量为10.5%±0.5%,按照沥青含量62.5%计算,沥青用量为6.56%。

4)配伍性试验。

按照配伍性分级试验用集料级配要求,测定集料与改性乳化沥青之间的配伍性,集料级配见表5。配伍性分级试验见表6。

表3 湿轮磨耗试验

表4 负荷车轮变形试验

表5 集料级配

表6 配伍性分级试验

5)粘聚力试验。

按照上面试验确定的用水量、水泥用量和乳化沥青用量,测试粘聚力值,为其开放交通时间提供参考的依据。见表7。

表7 粘聚力值表

3.3 混合料配合比设计方案

综合上面的分项试验,混合料配合比设计配比见表8。

表8 微表处所用材料设计配合比%

4 微表处施工质量控制

4.1 施工前控制

4.1.1 原路面勘察

在计划铺设微表处路段进行人工徒步检测,主要标记要处理的原路面病害,调查的主要病害有:裂缝、车辙、坑槽、麻面、露骨等。按照上面的病害处理方案进行分类处理。

4.1.2 原材料控制

按照微表处项目过程控制要求对各种原材料进行进场控制;改性乳化沥青厂家必须提供每批次的产品检测报告,产品到达现场后由收货方取样进行产品指标复核,每三批次抽检一次,收货单位、改性乳化沥青供应商和监理共同取样送检;集料检测,每批次都要检测石料筛分、砂当量、石料的含水量等;添加剂的使用必须要经过实验室试验后才可使用。

4.1.3 稀浆封层车设备控制

在开工前对稀浆封层设备进行标定,标定的材料主要有:集料混合料、填料、改性乳化沥青、添加剂,按照混合料试验报告各种材料的组成比例进行设定;当沥青混合料中各种材料有变化时都需要进行设备再次标定。

4.2 施工过程控制

将准备好的稀浆封层车,按照设计要求装好各种材料后进行摊铺前排料,排料是让操作手进行摊铺前操作的熟练过程和用水量控制过程,排料正常后将摊铺车开到需要铺设的路段,调整好摊铺箱的宽度,进行现场摊铺,在摊铺的过程中操作手要密切注意稀浆混合料的稠度,适当时要进行用水量和添加剂的调整。

在稀浆封层车正常行驶摊铺过程中,要按照设计厚度的要求,调节好摊铺出混合料的厚度,摊铺箱铺设过后的混合料个别地方需要人工进行处理;铺设出沥青混合料的表观均匀一致,混合料需要合理的级配控制,拌和稀浆稠度控制以及摊铺过程中摊铺箱和刮皮的调节。

4.3 施工后控制

刚铺好的微表处路面要严禁车辆及人员通行,保持早期养护。1 h后,粘聚力值大于2.0 N◦m时,可开放交通,但一定要限制车速在60 km/h以下,并且不能在摊铺过后的路面上停留太久或原地转动方向盘。

4.4 微表处施工中出现的问题及处理办法

1)原材料不稳定或集料拌和不均匀造成混合料级配偏差大。遇到这样的情况,在施工中是很容易被发现的,从稀浆混合料状态和摊铺出混合料的表观或用水量变化较大时,即可断定原材料发生了变化,这样要立即停止施工,进行原材料复核试验,如果是材料发生了较大的变化,在原材料满足要求的情况下调整各种材料的添加比例,尽量使筛分通过率曲线靠近设计曲线,必要时要进行沥青混合料验证试验。

2)可工作时间短造成摊铺困难。这样首先要先进行混合料筛分试验和细集料砂当量试验检测,确保材料没有问题的情况下进行稀浆混合料拌和试验,测定其拌和时间,在正常施工温度条件下,拌和时间一般控制在2min以上即可满足现场施工的要求,如果遇到拌和时间较短,可以进行以下几方面调节延长可拌和时间:第一调节填料的用量或改变其他填料进行拌和试验,通常相同标号不同生产厂家的水泥或消石灰等,对稀浆混合料拌和时间也不一样;第二添加添加剂延长可拌和时间,但是一定要对添加剂浓度和用量进行严格的计算控制,否则添加剂用量太高会影响混合料的成型;第三尽量避开高温时段施工,温度高于35℃不建议施工,高温季节施工时也可以在集料表面和沥青罐表面进行洒水降温,施工时摊铺车可进行同步在原路面洒水以达到降低路表温度的效果。

4.5 微表处施工注意事项

4.5.1 雨季施工

微表处项目在雨季施工时应密切注意天气变化,确保在在混合料摊铺后养护期内不会下雨,阴天不宜施工,路面潮湿或有积水时不宜施工。

微表处摊铺后遇雨建议:摊铺过后立即遇雨,建议将混合料全部铲除;如果摊铺过后,乳化沥青已全部破乳但没有达到最终强度,建议封闭交通,等路面水分和混合料内部水分完全蒸发完,表层混合料达到一定的强度时再开放交通。

4.5.2 高低温施工

在环境气温超出35℃时,稀浆混合料稠度变化较大时,建议立即停止施工,不要加入大量的外加水进行稠度调节,建议避开高温施工。

环境温度较低时,不建议施工,必须在环境温度达到7℃时,并且气温在逐渐上升才可以进行施工;如果夜间施工一定要严格控制混合料前期破乳成型的湿度和温度条件。

4.5.3 表观控制

微表处稀浆混合料摊铺前,一定要进行原路面的前期处理,达到铺设微表处的要求;在配料时一定要严格过筛控制集料混合料的超粒径颗粒,避免稀浆纵向划痕,在摊铺时控制稀浆混合料的稠度,使摊铺出的混合料均匀一致;横向或纵向摊铺相接时最好采取稀浆混合料对接的方式,避免混合料搭接太多影响路面的平整度。

4.5.4 车辙处理

在微表处治理车辙时,如果需要进行车辙填补时,每一层填补后至少需要通车48 h以后再进行第二层的铺设,如果没有进行压密填补后的混合料直接进行罩面处理,最后还会出现轻微的车辙。

5 施工总结

微表处项目有别于其他项目,整个项目的流程必须按照要求执行,体现了过程控制的重要性,因此在施工时要注重每一个环节,随时进行调整,保证材料输出的一致性,确保微表处稀浆混合料的质量。

通过对潭邵高速公路路面工程微表处技术的应用,证明了预养护微表处技术对原路面的要求非常严格,原路面的病害必须进行前期预处理,才能达到其养护的目的。本次项目应用微表处技术也体现出了该技术的优越性,尤其在封水效果、抗滑性能和施工效率上有了很明显的提高,养护成本相对也比较低,对原路面的轻微病害治理也有相当明显的效果。

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