微表处施工技术在复杂交通路况中的适宜性探讨

王坪川

(北京城建远东建设投资集团有限公司,北京 102200)

微表处是在稀浆封层基础上发展起来的预防性养护方法,以施工过工艺简单、养护成本底、开放交通时间早等优点在国内逐步推广。从1920年德国人发明原始稀浆封层,到目前国内公路交通中全面推广应用,现阶段微表处技术已相对成熟。但是由于微表处混合料都是在现场拌合,混合料质量的影响因素多,施工环境环境变化大,道路交通情况复杂,队伍人员流动性大,成熟专业队伍较少等客观因素的存在,造成微表处施工质量控制难道大。2017年和2018年北京五环路专项工程路面病害预防性养护施工也采用dB60微表处施工技术,由于北京五环路交通较为特殊,五环路按等级分应为高速公路,按功能地位应该为快速路。五环路道路交通情况复杂,每一段路和每一个出入口车流情况和拥堵情况都差异很大,在微表处施工前期做了大量技术准备工作,但是实际施工中,由于道路交通情况的复杂性,给施工带来许多问题。

本篇论文以北京五环路微表处施工为基础,列举施工环节中各控制要求,并通过深入探讨复杂交通路况下,对微表处成型质量的影响和技术控制要点的分析,从而论证复杂交通路况下的预养护工程,是否适宜采用微表处施工工艺。

1 工程概况

北京市五环路2017年和2018年专项工程主路路面病害施工主要采1 cm厚MS-3型(dB60低噪音)微表处工艺,施工段落为五环路(K0+000～K28+000),北起来广营桥(京承高速),南至大羊坊桥,共计分三个标段进行施工,平均每个标段道路长度不到10 km。本次只对行车道进行微表处摊铺,应急车道不进行摊铺,半幅摊铺宽度为11.8 m。路面病害严重路段应先铣刨摊铺恢复原路面,再进行dB60微表处摊铺罩面。

项目施工时间为2019年5月～7月,按北京市公安局交通管理局批准占路作业时段为00∶00～5∶00点,有限施工时间不足4 h。

2 环境调查

2019年10月1日为建国70周年纪念日,北京市五环路为北京的重要环线,按照要求该五环路专项工程必须在国庆前高质量完成,向大家展现首都高品质的道路交通形象。

北京市五环路按等级分应为高速公路,按功能地位应该为快速路,五环路道路交通情况复杂,每一路段和每一个出入口车流情况和拥堵情况都差异很大,为施工好该项工程,前期我们做了大量的技术准备工作。

2.1 道路交通情况调查

根据北京市交管局提供的五环路2017年的平均交通流量表,发现五环路最车流量高路段为五方桥至北皋路段,日车流量达到233 801辆,从属地交通支队了解到该路段,每天从早上6点钟至晚上10点为拥堵时段,夜间11点后大型货车逐步增多,2点前为大货车高峰期,该路段也是交通事故频发,为交通队重点巡视路段。

为进一步了解该路段的交通情况和道路病害情况,我们组织人员进行现场车流调查,同时对路面车辙、裂缝、坑洼等常规病害进行复核。通过现场实际调查,发现从环铁北桥至小郊亭路况最为复杂,拥堵时间与交通队了解的一致,环铁桥、平房桥、远通桥拥堵尤为严重,车辆来回启停,造成三个桥区前后200 m的路面破坏严重,平房桥还处于弯道处,车辆快速通过时离心力较大,造成两轮迹带受力及磨损差异明显。

2.2 微表处应用调查

目前国内南方采用微表处进行道路预养护的较多,北方近几年也逐步开始应用微表处进行道路预养护,使用微表处预养护的道路主要为高速公路和国道。天津市京津冀地区应用微表处进行道路预养护最多的地方,北京市东刘路、富密路、周口店路、京承高速桥面(k62)等十条道路小范围采用微表处进行道路预养护,且实施时间集中在2013年。

国内大部分微表处施工时段为白天,夜间施工微表处的相对较少,通过了解目前没有类似北京五环路这种大车流量和常拥堵路段的微表处施工。

根据网上和行业了解,国内普遍采用的是普通微表处进行预养护施工,采用dB60低噪音微表处进行预养护的项目几乎没有(dB60微表处主要通过采用二次筛分工艺将合成级配的最大粒径控制在8.0 mm,使集料更好的对应于1.0 cm的摊铺厚度,从而控制表观构造,达到低噪效果),同时dB60噪音指标的有效检测方法,一般靠行车舒适感来评价低噪指标。

3 技术分析与方案确定

通过前期了解和调查,发现没有类似施工经验可以借鉴,为保证高质量完成施工任务,技术方案拟定时,除了对基本施工控制要求进行要求外,对每一个细节都进行了深入的研究和分析,细到预存石料时间,工作日和周末停铺与开放交通时间等。

微表处施工属于原材料现场拌制施工,整个过程属于物理变化过程,每一个细微变化都直接影响成型效果,为保证微表处成型后质量稳定美观一致,所有无论是材料、设备、人员以及施工作业环境都要求一个“稳”字。[1]技术准备时除了基本要求外,还专门对“稳”做出细化分析。

3.1 基本施工控制要求

按照图纸和《微表处和稀浆封层技术指南》要求技术,首先从原材、配比、机械、人员四方面,制定出最基本施工控制要求。

(1)原材料控制

石料质量必须满足规范要求,严控最大粒径不超过8 mm,合成级配必须按比例合成,合成后级配范围尽可能控制标准的中值。[2]装卸倒运料时应防止离析,选择有经验的铲车司机,从材料不同部位铲运,铲底层料时需距底15 cm。堆料场地需硬化洁净,要有防污染措施和防雨措施,防止二次污染和雨淋。

乳化沥青质量必须满足规范要求,具备良好的低高温性能和抗疲劳性能,乳化剂掺量不得随意调整,由于气温变化需要调整时,必须先进行试验确定调整范围,运输微表处乳化沥青的车辆必须专用,定期对乳化沥青质量进行抽检。

拌合水不得使用带腐蚀或被污染的水,应使用自来水、井水、中水,而且必须与配合比试验所用水一致,过程中不得变化水源。

(2)配合比控制

试验配合比严格按照规范进行,对各类原材进行复检,合格后进行配合比工作。明确现场使用要求及条件,乳化剂掺量必须经试验确定,配合比结合使用条件和要求进行试配。每天施工前必须对石料含水率进行测定,对当天大气湿度进行了解,对路面湿润状态进行预判,结合试验配合比进行微调。

(3)施工机械控制

使用前了解机械性能,对机械功率、机械结构、各料仓容量、使用性能进行了解和分析,为操控提供依据。进场前对机械设备进行保养和检查,配备防雨覆盖措施,每天使用前进行检查,使用后进行日常保养,严禁带病作业。备好易损件,尤其是影响施工质量的进口橡胶刮皮。

(4)人员及管理控制

机械操作人员和辅助人员必须具备丰富施工经验,并在上岗前接受培训,对控制要点进一步加强。所有施工人员上岗前必须接受安全教育,经培训合格后方可上岗。[3]加强生产质量管理,对各项指标提出明确要求,对不具备施工条件的工序禁止开工,对不符合质量要求的部位必须返工,总结教训采取有效措施后再进行施工。

3.2 深化施工控制

(1)材料及配比的深化控制

对材料和施工要点进行控制外,项目还深入至材料机理研究,乳化沥青的阳离子和石料表面的负电荷是决定微表处强度和破乳速度的关键,高性能的乳化剂促使乳化沥青产生丰富的阳离子,阳离子与玄武岩表面的负电荷发生反应,产生破乳现象,牢牢的黏附石料,成型后具有足够的路面强度。

石料的负电荷来源于石料在开采和粉碎过程,受生产环境影响,同一天生产的石料所带的负电荷量有较大差异,从而造成破乳速度不同,摊铺施工很难控制稳定性,根据有关研究,石料在生产后需翻拌均匀,静置2个月以上,让石料负电荷稳定。

北京市周边以河北易县和承德滦平为玄武岩石料主产地,经取样比对试验,河北易县生产的石料材质更稳定,质量指标优于滦平,最终选用河北易县玄武岩作为该项目微表处集料。

配比试验时根据施工和开放交通要求,确定合理固化速度,固化太快会造成料槽堵塞和摊铺成型效果较差,固化太慢又不能满足5点开放交通的要求。经分析固化时间在1 h,才能满足五环路施工的要求。

(2)机械和人员的深化控制

目前国内微表处施工车辆以美国VSS、河南圣工、中交西筑、德国百灵为主,每个品牌的车辆出料、计量、版宽均存在一定差异,因此摊铺出来的外观效果也不一样,所以要求每一个作业面必须由一个品牌车辆进行摊铺施工。国内VSS和百灵国内保有量较少,且集中在南方城市,北方城市虽然有部分国产摊铺车辆,但分布比较零散,根据工程量和工期要求,最终选定10台河南圣工的稀浆封层车,分2个作业面进行施工。

微表处摊铺施工中,摊铺车辆行驶的速度,行驶顺直,下料顺序及速度,配比的微调,以及摊铺厚度,是确保成型后的外观效果良好的关键。这些环节都是由摊铺司机、搅拌手、两侧摊铺手来完成,所有这些人员要稳定,技术水平要高,责任心要强。为保证成型质量,要求每一个作业面都是固定的摊铺司机、搅拌手、摊铺手来完成,其余配合人员相对稳定。

(3)试验段

微表处摊铺施工不像沥青混凝土摊铺施工,一旦出现质量缺陷,很难弥补,及时返工修复,也难以达到一次成型效果。为保证施工,项目组织两次场外试验段施工,两次分别选择在无路灯的昌平地方路和有路灯的五环路七棵树出口段,两次试验段施工均在夜间进行,通过试验段施工,确定工序和各项指标。

最终五环路主路行车道单幅摊铺宽度为3.85+3.95+3.85(m),摊铺控制厚度为9～11 mm范围,摊铺速度为30 m/min,最晚截止摊铺时间控制在3∶00。端头采用4.5 m靠尺切边处理,横缝采用铁皮齐边搭接处理和1 m刮杠顺缝处理,纵缝处理采用搭接方式,搭接宽度约1～2 cm(滑靴在前一版面上),起步时不满足质量要求时停机铲除,不许过程调整,过伸缩缝确定采用胶带粘铁皮保护方式,刮板采用进口橡胶刮板一次刮平处理。摊铺车加装下料口拦挡设施,保证下料不冲击铺料口。

4 摊铺及碾压

当日下午,提前查看天气预报,掌握是否下雨,同时联系交通支队是否有特殊勤务安排,已决定当日是否施工。

了解当夜温湿度情况,检查集料含水率,初判配比微调情况。

提前备足料和机具,做好防雨覆盖措施,检查车辆机具是否齐全及性能良好。

4.1 摊铺

(1)基层处理

摊铺前路面上裂缝进行灌缝处理,缝隙内积留的灰尘和杂物吹扫干净,灌缝时确保缝槽内不存留空气。

对原路面局部破损(如坑槽、松散等)应彻底挖补,填补材料同路面结构材料,填补前需涂刷粘层油,填补后碾压密实。

对原路面拥包进行铣刨处理。对原路面中影响微表处成型质量和外观的标线、标记、减速铺装等采用标线清铣设备进行清铣,清铣必须彻底,保证无标线材料粘附在路面上。

将即将施工的路段进行清扫,将所有的松动的材料、泥块以及其他障碍性的物质加以清除,并保证表面无液态水。

(2)摊铺准备

在路面上施划导线,稀浆封层车根据导线作为摊铺控制导线。调整摊铺宽度,检查料仓存料情况,同时做好计量标定和机械延时测定工作。检查上料、拌合、摊铺各系统运行情况。

将装好料的摊铺车开至施工起点,垂直于路中线预铺铁皮,对准控制线,放下摊铺槽,调整摊铺槽使其周边与原路面贴紧,检查刮板状态。

观察现场温湿度情况,复核矿料含水量,微调配合比。

(3)摊铺

按配合比同时输出矿料、填料、水、添加剂和乳液,进行拌和。搅拌手再次确认各料门的高度或开度,开动发动机,接合拌和缸离合器,使搅拌轴正常运转,并开启摊铺箱螺旋分料器,打开各料门控制开关,使矿料填料水几乎同时进入拌和缸,并当预湿的混合料推移至乳液喷出口时,乳液喷出,调节稀浆在分向器上的流向,使稀浆能均匀地流向摊铺箱左右,调节水量,使微表处稀浆稠度适中。

当微表处稀浆混合料均匀分布在摊铺箱的全宽范围内时,摊铺手就可以通知驾驶员启动底盘并缓慢匀速进行,一般前进速度为1.5～3.0 km/h,但应保持稀浆充满摊铺箱容积的1/2左右。

密切观察下料情况和料仓剩料情况,当第一辆摊铺车内任何一种材料快用完时,应立即关闭所有输送材料的控制开关,让搅拌器中的混合料搅拌完,并送入摊铺槽铺完后,摊铺车停止前进,提起摊铺槽,将摊铺车移出摊铺点,清洗摊铺槽。

施工缝也需要铺设铁皮,摊铺料应从铁皮上不小于50 cm距离开始摊铺,如发现存在缺陷时,需将料沿垂直路中直线铲除。当摊铺终点的稀浆混合料不均匀时,应往回铲除1～2 m的长度,下一车的摊铺应从上一车的终点倒回30～50 cm的距离,铺好铁皮再开始摊铺,铺设时必须垂直于;当进行最后一车时,其终点的处理应采取人工整平,并做出一条直线。

4.2 养护与碾压

微表处施工后,1～2 h即可进行碾压(国内均采用自然交通碾压),但由于路面早期强度不足,需要1周的碾压养护周期,将结构层内多余的水和气体排出,将结构碾压密实,才能达到最终的路面强度。正因如此,早期的车辆急刹车、急转向都会将石料搓起,不同程度破坏结构破坏。

结合五环路的实际路况,为防止拥堵带来的破坏,周一至周五施工时,3∶00就不再进行微表处摊铺,通过1 h破乳,待施划临时交通标线后,4∶30准时撤离现场,利用4∶30～6∶00时间段内的畅通车流进行碾压,达到基本固定要求(周末施工延迟半小时)。由于东五环路拥堵极为严重,施工时也考虑到由此带来的影响,采取压缩摊铺时间,延长畅通车流碾压时间等措施,但是开放交通后,发现拥堵路段的轮迹带位置石料掉落较多,外观较车道线位置路面更为光滑,受远通桥、平房桥匝道进出口影响,造成主路车辆刹车频繁,车辆频繁变换车道,该段道路路面,颗粒掉落尤为严重,经检测项目整体摩擦系数满足要求,但拥堵位置数据偏低。

由此看来,像北京五环路这种异常拥堵,且利用夜间有限时间占路施工的道路,由于影响因素多,预控难度大,存在不可控风险,不适用微表处进行道路预养护施工。