李超燕

(江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院， 江西 贛州　341000)

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基于微表處技術(shù)處理高速公路橋頭順坡實(shí)體工程應(yīng)用研究

李超燕

(江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院， 江西 贛州341000)

[摘要]隨著對高速公路中橋頭跳車現(xiàn)象的重視，微表處技術(shù)以其特有的優(yōu)越性在路面工程中得到廣泛的應(yīng)用?；诠こ虒?shí)踐和試驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析微表處技術(shù)的使用性能。結(jié)果表明： 微表處混合料瀝青乳液乳化劑采用 1.2%～1.6%，基質(zhì)瀝青∶乳化劑∶改性劑∶穩(wěn)定劑=51∶1.3∶4∶0.2為最佳配合比， 7%為室內(nèi)的最佳含水量；微表處混凝料油石比為 6.0%～7.0%較為合適，建議高速公路橋頭采用 6.5%的油石比；微表處技術(shù)較好的提高高速公路路面的抗滑性能和平整度，并有很好的耐久性。本文的結(jié)果能為微表處技術(shù)處理高速公路橋頭順坡實(shí)體工程應(yīng)用研究用提供參考。

[關(guān)鍵詞]微表處; 配合比; 施工技術(shù); 高速公路； 工程案例

0前言

高速公路中橋頭跳車是一種較為常見的災(zāi)害，處理不好會引發(fā)較多的事故，傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)都采用銑刨回鋪的技術(shù)，該方法修復(fù)速度慢、成本高。甚至在接縫處會出現(xiàn)透水、跳車的情況。目前，由于微表處路面的表面構(gòu)造深度較好，路面抗滑能力得到較大的提高，在高速公路橋頭順坡實(shí)體工程中得到廣泛的應(yīng)用。微表處技術(shù)(Microsurfacing)，采用聚合物改性乳化瀝青進(jìn)行表面封層，然后用專用攤鋪車將級配好的料石、礦物填料、添加劑、水以及瀝青進(jìn)行攤鋪施工，微表處技術(shù)在施工成本上較低，對環(huán)境污染小，提高了高速公路行車的舒適性。

德國在20世紀(jì)60年代末70年代初開始采用微表處技術(shù)，他們將瀝青、混合物和乳化劑混合并攤鋪在車轍上，形成交穩(wěn)固的面層。美國在1997年進(jìn)行微表處技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，在混合材料中配比5%橡膠和5%聚乙烯纖維，應(yīng)用到US—131高速公路上，并取得較好的效果；西班牙和法國學(xué)者研究得出不同的水泥類型會影響微表處混合料的性能[1]；微表處技術(shù)在我國的研究起步較晚，稀漿封層在20世紀(jì)80年代初開始出現(xiàn)[2]；2000年9月微表處試驗(yàn)在太舊高速公路上進(jìn)行[3]；隨后幾年年四川、重慶、內(nèi)蒙、天津、上海等地方便進(jìn)行了施工的研究[4]。福建南平公路局采用輪胎磨細(xì)橡膠粉得到的混合物在微表處的和易性較好[5]；東南大學(xué)研發(fā)微表處材料的抗裂試驗(yàn)議，得到SBS與SBR改性劑的總體性能高于改性乳化瀝青[6]；河北工業(yè)大學(xué)通過 MTS 試驗(yàn)機(jī)研究了混合料的應(yīng)變能密度[7]。隨著研究的不斷深入，我國在有關(guān)規(guī)范中也對微表處技術(shù)以及施工方法進(jìn)行了定義和規(guī)定[8]。

本文在以前的研究基礎(chǔ)上，采用理論分析、室內(nèi)外試驗(yàn)和實(shí)體工程應(yīng)用相結(jié)合的手段，對微表處技術(shù)在高速公路橋頭順坡實(shí)體工程應(yīng)用進(jìn)行研究，系統(tǒng)地建立橋頭順坡微表處技術(shù)施工工藝，用以指導(dǎo)我國高速公路路面的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)，提高路面的使用性能、壽命，保障公路的安全運(yùn)營服務(wù)。

1微表處混合料的試驗(yàn)研究

1.1材料

1.1.1改性乳化瀝青

改性乳化瀝青的配合比見表1。本文采用乳化SBR改性瀝青，是由德國產(chǎn)的乳化瀝青試驗(yàn)設(shè)備配置而成，采用E—A乳化劑用量在1.2%～1.6%，配合比為基質(zhì)瀝青： 乳化劑∶改性劑∶穩(wěn)定劑=51∶1.3∶4∶0.2。

表1 配合比Table1 Mixproportion原材料含量/%原材料含量/%乳化劑1.3水44.4瀝青51穩(wěn)定劑0.2改性劑4

1.1.2集料

微表處混合料的集料在規(guī)范中一些規(guī)定，要選擇堅(jiān)硬、耐磨、粗糙的集料，本次實(shí)驗(yàn)為防止礦料中泥土對混合料的影響選擇玄武巖，在使用前對細(xì)微粒徑(<0.075 mm)的礦料進(jìn)行篩除，表觀密度 2750 kg/m3，堆積密度1450 kg/m3，壓碎指標(biāo)為5.7%。

1.1.3填料

微表處混合料的早期強(qiáng)度較低，水泥能夠提高其早期強(qiáng)度，能夠改善其性能，根據(jù)以前的實(shí)驗(yàn)研究，本次試驗(yàn)的水泥含量為1.5%。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

本文的微表處混合料的性能主要體現(xiàn)在級配、油石比和集料特性等方面，根據(jù)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)得到最為合理的配合比，主要的的實(shí)驗(yàn)器材見圖1。

(a)粘結(jié)力測試儀

(b)濕輪磨耗試驗(yàn)儀(c)負(fù)荷輪載試驗(yàn)儀

圖1主要實(shí)驗(yàn)儀器

Figure 1The main experimental apparatus

1.3配合比設(shè)計(jì)

微表處混合料配合的設(shè)計(jì)主要是4個(gè)步驟： ①礦料配合比設(shè)計(jì)； ②拌和試驗(yàn)和粘聚力試驗(yàn)； ③混合料的試拌和； ④確定最佳瀝青含量。

1.3.1礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)

本文的采用MS—Ⅲ型級配的中值，集料的尺寸為5～10、3～5和0～3 mm共3種，其質(zhì)量比=26∶16∶54，合成級配配置見表2。

1.3.2微表處混合料配比

表2 設(shè)計(jì)級配與合成級配Table2 Designgradingandcompositiongrading集料尺寸/mm9.44.742.351.160.550.30.160.074合格率設(shè)計(jì)級配10070～8544～7525～5018～3511～246～175～14%綜合分級1008355342714.68.05.5

微表處混合料應(yīng)用在高速公路水泥混凝土路面上，微表處混合料在配比上要有所不同，粘聚力指標(biāo)為0.9 N·m(30 min)和 1.8 N·m(30 min)，路面修復(fù)初期限速40 km/h 。最佳用水量保證混合料適宜的稠度以及和易性，拌合計(jì)算改性乳化瀝青、填料、水和外加劑的用量，在施工中需要考慮當(dāng)?shù)刈罡邷囟?，結(jié)果見表3。加水量的增加會增長混合料的的拌合時(shí)間，當(dāng)外加水量為 5.0%時(shí)，時(shí)間太短，不滿足規(guī)范要求；當(dāng)外加水量在 6.0%～7.0%時(shí)，滿足規(guī)范的施工要求，由此選定 7%為室內(nèi)的最佳含水量。

表3 計(jì)算配比結(jié)果Table1 Calculationformula骨料含水量/%骨料質(zhì)量/g水泥用量/%改性乳化瀝青/%外加水量/%時(shí)間0.51801.49.85900.51801.49.971300.51801.410.16140 注:試驗(yàn)溫度:25℃。

1.3.3最佳瀝青用量

微表處混合料的改性乳化瀝青的用量根據(jù)1 h濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷輪碾壓試驗(yàn)確定，計(jì)算方法如下：

md=(ma-mb)×α

式中:md為微表處混合料的磨損值；ma為磨損前的試件重；mb為磨損后的試件重；系數(shù)α=1/A;A為磨損頭膠管的磨損面積。

微表處混合料的單位面積粘附砂量計(jì)算：

LWT=(m2-m1)/A

式中：LWT為微表處混合料的單位面積粘附沙量；A試件負(fù)載面積；m1進(jìn)行1000次碾壓后的試件質(zhì)量；m2為進(jìn)行第二次1000次碾壓后的試件與砂質(zhì)量。

本次試驗(yàn)進(jìn)行 4 組濕輪磨耗以及負(fù)荷輪碾壓粘砂試驗(yàn)，每一組的油石比不同，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果如圖2和表4。

圖2　不同油石比的濕輪磨耗值、粘砂值Figure 2　Different asphalt aggregate ratio of wet abrasion 　　　value, sticky sand value

由圖2可得: 1 h的濕輪磨耗值遠(yuǎn)小于6 d的值。對比規(guī)范可得，混合料油石比為 6.0%～7.0%能夠滿足規(guī)范要求。在實(shí)際工程中較大油石比會出現(xiàn)少許泛油，較小的油石比時(shí)瀝青與集料的粘附力較小，不能滿足工程要求由于微表處層厚度較小，高速公路橋頭采用 6.5%的油石比較為合適。

表4 濕輪磨耗、負(fù)荷輪碾壓的結(jié)果Table4 Resultsofwetwheelwear,wheelrollercompaction油石比/%磨耗值/(g·m-2)1h6d粘砂值/(g·m-2)5.4584.5841.8267.55.9504.2763.5276.46.4473.6684.5336.26.9415.6594.5398.6規(guī)范規(guī)定<540<800<450

2微表處技術(shù)在在實(shí)體工程中的應(yīng)用

2.1工程背景

在高速公路中橋頭跳車在一種比較常見的災(zāi)害，橋面與瀝青路面連接不好出現(xiàn)這種現(xiàn)象，一般通過統(tǒng)刨4 cm或更深進(jìn)行回填處理車轍，然后重新進(jìn)行掛線攤鋪，這種方法成本高、耐久性差甚至出現(xiàn)透水現(xiàn)象。微表處技術(shù)逐漸成為高速公路裂縫密封和車轍填充的首選方案的，潤揚(yáng)長江公路大橋高速公路橋頭進(jìn)行微表處技術(shù)，經(jīng)過測試試驗(yàn)段的結(jié)果表明跳車病害得到很好的解決。潤揚(yáng)長江公路大橋是一座懸索橋，其主跨為1490 m，該橋?qū)⒕?、寧滬、寧杭三條高速公路很好的連接起來，包括了209.9 m的南汊懸索橋和175.4 m+406 m+175.4 m北汊斜拉橋(見圖3)。

圖3　潤揚(yáng)長江公路大橋試驗(yàn)

2.2施工前調(diào)查

在進(jìn)行微表技術(shù)處理前高速公路的路面有一定破損，小部分高度公路路段的結(jié)構(gòu)承載能力較差，不在大部分路段中存在抗滑能力不足的現(xiàn)象，在所有災(zāi)害張車轍占 85.6%，泛油占8.1%，橫向裂縫占 3.8%，其余各類病害占2.5%?？梢钥闯?，抗滑能力不足在該高速公路中較為突出，車轍、泛油和橫向裂縫占病害的大部分。

2.3施工工藝

針對潤揚(yáng)長江公路大橋高速公路路面病害情況，決定對路面車轍病害較輕的位置采用微表處直接罩面，車轍病害嚴(yán)重的位置先微表處修復(fù)再進(jìn)行罩面。

骨料級配粒徑符合規(guī)范和上文的級配要求，各檔集料性能在上述試驗(yàn)中已經(jīng)說明。

① 集料拌制： 在混合料中的石料驗(yàn)合格后采用，石料按照試驗(yàn)要求攪拌均勻； ②封閉交通： 所施工路段都要設(shè)置施工導(dǎo)向牌和封閉紅線，交通管管制員負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場的交通管制； ③路面清掃： 將雜物清除干凈，根據(jù)選擇水沖洗路面，但要保證不能有積水； ④放樣劃線： 采用稀漿封層機(jī)在路面標(biāo)線上進(jìn)行； ⑤攤鋪： 攤鋪機(jī)順著控制線，保證攤鋪箱周邊貼緊高速公路路面，根據(jù)試驗(yàn)所確定的配合比調(diào)整各料們的開度接合拌和缸，打開各料門開關(guān)，將預(yù)濕的混合料放在乳液噴出口位置，調(diào)節(jié)水量，將混合料稀漿分布在攤鋪箱內(nèi)，啟動底盤讓其緩慢前行。混合料攤鋪完成之后，進(jìn)行人工找平，對找過厚、過薄以及攤鋪不平的位置進(jìn)行填平。 ⑥缺陷修復(fù)： 工人緊隨攤鋪前行，并及時(shí)的修復(fù)和填補(bǔ)不均勻的位置，鏟除外溢稀漿。⑦碾壓： 采用用膠輪壓路機(jī)碾壓路面，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制最佳碾壓時(shí)間; ⑧初期養(yǎng)護(hù)： 初期養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)禁止車輛和行人通行，防止微表處的破壞，強(qiáng)度達(dá)到200 N·cm可以開放交通(見圖4，圖5)。

2.4效果調(diào)查及分析

為了跟蹤高速公路橋頭順坡微表處的修復(fù)效果，對該路面路面抗滑性能和構(gòu)造深度進(jìn)行2 a的監(jiān)測，微表處路面在外觀上通行1 a后保持完好，未出現(xiàn)現(xiàn)剝落和坑洞，說明微表處混合料的粘結(jié)好，監(jiān)測的結(jié)果如表5和表6所示。

(a) 攤鋪

(b)養(yǎng)護(hù)

圖5　微表處施工后效果

表5 路面抗滑性能監(jiān)測值Table5 Monitoringvaluesofskidresistanceofpavement監(jiān)測時(shí)間監(jiān)測項(xiàng)目BPN(摩擦系數(shù))TD(構(gòu)造深度) 30d51555457551.61.61.91.81.7 90d51535052531.71.61.81.71.7180d48494650481.41.41.51.51.41a44454546581.21.31.41.21.32a35333435341.01.01.01.10.9

表6 路面直尺平整度(3m)Table6 Pavementroughnessruler(3m)監(jiān)測實(shí)測測點(diǎn)空隙值(單位mm)加載前4965667877647576 30d4654644546644455 90d4554655436646455加載后180d47656474566445451a46746565576544542a5875666668854455

從表5和表6可知: 行車2 a后，路面的摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度在規(guī)范要求之后，表面高速公路路面的具有較好抗滑能力，表面紋理較好。兩項(xiàng)數(shù)據(jù)隨著時(shí)間的增加都在逐漸減少，但衰減速度在逐漸的變緩，耐久性較好。通過3 m直尺測量高速公路路面的平整度，結(jié)果可得微表處路面空隙值比原路面小，每一個(gè)測點(diǎn)的差異縮小，跟蹤2 a的高速公路路面微表處性能可以看出: 微表處技術(shù)在提高高速公路路面有抗滑性能和平整度方面效果較好，實(shí)體工程能夠滿足使用要求。

3結(jié)論

本文較為深入的從工程實(shí)踐和試驗(yàn)兩個(gè)角度，結(jié)合具體的工程案例對微表處技術(shù)處理之后路面的抗滑性和構(gòu)造性能就進(jìn)行了分析，得出了以下主要的結(jié)論。

① 本文通過試驗(yàn)確定微表處混合料配合比，瀝青乳液乳化劑采用 1.2%～1.6%，基質(zhì)瀝青∶乳化劑∶改性劑∶穩(wěn)定劑=51∶1.3∶4:0.2為最佳配合比， 7%為室內(nèi)的最佳含水量。

② 根據(jù)濕輪磨耗、負(fù)荷輪碾壓的試驗(yàn)結(jié)果，微表處混凝料油石比為 6.0%～7.0%較為合適，建議高速公路橋頭采用 6.5%的油石比。

③ 本文詳細(xì)給出微表處技術(shù)的施工工藝，通過跟蹤分析實(shí)體工程得出，微表處技術(shù)較好的提高高速公路路面的抗滑性能和平整度，并有很好的耐久性。推廣微表處技術(shù)中應(yīng)具有較為重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文的結(jié)果能為微表處技術(shù)處理高速公路橋頭順坡實(shí)體工程應(yīng)用研究用提供參考。

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Application Research on the Application of the Engineering Application of the Highway Bridge in the Highway Bridge

LI Chaoyan

(Jiangxi Vocational College of Environmental Engineering ，Ganzhou, Jiangxi 341000, China)

[Abstract]With emphasis on highway bridge head jumping phenomenon, micro-surfacing technology with its unique superiority in pavement engineering are widely used. Based on engineering practice and experimental phenomena and data analysis, the performance of micro-surfacing technology is analyzed. The results show that the micro surfacing mixture asphalt emulsion emulsifier by 1.2% to 1.6%, asphalt emulsifier: modifier: stabilizer =51∶1.3∶4∶0.2 for best fit than. 7% for indoor optimum moisture content; micro table place mixed coagulation aggregate than 6.0%～7.0% is more appropriate, and suggested the highway bridge by 6.5% asphalt aggregate ratio; micro surfacing technology better improvement of Expressway Pavement anti slide performance and smoothness, and good durability. The results of this paper can provide reference for the application of the micro surfacing technology in the engineering application of the highway bridge.

[Key words]micro-surfacing; proportion; construction technology； super highway; engineering project

[中圖分類號]U 443.82

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1674—0610(2016)02—0157—05

[作者簡介]李超燕(1983—)，女，江西贛州人，講師，工程碩士，研究方向： 工程項(xiàng)目管理，工程造價(jià)管理。

[基金項(xiàng)目]高職園林工程招投標(biāo)與預(yù)決算項(xiàng)目課程開發(fā)的研究與實(shí)踐(JXJG-09-39-5)

[收稿日期]2015—11—20