溫宇寧

(遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護(hù)有限公司 沈陽(yáng)市 110103)

0 引言

現(xiàn)階段，全國(guó)規(guī)劃的各等級(jí)公路路網(wǎng)大部分已建成并通車，交通量也隨之激增，且車輛大型化、超限運(yùn)輸、渠化交通現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，由此導(dǎo)致的路面病害情況也更加突出。其中，特重交通和重交通等級(jí)的瀝青路面，在慢速或長(zhǎng)時(shí)間停駐的重載作用下，輪跡帶處路面易產(chǎn)生縱向裂縫病害；而且寒冷地區(qū)路面結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗凍耐久性之間的復(fù)雜矛盾，使得路面結(jié)構(gòu)與材料性能的平衡設(shè)計(jì)十分困難，這實(shí)際是由瀝青混合料固有的黏彈塑性[1]力學(xué)特性所決定的。

在寒冷地區(qū)，瀝青路面縱向開(kāi)裂病害是普遍存在的問(wèn)題，常規(guī)的養(yǎng)護(hù)手段是采用熱瀝青對(duì)其進(jìn)行灌縫，此方法雖然初期能封閉雨水對(duì)裂縫的侵入，但隨著車輛的不斷碾壓和路面高溫的影響，維修后不久又發(fā)生二次病害，無(wú)法根除?；诖?，提出一種新的瀝青路面維修技術(shù)，用以處治路面縱向裂縫病害。

1 工程實(shí)例

1.1 項(xiàng)目概況

國(guó)道G202黑大線北起黑龍江省黑河市南至遼寧省大連市，全長(zhǎng)1734km。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，黑大線的重載、超載及超限情況愈趨普遍，致使黑大線部分路段特別是蘇家屯段路面所承受的荷載值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其設(shè)計(jì)值，不僅加劇了路面的早期破壞，同時(shí)也大大縮短其使用壽命。

因此，本項(xiàng)目基于對(duì)國(guó)道G202黑大線蘇家屯段K1328+400～K1342+000范圍內(nèi)的路面運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行調(diào)查，針對(duì)路面典型病害的成因進(jìn)行分析，并選取典型路段進(jìn)行重交通縱向裂縫處治技術(shù)試驗(yàn)路的鋪設(shè)，通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)與評(píng)價(jià)，以確定該技術(shù)的可行性及其優(yōu)勢(shì)，最終結(jié)合試驗(yàn)路的整體運(yùn)營(yíng)狀況并結(jié)合黑大線重交通段路面的實(shí)際情況，給出科學(xué)合理、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)適用的養(yǎng)護(hù)維修方案，同時(shí)，也為重交通路面縱向開(kāi)裂病害處治技術(shù)研究提供參考依據(jù)，積累基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

1.2 路面維修歷史

(1)原路于2001年進(jìn)行改建，路面結(jié)構(gòu)為6cm瀝青混凝土面層+20cm水泥穩(wěn)定砂礫基層。

(2)2005年進(jìn)行3cm瀝青混凝土養(yǎng)護(hù)罩面。

(3)2013年進(jìn)行7cm瀝青混凝土養(yǎng)護(hù)罩面。

(4)2015年對(duì)下行方向(遼陽(yáng)至沈陽(yáng)方向)局部路段進(jìn)行維修處理，采用7cm改性瀝青混凝土面層+40cm水泥穩(wěn)定碎石基層。經(jīng)過(guò)2年的運(yùn)營(yíng)，該段路面出現(xiàn)了重度龜裂、橫縱向裂縫、網(wǎng)裂、車轍、坑槽等典型病害。

(5)2017年進(jìn)行中修改造，改造方案為：將面層瀝青混凝土全部銑刨并挖除原路基層。基層采用：60cm水泥穩(wěn)定碎石基層(上基層、下基層以及底基層各20cm)，上設(shè)碎石封層；面層采用：7cm中粒式高模量改性瀝青混凝土下面層+5cm細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土上面層。

1.3 路面運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

自2017年10月通車以來(lái)，由于車流量較大，重載交通繁重，黑大線蘇家屯段K1328+400～K1342+000范圍內(nèi)瀝青路面經(jīng)中修后仍有不同程度的橫、縱向裂縫、網(wǎng)裂、龜裂及輪跡帶沉陷、坑槽等病害，見(jiàn)圖1、圖2，具體病害數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1、表2。

圖1 輪跡帶處沉陷+縱向裂縫

圖2 輪跡帶處坑槽

表1 黑大線K1328+400～K1342+000瀝青路面病害統(tǒng)計(jì)(上行方向)

表2 黑大線K1328+400～K1342+000瀝青路面病害統(tǒng)計(jì)(下行方向)

1.4 縱向裂縫產(chǎn)生原因分析

調(diào)查小組對(duì)黑大線蘇家屯界內(nèi)K1328+400～K1342+000段路面發(fā)生縱向裂縫位置處進(jìn)行5處取芯。從取芯結(jié)果來(lái)看，輪跡帶處的縱向裂縫為基層與面層的貫通式裂縫，而水穩(wěn)基層板結(jié)效果較差，基層頂部沖刷嚴(yán)重，見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 裂縫貫通基層與面層(一)

圖4 裂縫貫通基層與面層(二)

其產(chǎn)生的主要原因?yàn)橹貕狠嗇d的重復(fù)作用引起路表面縱向疲勞開(kāi)裂。即在渠化交通、重交通作用下，慢速行駛的重壓輪胎前緣和邊緣路表區(qū)產(chǎn)生了較高的水平拉應(yīng)力，當(dāng)在重壓輪載的反復(fù)作用下，表面層瀝青材料彎拉強(qiáng)度達(dá)到極限值而產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂，重載輪壓模擬圖見(jiàn)圖5。初期表現(xiàn)為輪跡帶區(qū)域的單一短淺裂縫。隨后，短淺裂縫會(huì)在其裂縫尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，逐漸擴(kuò)展變長(zhǎng)并在初期裂縫區(qū)域內(nèi)形成裂縫簇，最終平行的縱向裂縫簇相互連接形成連續(xù)的縱向開(kāi)裂而貫穿整個(gè)瀝青面層。

同時(shí)，由于該段路面長(zhǎng)期承受重壓輪載的反復(fù)作用，致使路面基層承載能力呈現(xiàn)不均勻的狀況(出現(xiàn)不均勻沉降)，從而導(dǎo)致輪跡帶處出現(xiàn)沉陷+縱向裂縫相結(jié)合的病害。

1.5 處治方案

1.5.1試驗(yàn)段縱向裂縫處治范圍

對(duì)黑大線K1332+400～K1332+600(沈陽(yáng)方向)路段200m范圍內(nèi)的縱向裂縫進(jìn)行維修處治。

圖5 重載輪壓模擬圖

1.5.2試驗(yàn)段縱向裂縫處治技術(shù)方案

(1)原路面銑刨：將上、下面層分層銑刨，且形成階梯型錯(cuò)臺(tái)。

①上面層銑刨寬度及深度：沿縱向裂縫(輪跡帶)兩側(cè)各40cm范圍內(nèi)，將原瀝青路面5cm上面層全部銑刨，銑刨寬度為80cm。

②下面層及上基層銑刨寬度及深度：沿縱向裂縫(輪跡帶)兩側(cè)各25cm范圍內(nèi)，將原瀝青路面7cm下面層全部銑刨，并銑刨至上基層頂部，上基層銑刨深度為2cm，銑刨寬度為50cm。

(2)對(duì)裸露的水穩(wěn)基層表面的碎屑及雜塵進(jìn)行清理，并灑布粘層油。

(3)鋪設(shè)2cm再生混合料應(yīng)力吸收層。

(4)7cm下面層復(fù)合混凝土路面鋪裝。

(5)層間粘層油灑布。

(6)5cm上面層復(fù)合混凝土路面鋪裝。

灌漿操作見(jiàn)圖6，施工后路面效果見(jiàn)圖7。

圖6 灌漿

圖7 施工后效果

2 灌注式復(fù)合混凝土路面技術(shù)

2.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

灌注式復(fù)合混凝土路面是在開(kāi)級(jí)配大空隙(18%～28%)基體瀝青混合料中灌入以水泥為主的特殊膠漿材料復(fù)合而成的一種路面[2]，該路面與常規(guī)路面不同，屬于骨架嵌擠型結(jié)構(gòu)。膠漿與瀝青混合料共同抵抗車輛荷載作用，利用水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面的優(yōu)點(diǎn)，改善兩種路面的缺點(diǎn)。行車舒適平穩(wěn)、抗滑降噪，并且大大提高瀝青材料的低溫穩(wěn)定和高溫變形能力。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

灌注式復(fù)合混凝土路面技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表3。

表3 灌注式復(fù)合混凝土路面技術(shù)特點(diǎn)

2.3 施工工藝

2.3.1施工流程

準(zhǔn)備工作→路面銑刨→病害處理→乳化瀝青撒布→開(kāi)級(jí)配瀝青混合料攤鋪→水泥膠凝材料灌注施工→養(yǎng)生→通車。

2.3.2施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1)溫度控制

由于復(fù)合混凝土路面屬于嵌擠結(jié)構(gòu)，開(kāi)級(jí)配瀝青混合料中粗骨料占比要高，而細(xì)骨料比常規(guī)瀝青混合料要少得多，因此混合料出料溫度需高一些，一般控制在180℃以上。

(2)銑刨

原路面銑刨應(yīng)采用銑刨機(jī)進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定銑刨范圍和深度，如果條件允許建議銑刨一次完成。

(3)攤鋪

攤鋪速度應(yīng)控制在2.0～3.0m/min。攤鋪時(shí)的混合料松鋪系數(shù)1.1左右。

(4)碾壓

要求采用鋼輪壓路機(jī)靜壓4遍、振動(dòng)2遍，碾壓速度初壓2～3km/h(最大4km/h)。

(5)接合部位施工

銑刨后原瀝青混凝土路面與開(kāi)級(jí)配瀝青層間需要撒布粘層油。

(6)灌漿

從膠漿攪拌機(jī)中排放水泥膠漿→用橡膠耙將水泥膠漿在母體瀝青混凝土表面攤勻→用平板振動(dòng)夯機(jī)將水泥膠漿浸透入母體瀝青混凝土的空隙中→保證振動(dòng)時(shí)間使膠漿灌注飽滿→用橡膠耙刮去表面剩余的水泥膠漿，待表面的水膜消失后，對(duì)面層進(jìn)行拉毛加工。

2.3.3注意事項(xiàng)

(1)由于母體瀝青混凝土屬于開(kāi)級(jí)配，其空隙是連通的，一旦遇到下雨天氣，雨水填充于母體瀝青混凝土中，灌漿時(shí)，無(wú)法保證施工質(zhì)量。

(2)開(kāi)級(jí)配瀝青混凝土表面溫度低于50℃后才可進(jìn)行灌漿工作，否則瀝青混合料的溫度易將膠漿材料中的水分蒸發(fā)，膠漿材料在表面粘結(jié)，無(wú)法保證灌漿深度。

2.4 技術(shù)應(yīng)用

北京BRT1號(hào)線全線以及沈陽(yáng)繞城高速朱爾屯收費(fèi)站路面均引用日本TX半柔性路面鋪裝技術(shù)。武漢雄楚大道與民族大道交叉口路面維修工程、杭州BRT快速公交專線路面維修工程以及蘇州、南京、鹽城等城市的部分交叉路口或重載交通路段也均采用了復(fù)合混凝土路面技術(shù)。

截止至2021年，灌注式復(fù)合混凝土路面已在遼、黑、吉三省的高速公路重載主線、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)廣場(chǎng)道面以及普通公路國(guó)省干線路面維修改造工程中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，共計(jì)應(yīng)用面積超過(guò)1500km2。

3 工程評(píng)價(jià)

該試驗(yàn)路于2018年鋪筑，截止到目前，復(fù)合混凝土路面整體運(yùn)營(yíng)狀況良好，路表面平整、無(wú)松散、無(wú)裂縫，表層集料無(wú)花白料、無(wú)劃痕；整體復(fù)合混凝土路面平整、順直、無(wú)沉陷狀況。通過(guò)后期跟蹤和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)，包括滲水系數(shù)、平整度、擺值及構(gòu)造深度等檢測(cè)指標(biāo)均滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)灌注式復(fù)合混凝土路面將瀝青質(zhì)材料和水泥基材料有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，也改善了水泥混凝土的柔韌性，可以抵抗較大的塑性和剪切變形，承受重載交通的作用，使路面的使用功能得到大幅度提升。

(2)經(jīng)過(guò)對(duì)黑大線試驗(yàn)段的跟蹤觀測(cè)與檢測(cè)得知，試驗(yàn)段復(fù)合混凝土路面整體運(yùn)營(yíng)狀況良好，未出現(xiàn)車轍、坑槽、沉陷、縱縫等不良狀況，可較為徹底解決輪跡帶處縱縫和沉陷問(wèn)題，為重載、極重載路面提供全效的服務(wù)，發(fā)揮其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

(3)結(jié)合大量研究與工程應(yīng)用，驗(yàn)證了灌注式復(fù)合混凝土材料、結(jié)構(gòu)和工藝成套技術(shù)的適用性，同時(shí)也論證了灌注式復(fù)合混凝土具有強(qiáng)度高、抗疲勞、耐腐蝕等特性，較好地實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的平衡。

(4)從全壽命周期性成本及費(fèi)效比角度綜合考慮，復(fù)合混凝土路面技術(shù)相比于傳統(tǒng)路面維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)，可降低全壽命周期性成本30%，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，同時(shí)可極大地提高路面的使用品質(zhì)與運(yùn)營(yíng)能力。