土木在线论坛 \ 道路桥梁 \ 道路工程 \ 厦漳高速公路厦门段路面改善工程的设计与施工

厦漳高速公路厦门段路面改善工程的设计与施工

发布于：2015-07-03 13:46:03 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

　　 1 前言

　　厦漳高速公路(厦门段)全长11.85km，原设计路面结构为：4cmSAC-16沥青混合料上面层、4cmAC-20Ⅰ型沥青混合料中面层、6cmAC-25Ⅱ型沥青混合料下面层、1cm沥青砂下封层、33cm5%水泥稳定碎石基层、20cm3%水泥稳定碎石底基层，路面结构设计厚度64cm。该工程于1997年12月建成通车，于1999年初出现较严重的路面病害现象。路面病害主要为行车道呈现有规律的横向裂缝、网裂、局部凹陷、唧浆、坑槽，破坏状态已影响行车舒适性,若不及时处理有进一步加速破坏的趋势。路面破坏状态见表1。

表1 路面调查及路面评价表

路幅	病害现象	破损面积 (m2)	行车道	超车道	弯沉(0.01mm)
网裂	纵缝	横缝	唧浆	凹陷	坑槽	DR %	PCI	等级	DR %	PCI	等级	平均值	标准差	代表值
左幅	164	21	186	40	12	7	23697	46	27	差	0.5	89	优	12.84	7.63	27
右幅	38	24	297	37	27	8	754	1.4	83	良	0.1	94	优

　　注：表中DR为路面综合破损率；PCI为路面状况指数。

　　经调查及钻孔取样分析，破损主要为超载车辆所致。从路面评价表可以发现，左幅病害远大于右幅，且病害主要集中于行车道。这是因为左幅由龙岩往厦门的超载车辆较多的缘故。此外沥青路面厚度偏小，石料针片状含量较多及沥青面层的施工质量控制不严也是原因之一。因此路面改善已成必要,现将该路面改善工程的设计、施工及其改善的效果介绍如下。

　　 2 路面改善设计

　　2.1 改善设计思路及解决的问题

依据现有路面状况，设计思路要解决以下几方面问题：

（1）采用合适的方法处理路面局部病害；

（2）对路面裂缝以及可能渗水的部位进行处理，避免路面基层及路基因路面水下渗而破坏；

（3）对路面结构层增厚补强，提高沥青面层的整体抗剪强度以及综合提高沥青面层的其它路面性能。

　　2.2 路面改善设计方案

　　基于以上解决问题的思路，根据实际交通荷载进行路面结构计算,左幅沥青面层增加到21cm，右幅增加到18cm。为进一步提高增铺层沥青混合料的性能指标，胶结料采用改性沥青，上面层采用改性沥青SMA混合料，并于新旧沥青面层及加铺层之间增设粘层以提高沥青面层的整体性。

　　2.2.1 左幅路面改善设计方案

（1）病害处理完毕后，喷洒0.3～0.5kg/m2改性乳化沥青粘层；

（2）加铺4cm改性沥青AC-16Ⅰ型（5%PE+4%SBS）混合料；

（3）在AC-16Ⅰ型混合料铺筑层上喷洒0.3～0.5kg/m2改性乳化沥青粘层；

（4）加铺3cm改性沥青(5%SBS)SMA10面层。

　　2.2.2 右幅路面改善设计方案

（1）病害处理完毕后，喷洒0.3～0.5kg/m2改性乳化沥青粘层；

（2）加铺4cm改性沥青（5%SBS）SMA10面层。

　　2.2.3 桥头连接方案

　　由于桥面沥青铺装层质量完好，为不增加桥梁自重，桥面维持原沥青面层。左幅加铺7cm过渡长度70m，右幅加铺4cm过渡40m，连接方案为自桥台搭板尾部铣刨深度7cm(左幅)及4cm(右幅)于过渡范围内铣刨深度渐变为0，从而形成加铺过渡区。

　　 3 改善工程的施工控制

　　3.1 病害处理

　　依据设计时所调查病害状况，施工前仔细徒步调查核对，准确判断病害种类，确定病害处理范围。对网裂、唧浆、凹陷的严重病害逐层开挖，彻底清除病害根源。施工时采用铣刨机、空压机等进行开挖，确保开挖深度及范围准确，验收后用同级混合料填补。由于病害处理为小面积施工，要求混合料摊铺、碾压、接缝处理均与大面积铺筑质量相同。

3.2 APP防水卷材防水处理

　　改善工程使用了较多的APP防水卷材粘贴来对裂缝、轻微网裂、病害修补区的接缝处进行防水处理，理念主要来自于工民建房面防水，APP防水卷材铺设施工控制如下：

（1）防水卷材粘贴方法为人工展铺，背胶朝下喷火熔胶后立即粘贴于基面上，然后用轻型压路机碾压一遍；

（2）作业人员两人一组，一人负责喷火熔胶，一人负责APP粘贴，要求APP完全与基面粘牢而无任何气泡和起鼓现象；

（3）粘贴APP防水卷材料的基面要求平整、密实、洁净，并喷洒0.3～0.5kg/m2改性乳化沥青粘层；

（4） APP防水卷材粘贴效果为一人之力无法撕下，且铺筑面层时摊铺机履带行走时不被带起。

　　3.3 改性乳化沥青粘层

　　为提高新铺筑上下面层的粘结以及新旧沥青面层的粘结，该改善工程层间增加喷洒0.3～0.5kg/m2改性乳化沥青粘层。粘层的效果及作用被路面工程师所重视，并在传统乳化沥青的基础上为提高破乳后残留物的软化点及粘性而开发采用了改性乳化沥青。改性乳化沥青技术指标见表2。

表2 改性乳化沥青技术指标要求

技术指标		要求	试验方法
1.8mm筛余量（%）	≤0.3	JTJ052-2000
储存稳定性（%）	5d	≤5
1d	≤1
粘度 C325（s）	≥16
蒸发残留物含量（%）	≥50
残留物性质	针入度25℃，mm	40-60
延度（cm）	15℃	＞50
5℃	＞10
	软化点（℃）	≥50

　　施工控制要点为：

（1）工作面洁净、无杂物、无污染源、无尘土；

（2）严格控制、检测改性乳化沥青的性能指标；

（3）严格控制现场喷洒量在0.3～0.5kg/m2之间，少喷起不到粘结作用，多喷则形成病害油膜，且要求整体喷洒均匀。

　　3.4 加铺层沥青混合料设计

　　3.4.1 粗集料的选料

　　本工程地处厦门境内，受料源及成本造价限制，石料选用优质花岗岩碎石。粗集料施工控制主要采用反击破及通过改善破碎工艺来提高石料针片状质量，并使分级级配符合要求。粗集料性能指标见表3。

表3 粗集料性能指标

指标	技术指标要求	实际检测值
石料压碎值不大于（%）	28	19.5
洛杉矶磨耗损失不大于（%）	30	20.5
视密度不小于（%）	2.5	2.678
吸水率不大于（%）	2	0.8
对沥青的粘附性不小于	4级	大于4级(改性沥青)
针片状含量不大于（%）	15	5～10mm碎石 13.2% 8～12mm碎石 12.5% 　　10～20mm碎石 11%
水洗法＜0.075颗粒含量不大于(%)	1	0.75
石料磨光值不小于(BPN)	42	40.3

3.4.2 改性沥青的选用及指标性能

　　原设计AC-16Ⅰ型混合料所用改性沥青为7%PE，但经试验7%PE改性沥青低温性能极差（5℃延度为0）。为此，提出复合改性试验3%SBS+7%PE、4%SBS+5%PE并依据《公路改性沥青施工技术规范》中改性沥青技术要求的Ⅰ-D级选定AC-16Ⅰ型混合料改性沥青。通过比较采用5%PE+4%SBS改性沥青，面层SMA采用5%SBS改性沥青。4种改性沥青性能比较见表4。

表4 改性沥青性能检测数据

指标	7%PE	7%PE+3%SBS	5%PE+4%SBS	5%SBS
针入度25℃，100g，5s，0.01mm	30～34	37～41	37～43	40～45
针入度指数PⅠ	-0.4～(-0.1)	0.2～0.35	0.2～0.4	0.3～0.5
延度5℃，5cm/min，cm		10～15	15～25	29～35
软化点（℃）	58～63	60～73	83～87	75～85
运动粘度135℃（Pa·s）	3.1	2.9	2.7	2.0
闪点（℃）	＞230	＞230	＞230	＞230
溶解度（%）		≥99	≥99	≥99
离析，软化点差（℃）		2.5	2.0	2.3
弹性恢复25℃（%）		71	73	85
TFOT后质量损失（%）	0.6	0.4	0.5	0.2
TFOT后针入度比25℃（%）	66	69	71	75

　　3.4.3 改性沥青AC-16Ⅰ型混合料

　　该混合料主要用于左幅增铺层下层，铺筑厚度4cm。基层状态为病害修补及APP防水处理后的旧沥青路面。混合料设计要求有较高的抗车辙和抗疲劳性能，并且要求成品局限空隙率在7%以内，以防止路面水下渗。设计改性沥青AC-16Ⅰ型混合料性能及体积参数见表5。

表5 设计混合料性能及体积参数

油石比（%） 4%SBS+5%PE	密度（g/cm3）	空隙率（%）	饱和度（%）	稳定度 KN	流值 0.1mm	动稳定度60℃，（次/mm）	-10℃低温弯曲额限应变
5.7	2.355	3.5	77.8	13.8	29.3	5140	3600uξ

　　该结构层配合比设计空隙率3.5%（马歇尔设计方法）。为使现场碾压成型空隙率在7%以下，要求现场马歇尔压实度98%以上。为此，施工严格控制混合料出料温度，严格组织现场摊铺均匀、连续，在碾压工艺上改进采用两台DD-130英格索兰振动压路机紧跟碾压。每台负责半幅，往返长度30m，往前振动往后静压，同时两台轮胎压路机紧跟DD-130后面高温不喷水状态揉挤碾压，每台负责半幅，往返长度30m。经试验段及大面积铺筑压实度检测，压实度达到98%，确保了成型孔隙率控制在4.5%～6%之间。

　　3.4.4 SMA10（5%SBS）面层混合料设计与施工

　　（1）原材料。

　　粗集料采用3～8mm、5～10mm、8～12mm 3种规格优质花岗岩碎石；细集料采用0～3mm石屑；填料采用石灰石矿粉；纤维采用TOP牌粒状木质纤维素；基质沥青采用壳牌AH-70；改性剂采用岳阳石化总厂生产的SBS791。

　　改性沥青采用胶体磨现场改性，（5%SBS）改性沥青性能检测指标见表4。

　　（2） SMA10（5%SBS）面层混合料设计（见表6和表7）。

表6 SMA10（5%SBS）面层混合料目标配合比级配组成

冷料组成	(8～12): (5～10):(3～8):(0～3):矿粉=20:38:20:12:10
通过率	筛孔（mm）	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
	目标级配	100	90.4	38.8	24.5	18.2	16.4	15.5	12.2	9.9
	级配要求	100	90～100	30～45	22～32	18～26	14～20	12～18	10～16	8～13

依SMA体积参数确定的最佳油石比为6.3%，木质素掺量为混合料的0.4%。

表7 SMA10（5%SBS）配合比设计混合料性能指标

性能指标	SMA10目标配合比	设计技术要求
油石比（%）	6.3	≥6.1
毛体积相对ρmb（g/cm3）	2.305
理论最大相对密度ρmm（g/cm3）	2.404
空隙率Vv（%）	3.5	4±1%
集料间隙率VMA（%）	17.3	≥17
饱和度VFA（%）	79.0	70-90
粗集料间隙率VCAMIX（%）	37.4	≤VCADRC
稳定度（KN）	9.41	≥6.2
流值（0.1mm）	36.0	20-50
-10低温弯曲额限应变uξ	7730	≥2000
析漏百分率（%）	0.1	≤0.3
60℃动稳定度（次/mm）	3637	≥3000
残留稳定度（%）	89.6	≥80

　　(3) SMA混合料生产。

　　SMA混合料采用PARKER2000型间歇式拌和设备生产。为使混合料出料温度控制准确，特别于石料干燥筒出料口外安装红外线测温仪，准确监控集料加热温度，如此即可使混合料出料温度控制在±7.5℃范围内。根据混合料设计，拌和楼振动筛筛孔分别为3mm、7mm、11mm、14mm，将集料筛分成0～3mm、3～7mm、7～11mm、11～14mm4种，热集料依生产配合比进行拌料。混合料每盘拌和2t，干拌时间10s，湿拌时间45s。粒状木质纤维素由于体积小，依设计掺量0.4%每盘8kg，预先人工装成4kg小袋，在拌和锅两侧各开一个小口并安装开启气门控制，称重后集料下到搅拌锅时同时开启气门，人工配合每边各投入一袋木质纤维素，搅拌程序：执行干拌约10s后沥青称重并进行湿拌。每盘混合料组成均采用即时打印,以监控生产配合比准确性。拌合主要控制参数为：改性沥青加热温度170～180℃，集料加热温度190～210℃，混合料出料温度175～190℃。

　　（4） SMA10混合料摊铺。

　　采用ABG423全幅10.75m摊铺。SAM10和易性好，全幅摊铺不易出现粗细离析现象，并且避免了二机并铺纵缝处SMA混合料降温带来的压实缺陷。

　　（5） SMA10混合料碾压。

　　依设计混合料要求成品空隙率在7%以下，即要求马歇尔压实度大于98%。碾压采用两台DD-130英格索兰紧跟摊铺机碾压，每台负责半幅并于中间处相互重叠1m，往返行程25～30m，后面紧跟1台宝马202压路机补充碾压，并在DD-130后退加水时顶替碾压。经试验段试铺，4cmSMA10面层DD-130压路机前进振动后退静压，3cmSMA 10面层DD-130压路机前进后退均静压，碾压控制关键在于及时紧跟均匀碾压。

　　4 改善处理后效果

　　路面改善工程于2000年11月份完工，现已使用2年多时间。从现有路面状况看，通过对原路面裂缝的防水处理及加铺层的原位孔隙的控制，已基本防止路面水下渗于基层，达到了防水效果。其表现于现在路面没发现小坑槽现象。通过对原沥青路面的加铺以及严格的混合料设计及施工控制，现路面无发现任何车辙的现象，路面状况非常良好。虽改善时一次性投入较大，但改善后路面养护成本显著下降，行车条件也得到良好的改善。

　　5 结束语

　　通过该改善工程施工前后对比，笔者提出以下几点建议：

（1）高等级沥青混凝土路面必须有足够的路面结构，设计部门对路面结构设计应相应适当的保守；

（2）重视沥青面层的防水设计，高度重视沥青路面孔隙水下渗破坏；

（3）沥青面层的材料加工及准备是否优越、符合要求是沥青混合料达到设计要求的关键所在；

（4）先进的施工设备、精细施工、丰富的施工经验是做好沥青混凝土路面的根本保证。

设计与施工高速公路工程公路

0人已收藏
0人已打赏
免费
0人已点赞
分享

复制链接新浪微博微信扫一扫

全部回复（1 ）

只看楼主我来说两句 抢板凳