高速公路养护中就地热再生技术的应用研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-04-14作者简介：马保典（1993），男，工程师，研究方向为道路与桥梁。高速公路养护中就地热再生技术的应用研究马保典（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为保证高速公路养护中就地热再生施工质量，结合某公路工程实际情况，首先阐述了就地热再生设备特点；然后分析了就地热再生施工工艺要点，涉及施工准备、加热、翻松、再生与收集、碾压、养生等环节，并提出了施工质量控制标准及就地热再生施工质量验收要求；最后探讨了就地热再生技术优势，如利于环保、减少投资、减少对交通造成的干扰等，以期为同类工程项目提供参考。关键词：高速公路；公路养护；就地热再生中图分类号：U418.6文献标识码：B0 引言高速公路路面经过长时间的通行难免产生病害问题，需在管理过程中做好养护工作。传统的冷铣刨工艺已经无法适应当前高速公路养护需求，这就需要在养护中不断引入就地热再生技术，以充分发挥该技术的优势与作用。1 工程概况西阜高速（石家庄段）养护路段包括主线和连接线，主线起自西柏坡高速公路苏家庄枢纽互通，终点位于灵寿县长杏沟村北，与西阜高速保定段顺接。养护里程为32.354 km，设计匝道路基宽度为10.5 m，分离式路基单幅宽度为12.25 m，整体式路基宽度为24.5 m，建设车道为双向4车道，设计时速为80 km/h，养护技术以就地热再生技术为主。2 就地热再生设备特点在当前的高速公路就地热再生施工中大多采用英达就地热再生设备，该设备具有以下几方面特点。1）所有设备均采用汽车半挂牵引，在无级变速驱动系统作用下能使机组在满足施工要求的同时，可在公路上以正常速度行驶。2）燃料主要采用液化石油气，并用陶瓷加工加热板。由于燃料燃烧之后释放出的热能可以转化成辐射热能，所以能显著提高能源利用率，加热效率较高，与传统加热方式相比加热效率可以提高至少1倍1。3）加热墙采用可折叠结构，正常工作时能使宽度达到4.5 m，工作结束后进行折叠，使宽度变为2.5 m，满足现行法律法规的要求，能直接在公路上行驶。4）采用沿横向布置的疏松耙将原路面混合料耙松，以适应路面上的高差，将加热后的路面完全耙松，并能防止原路面中含有的骨料被打碎，使混合料级配保持不变。5）对再生剂的喷洒进行自动控制，将路面完全耙松后对再生剂洒布盘进行均匀布置，确保再生剂和旧路面之间达到均匀混合，保证再生剂实际添加比例准确无误。6）提升机和拌和器的外壳都有良好保温层，同时安装加热器，提升与拌和时能对混合料实施二次加热，保证混合料温度满足要求，使拌和结束后混合料实际摊铺温度达到相关要求2。7）拾料器之后设置了加热墙，能对下层路面实施二次加热，使再生层和下一层良好黏结，防止产生软弱界面，保证再生完成后有足够的强度，延长再生后路面的整体寿命。3 就地热再生施工工艺1）路面清洁。开工前对施工段车道做暂时封闭处理，做好交通布控工作，然后对施工段的路面实施全面清洁。2）确定施工现场的基准线。为确保施工时的边界始终保持顺直，需在施工开始前进行基准线的确定，为再生机行走提供参考。一般采用现有标线，标线应保持平滑和顺直。105总662期2023年第32期（11月 中）3）车辆就位和现场施工准备。每台施工车辆都要以施工工艺要求为依据入场，然后按照要求对再生设备进行预热，并将长明火点燃。再生设备的操作人员需做好基准标杆设置，做好各项施工准备工作，在结束所有准备工作之后，由现场技术负责人进行核查。4）加热作业。待各项准备工作均结束且核查确认合格后，方可进行再生施工，使加热设备严格按照既定次序持续前进，采用热辐射的方式不断加热，其间注意避免路面被烧焦造成不必要的损坏。在点燃再生机的加热墙以后，现场辅助人员应检查确认其状态是否符合要求，并加强观察和检查。车辆持续前进时，其导杆必须沿标线平稳行驶，在没有特殊要求时，不能改变车辆行驶方向和速度，在现场配置专门的辅助人员加强检查工作，同时根据检查结果提醒设备的操作人员。在实际的加热过程中应对加热工艺进行严格控制，所有加热车辆都要按照预定速度匀速行驶，同时尽量对车辆之间的距离予以严格控制。为避免热量散失，可考虑在车底或车辆之间增设一块保温板，并采取必要的措施使加热效果达到预期要求。5）翻松、再生与收集。在加热完成且翻松到位后，使再生剂喷射头处于施工段落的起点，然后开启喷洒装置，适当调整具体的喷洒剂量。配备专门的收集器收集翻松后的路面混合料，在减少热量损失的同时 为 再 生 剂 和 旧 混 合 料 之 间 的 融 合 预 留 足 够 的时间4。6）在添加适量新料的基础上对再生料进行收集，随即进行复合搅拌。按照设计确定的比例添加适量新料，此时以预设施工参数为依据对设备进行必要的调节，并借助提升机于搅拌器内添加再生料与新料，经充分加热和均匀拌和后，由摊铺机实施摊铺施工。此时采用加热墙对收集完成的再生料实施加热，保证摊铺层和旧路达到良好黏结，使新铺层和旧路之间良好连接，形成统一的整体，保证整体性能。7）为确保工后路面平整度符合要求，摊铺作业必须利用专门的机械设备实施。摊铺设备要在开工前就位，施工时使其紧跟在复拌设备后方。摊铺设备就位前需对其各项参数进行调整，包括摊铺厚度等，确保摊铺设备能够匀速和平稳的运行，进而保证路面的摊铺施工质量，具体的摊铺工艺与普通新建路面基本一致。8）碾压。碾压开始前应清理之前散落的多余混合料，就地热再生碾压施工与普通路面碾压施工相同，都需要按照 3个环节进行，包括初压、复压与终压。压路机要紧跟在前方摊铺设备后方，确保碾压始终在高温条件下进行，以保证实际的碾压效果。碾压需遵循从两侧到中央、先静压后振压、先缓慢后快速和低频高幅等基本原则，先对两侧的纵缝进行碾压，确保接缝达到密实与平顺。此外，碾压过程中压路机要有轮宽 2/3 的部分处在旧路面上，支护按照从低处到高处的方向连续碾压，在每次碾压过程中都要有轮宽 1/3 的重叠。碾压施工段落的长度不能过长，折返距离不能超过 30 m。在碾压过程中应注意对洒水量进行严格控制，具体的水量以防止黏轮为准确定和控制。9）路面养生。在就地热再生施工结束后，需在路面温度降低至50 以下后才能开放路段的交通。4 就地热再生施工质量控制标准就地热再生施工过程中应严格按照如表1所示的标准进行质量控制。表1 就地热再生施工质量控制标准外观宽度/mm再生厚度/mm平整度最大间隙/mm横接缝高差/mm纵接缝高差/mm再生剂用量新加SBS改性沥青用量新加SBS改性沥青混合料用量路表加热温度/再生混合料摊铺温度/碾压终了温度/加热耙松深度/cm加热耙松宽度压实度均值（）渗水试验/（mL/min）随时每100 m/1次随时随时随时随时随时随时随时随时随时随时每200 m一处每200 m一处每1 km/5点每1 km10点表面平整密实，无明显轮迹、裂痕、推移、油包、离析等缺陷大于设计宽度设计厚度5mm33，必须压实12070设计值0.5不小于设计宽度最大理论相对密度9480目测T0911T0912T09313 m直尺间隙3 m直尺间隙每天计算每天计算每天计算加热设备保温板后1m位置测量温度计测量温度计测量插入法量测钢尺丈量T0922T0730检测项目检测频率质量要求或允许偏差检测方法106交通世界TRANSPOWORLD矿料级配沥青用量（油石比）（%）马歇尔试验：稳定度、孔隙率、流值浸水马歇尔试验车辙试验小梁弯曲试验、冻融劈裂试验每台班每天12次，以2个试样的平均值测定根据实际情况确定试验频率符合AC-16设计级配要求0.3符合 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）中的要求符合设计要求2500/70%T0725抽提筛分T0721、T0722T0702/T0709T0719T0728、T0729表1（续）检测项目检测频率质量要求或允许偏差检测方法5 就地热再生施工验收就地热再生施工完成后需按照表2的要求进行质量检测。表2 就地热再生施工质量验收标准检查项目外观宽度厚度/mm压实度路表平整度摩擦系数构造深度渗水系数/（mL/min）代表值（）IRI/（m/km）检查频度（每一侧车行道）随时1点100 m1点/km1点/km再生路段连续再生路段连续每1km 不少于2点，每点3处取平均值评定每1km不少于2点质量要求或允许偏差表面平整密实，不得有明显轮迹、裂缝、推挤、油包等缺陷，且无明显离析大于设计宽度设计厚度5最大理论密度的942.0SFC60450.4580试验方法目测T0911T0912T0924T0933T0965T0967T0961T0971备注JTG E602008JTG E602008JTG E602008JTG E602008JTG E602008JTG E602008JTG E6020086 就地热再生技术优势就地热再生技术主要具有以下几方面优势。1）环保。在公路养护过程中引入再生技术，无需在自然界中进行大量开采，还能避免直接向自然界中倾倒混合料等垃圾。2）减少投资。在以往的路面养护过程中主要采用冷铣刨工艺，铣刨完成后洒布一层沥青作为黏层，然后再摊铺新料。而采用就地热再生技术能充分利用现有混合料，只需要添加适量再生剂即可完成养护，能大幅减少养护维修成本。根据相关实践经验，就地热再生的费用只有传统养护方式的70%。3）减少对交通造成的干扰。采用就地热再生技术只维修一条车道，在养护维修过程中只需对一条车道进行封闭，其他车道仍能正常通行，能在很大程度上减少对交通的干扰与影响，尤其是高速公路，这一特性更为显著。4）对面层之间的相互连接更加有利。沥青路面是一个完全且连续分布的弹性体，倘若层间连接状况较差，则会产生很大剪应力，导致面层结构产生剪切破坏。引入就地热再生技术后，因旧路面和再生层之间的连接为热连接形式，可形成一个整体，所以能有效防止连接不良。而采用冷铣刨方式后，结合面既有骨料由于铣刨而疏松，而且无法彻底清扫干净，虽然施工中洒布黏层油，但仍然会在层间产生疏松夹层，导致路面产生早期破坏。5）有效改善路面级配，减小孔隙率，延长路面结构的使用寿命。当路面混合料级配较差，或孔隙率相对较大，将导致路面结构产生严重的早期损坏现象，而采用就地热再生技术后，能针对旧路面混合料级配完成设计，确保再生完成后路面混合料级配得到有效改善，从而延长路面结构使用寿命。6）促进深层次裂纹快速愈合。采用就地热再生技术进行施工时，路表面下部5 cm左右的温度就可以达到100 左右，采用机械完成碾压施工后，路面下部既有裂纹可以快速愈合，这对防止路面开裂有重要作用。7）不存在接缝漏水方面的问题。采用冷铣刨方式施工时，若全路面完成铣刨后直接进行全宽摊铺，则没有接缝的问题；若只对一条车道进行铣刨摊铺，则必然存在接缝。因冷铣刨过程中接缝部位的原路面材料会被铣刨疏松，对新旧路面之间的结合造成影响，导致漏水，进而产生早期破坏。而在引入就地热再生技术后，纵缝为热接缝，能从根本上解决接缝漏水问题。7 结束语综上所述，就地热再生是当前高速公路沥青路面常用养护方式，采用专门的再生设备施工，具有环保、可减少投资、可减少对交通造成的干扰、对面层之间的相互连接有利、可实现对路面级配的有效改善、能促进深层次裂纹愈合，以及不存在接缝漏水方面的问题等优势。以上对该养护技术的应用进行初步分析与总计，旨在为更多高速公路养护工程提供技术参考。（下转第110页）107总662期2023年第32期（11月 中）保证拌和站处于同步运转状态，以保持产量的稳定性。下面层混合料的温度应比上面层低510。由不同拌和站生产的混合料，都应做好马歇尔试验，以确定混合料性能能否达到要求。在条件允许的情况下还可借助旋转压实机验证最大压实次数。2.6.3 施工工艺相关控制措施在次日摊铺开始后应先对上面层混合料进行摊铺，摊铺至下面层混合料的接缝部位后，同时开始摊铺下层。双层摊铺机两套熨平板应保持相同的仰角，否则可能导致混料。在碾压过程中应先用自重较轻的压路机进行静压，为了使路面保持良好平整度，需要在温度允许的情况下尽可能延长碾压段的长度。压路机和双层摊铺机之间的距离一般按照40 m左右控制。2.6.4 施工检测相关控制措施对于混合料摊铺密度，在摊铺过程中主要采用灌砂法检测摊铺后的压实度。根据现场实测结果适当调整夯锤及夯板频率和振幅，确保上、下两层摊铺完成后混合料密度不低于 85%。对于混合料压实度，根据上、下两个面层混合料的标准密度最大值进行试验，但要满足一定前提条件，即上、下两个面层混合料的标准密度相差不大；也可根据上、下两个面层混合料的平均标准密度进行试验，但同样要保证上、下两个面层混合料的标准密度相差不大。考虑到双层摊铺完成后的上层料会嵌入下面层混合料中，如果上、下两个面层混合料的标准密度相差悬殊，则可在施工现场采用切割法检测，其具体操作方法为：在双层摊铺过程中于下层混合料表面铺设一张边长为50 cm的正方形锡箔纸，同时准确记录位置；待双层摊铺结束后于此位置进行取样，即根据锡箔纸放置位置通过切割取得试件，然后进行压实度检测，在下层边缘部分对取出的芯样进行切割，然后测定上层的压实度；在上层边缘部分对取出的芯样进行切割时，可测定下层的压实度。在上、下两层中，需将重点放在下层混合料压实度控制上，在试件上切割6 cm检测下层混合料的压实度。而上层主要是对构造深度进行检测与控制。如果下层混合料的压实度可以达到98%及以上，则上层混合料压实度通常也不低于98%。3 结束语综上所述，相较于单层摊铺，双层摊铺技术的应用能消除两层之间存在的层次界限，这对保证路面结构整体性有利，进而增强抗滑与抗变形能力。另外，双层摊铺技术还能简化现场施工组织，使两侧路面施工可以一次完成，不仅能减少黏结油的消耗，还能缩短摊铺周期，延长路面结构使用寿命，降低工程造价。为了使双层摊铺技术的应用达到预期效果，施工中应注意以下几方面：摊铺施工中，要从前期混合料生产到运输再到摊铺碾压整个过程做好精心组织，双层摊铺机的自身重量可以达到90 t，如果出现问题，将严重影响摊铺施工质量，在施工现场要安排专人指挥；对于施工中可能出现的混料情况，应安排专人随时查看，对范围较小的混料应立即修补。坚决防止大面积混料，如果出现大面积混料，应立即停工，将混料部分全部铲除；对两种混合料进行同时摊铺与碾压时可能导致平整度变差，对此应安排专人做好检查和处理。参考文献：1 安平，高俊启，盛余祥，等.基于基层大厚度和双层面层一体摊铺的基面连铺技术J.公路与汽运，2021（5）：59-61，64.2 李鹏飞，武健，张海涛，等.双层摊铺沥青混合料层间抗剪强度影响因素分析J.施工技术，2019（5）：87-89，136.3 陈豫，陈浙江，石德景，等.工艺、材料及结构厚度对路面层间黏结性的影响J.筑路机械与施工机械化，2017（12）：80-85，90.4 王选仓，张烁，乔志，等.半刚性基层双层连续摊铺施工变形J.筑路机械与施工机械化，2017（11）：126-130.5 李元国，盛小平.高速公路沥青路面施工中双层摊铺技术的应用J.交通世界，2017（18）：56-57.6 乔志，王选仓，张志芳，等.半刚性基层双层连续摊铺层间结合状态J.交通运输工程学报，2016（3）：28-34.（上接第107页）参考文献：1 仰建岗，张伟，姚玉权，等.就地热再生混合料性能影响关键因素的试验研究J.公路交通科技，2021（10）：7-15.2 盛三湘，陈宇亮，王巍伟.就地热再生沥青混合料均匀性的影响因素研究J.河北工业科技，2021（3）：236-242.3 王斯倩，万灵，殷勤，等.高速公路沥青路面就地热再生技术的质量控制分析研究J.江西建材，2021（1）：23-25，28.4 段宝东，韩东东，赵永利.基于最小能耗的沥青路面就地热再生加热机组优化控制J.公路交通科技，2021（1）：19-26.110