冲击压稳结合高模量沥青技术在重载混凝土道路改造中的应用.pdf

2 1 8 成果应用 城 市道桥与防洪 2 0 1 1 年 5 月第5 期 冲击压稳结合高模量沥青技术在重载混凝士道路改造中的应用 张 高 才 ( 广州市 第一市 政工程有 限公 司， 广东广 州 5 1 0 0 6 0) 摘 要 ：该 文通 过介绍 一种在 重载交 通下破损 水泥混凝 土路面 快速改造 升级的新 技术在广 州北环 高速路 面改造 工程 中的应 用 ， 探讨 和总结 了旧路 面冲击 压稳结合 高模量 沥青混凝 土的罩 面加铺技 术对道路 改造 中的病 害快速处 理 、 路面结 构等级 的改 善 和提升作 用 。 关键 谰 ： 混凝 土路 面 ； 冲击压稳 ； 高模 量沥青 ； 反射 裂缝 ； 车 辙 ； 施 _ r = ； 广 州市 中 图分 类号 ： U 4 1 8 文献标识 码 ： B文章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 2 1 8 - 0 3 0前言 冲击 压稳技术应用于 旧水泥混凝 土路面的处 理 ， 是指通过将板块打裂 、 破碎从而减小有效面积， 充分释放 内应力， 降低 因温度 、 湿度 的应力变化 和 车辆荷载的综合作用下而产生 的综合位移 ，从 而 解决反射裂缝等病害对加铺层的早期破损问题l 】 l 。 把 旧混凝土板块打裂并稳固到 旧基层上 ，形成稳 定的支撑体系后作为一新基层使用，在其上面加 铺高模量沥 青混凝土罩 面 ， 利用其较 强的抗 车辙 能力 和抗疲 劳性能 ， 能有效地改善 和提 高在 重载 交通下路 面的结构强度和行车舒适性 ， 从而 达到 破损混凝土路 面快 速修 复且升级改造 的效果 。 本 文就广州北环高速 K 3段水 泥混凝土路 面 改造工程 中，对采用 的冲击压稳结合高模量 沥青 技术的综合应用进行探讨 。 1 工程概 况 广州北环 高速公路是广州地区的一条交通要 道 ， 车流量 巨大 ， 重车混入率 高 ， 载重车超载现象 严重。 经过 十多年的通行 ， 很 多路段水泥混凝土路 面已经出现唧浆 、 断板 、 承载力不足 、 表 面功能丧 失 等严 重病 害 ， 其 中 K 3路段 ( 路基段 ) 尤为严重。 为尽可能减少对车辆通行影响 的情况下快 速修复 并提升该路段的路用功能， 采用以下路面结构形式 ： 基层 ( 原 水泥 混凝 土路 面 冲击压 稳形 成 ) +2 5 C lT I 厚 沥青砂 ( 高模沥青 ) + 6 e m厚 F A C 一 2 0 ( 高模 沥青 ) + 4 e m厚 S MA一 1 3 ( 高模 沥青 ) 。 2 冲击压稳 技术 的应用 2 1 旧混凝土路 面冲压技术的简介 旧混凝土路 面冲击压稳技术是指将水泥板块 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 1 6 作者简介 ： 张高 才 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 广东揭 西人 ， 工程 师 ， 从事 路 桥工程 项 目的施 工和 管理工 作 。 打裂 、 破碎 ， 使原来 4 m5 m的水泥板块破碎成 为 4 0 6 0 e m 的碎块， 并利用冲击 压实机 的冲压能 量使水泥碎块压实稳固。水泥板块尺寸的变小降 低 了温度变化 时的收缩变形，减少 了沥青加铺层 底拉应力，能有效地 防止或抑制温度型反射裂缝 的产 生； 另一 方面 ， 经过 冲击 压稳后， 板下土 基更 加密实 ， 水泥板块 密实嵌 锁在原基层上， 可消除原 有的脱 空 、 板块 间弯沉差 ， 以及板块缝角 ， 防止或 抑制车载作用下加铺层 由于基底松动或应力集中 产生的反射裂缝。 冲击压 实机 的冲压功能来 自于两个方 面 ： 冲 压轮 的 自重 和冲压轮波动 时所产生 的冲击动能 。 该项目的冲压设备采用蓝派公司研制的三边形冲 击压实机 ，该机 的冲压势能为 2 5 k J , 中压实轮轴 组件质量为 1 2 t ；冲击速度一般 为 l 2 1 5 k m h ， 冲击作用时 间取 0 0 2 S ， 其冲击力 可达 2 4 5 0 k N。 这一冲击力输 出的能量密 度极 大， 冲击连续作用 于地表产生高能量 、 大振幅、 低频率的振动。冲击 之后 ， 非 圆曲线轮廓 的压实轮滚过地 面 ， 在揉压 、 碾压作用下， 其对地 面可施 以 1 3 0 - 2 0 0 k J的动 能 进行压稳 。 2 2 施 工 方 法 2 2 1工作面的准备 进行冲击破碎施工前 ， 首先依据图纸并现场勘 察清楚施工路段上的涵洞 、 通道 、 桥台的位置。 冲压 施工时的冲压边界距桥头和通道边不少于 5 m， 冲 压边界距管涵边线不少于 2 IT I 。用喷漆标明压实 范围和控制点 ， 检测人员做好布点测试准备工作 。 2 2 2 冲压速度与遍数的控制 压实机行驶 时速度一般为 l 2 1 5 k m h ， 冲压 遍数则根据沉降量来确定 。 冲压前 ， 测量记 录原地 面高程 ； 每 冲压 5 、 l 0 、 l 5 、 2 0遍后测量一次。如两 次之 间的高程测量差值小 于 5 m m，即可结束 冲 压 ， 以最后一次的冲压遍数作 为沉降量控制标准 。 该项 目经现场测试确定总冲压遍数为 1 3遍左右， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 5 月第 5 期 城 市道桥 与防洪 成果应用 2 1 9 具体路段也可根据板块破裂情况 和弯沉情 况酌情 小幅增减 。 2 2 3 冲压 的顺序 冲击碾压采用来 回错轮 的方式 ，轮迹 之间不 重叠 ， 冲击 压力呈 4 5 。 扩散 ， 表层下 面 的压实效果 相互交叉重叠 。 破碎时先 冲击 中间 2遍 ， 以破坏横 向拉杆 。另外 由于混凝 土面板在水平方 向所受 的 约束力越小 ， 冲击破碎 的效果越好 ， 因此在施 工作 业 时 ， 冲击顺 序从路面 的边板开始 ， 从路肩慢 车道 超车道顺序依次进行 ， 冲击遍数 约为 1 1 遍 。 冲压作业至安全线 时可将 冲压轮升起 ， 低速空 驶过安全范围后再行 冲压 。 2 2 4 冲 压 后 的 观 测 冲击后路面总沉降显著 ，普遍 的沉 降量都在 3 5 c m， 有效地消除了原水泥路面 的脱空现象。 混 凝土路面冲击压实后作基层使用 ，较其它水 泥稳 定土类基层的当量 回弹模量大 幅提高 ，弯沉也更 趋于均匀 ，可以有效地 防止 由于基础不牢而 出现 的沥青面层反射裂缝与车辙现象 。冲压 完成后对 沉降量的变化 、 板块 的破碎嵌挤情况 ， 以及 旧路 面 的回弹模量进行检测 ，以符合路面设计规 范的相 应要求 。 2 3 冲压 的注 意 事 项 ( 1 ) 由于冲压时产生极强 的冲击力 ， 因此施工 时必须对 其影 响范 围进行监测 。影响范 围内的涵 洞 、 构造物进行安全避让 。 ( 2) 路面因冲击压稳产生大量裂缝 ， 丧失 了抵 抗雨水渗透侵蚀 的能力 ，雨水会造成板下基层 和 土基含水 量增 大且不易散发 ， 影响冲压效果 ， 因此 路面破碎后要及 时进行 防水处理 ，最好尽快铺筑 沥青混凝 土面层 。 ( 3 ) 距 离桥台 台背 5 m 内 ， 以及管涵 顶面 ( 填 土小于 2 m) 不能直接 冲击破碎 。对于破碎后失去 嵌 挤 作 用 的 碎 裂 板 块 或 者 沉 降 较 大 的 地 方 用 1 0 1 6 m lT l 碎石填平 压实 ， 然后洒透层油黏结 。 ( 4 ) 冲击压实完成后开放交通前 ， 宜撒铺 1 - 2 e m 厚 的石屑 ， 然后采用大型胶轮压路机碾压 3 5遍 ， 使板块过度碎裂 、凹凸不平等相互密贴或进一 步 稳 固到 基 层 上 。 ( 5 ) 冲压机需保持一定速度行驶 ， 才能达到破碎 冲击效果。在施工过程中做好交通的协调工作 ， 即不 造成交通阻塞 ， 也不会影响机械冲击破碎的效果。 3高模量沥青的应用 3 1高模量沥青混凝土的简介 高 模 量 沥 青 混 凝 土( Hi g h M o d u l u s A s p h a l t C o n c r e t e ， H MA C) 是一种 高模量 、 高质量 的沥青混 凝土 ，其设计思路是通过成 品高模量改性沥青或 纤维加强等方法来提 高沥青混凝土 的模量 ，减少 车辆荷载作用下沥青混凝土产生 的应变 ，提高路 面抗高温变形能力 ， 改善沥青混凝 土抗疲劳性能 ， 延长维修周期 ， 延长路面 的使用寿命 。 3 2 高模量 沥青混凝土的施工 3 2 1沥青 与配合 比设计 ( 1 ) 高模量改性沥青采用特殊的 S B S品种生产 而成 ， 可以大幅度提高沥青的高温黏度 ， 提高沥青 混合料的模 量 ，从而改善沥青混合料 的抗车辙能 力 2 1 。该项 目采用路翔成 品高模量 改性 沥青 ， 该沥 青是满足美 国 S H R P沥青使用性 能等级 P G 8 2 1 6 要求的新型沥青材料 ，其不仅具有卓越的抗高温 流动性 能 ， 还具有 良好的抗低温开 裂 、 抗疲劳等综 合性能。其 实测 的常规试验指标如表 l 所列 。 表 1 高模 量改 性沥青 常规试 验指 标一 览表 试 验 项 目 试验数据 针入度( 2 5， 1 0 0 g ， 5 s) 0 1 m m 针人度指数 P I 软化点( T B ) 延度 ( 5。 5 c m m i n ) 弹性恢复 ( 2 5， 3 mi n ) 旋转薄膜加热试验( R T F O T ) 延度( 5 5 e ra ra i n ) c m 残 留物 ( 1 6 3。 c， 8 5 m i n ) 针入度比 ( 2 ) 混合料的配合 比总体上是按照主骨料填充 法设计的富沥青混凝土 ( F A C) 与沥青 马蹄脂 碎石 混凝 土( S MA) 两种 ， 即发挥粗骨料作为 主骨架 的嵌 挤能力 ， 又可以使细集料与沥青充分填充主骨架空 隙。 配合 比设计过程中根据击实温度 一性能曲线关 系 ， 高模量沥青混合料击实温度为 1 6 53， 结合 我 国现有的设计方法 和国情 ，采用 马歇尔配合 比 设 计方法 确定最佳 沥青用量 。S MA 一 1 3配合 比设 计值如表 2所列 。 表 2 S MA一 1 3高 模量 沥青混 合料 配合 比设计值 一览 表 通过下列筛孔 ( 方孔筛 mm) 质量百分率 ， 油石 1 6 1 3 2 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 O 0 7 5比 舛 控 8 9 m 加 哪 配 限配 限标 产 酉 际 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 0 成果应用 城 市道桥 与防洪 2 0 1 1 年 5 月第 5 期 3 2 2 施 工 工艺 ( 1 ) 罩面前工作面的准备 ： 对破碎稳 固之后局 部松动的碎块应予去除 ， 采用压缩空气清洁接缝 、 裂缝所有松散混凝土 、 污物和异物。 然后喷洒乳化 改性沥青 ， 用量为 0 4 0 6 L m 。 温度低于 1 0 c c 或 工作面有积水时不能摊铺沥青面层。 ( 2 ) 混合料的拌 和 ： 高模量沥青混合料每盘拌 和时间约 4 5 s ， 其 中干拌 1 5 s ， 湿拌 3 0 S 。沥青采 用导热油提前 1 d加 热 ， 温度控制在 1 7 0左右 ， 矿料加热温度控制在 1 8 0 1 9 0 ，混合料 出厂温 度控制在 1 7 5 1 8 5。 每盘料拌和后装卸时 ， 拌和 站用红外线测温仪量测温度 ，不符合要求的不 能 出厂。 运输时必须采用加棉帆布覆盖 ， 以防止温度 降低过快 。运输车辆 内的混合料温度若到场后低 于 1 5 0时应废弃 。 ( 3 ) 混合料 的摊铺 ： 摊铺 温度不低于 1 6 0 ， 摊铺前烫平板需预加热至 1 0 0 以上。该项 目采 用两台同一型号的进 口大型履带式摊铺机福格勒 s u p e r - 1 8 0 0同步梯形摊铺 ，两机摊铺间隔控制在 2 5 11 1以内。在摊铺机两侧安装红外线 自动找平仪 控制高程 ， 以消除局部不平整对控制厚度 的影响 ， 这样既保证 了厚度 ， 又提高 了摊铺层 的平整度 ( 表 层均方差 o r 0 8 ) 。 ( 4 )混合料 的碾压 ： F A C 一 2 0采用 1 6 t 双钢轮 振 动压 路机 与 2 5 t 胶 轮压 路 机组 合进 行 碾压 ； S MA 一 1 3与沥青砂采用 1 6 t 双钢轮振动压路 机进 行碾压 。 初压温度不低于 1 5 0 c c， 采用钢轮压路机 紧跟摊铺机静压 1 - 2遍 。 F A C 一 2 0复压采用振动压 路机振压 2 3遍 ， 碾压速度为 1 5 3 m m i n ， 然后用 胶轮压路机碾压 3 4遍 ，碾压速度为 3 4 m ra i n ； S MA一 1 3与沥青 砂复压 采用振 动压路机振 压 4 6 遍 ， 碾压速度为 1 5 - 3 m s 。终压在 1 1 0前完成 ， 采用钢轮压路机静压 2遍 ，碾压速度 为 3 5 m s ， 碾压完成后要完全 消除路面的轮迹 。 ( 5 ) 路面温度低 于 5 0后方可开放交通 。 3 3 沥青混凝土模量测试 高模量改性沥青能提 高沥青混合料的间接拉 伸模量 ， 从 而改善路 面的抗 车辙能力f 2 1 。该项 目在 沥青罩面施工完成后进行了钻芯取样 ，除了对芯 样进 行 了压实度 等试验外 还抽样 进行 了模 量测 试 。该测试采用 c o o p e r 试验机测定 2 5和 4 0 下芯样的间接拉伸劲度模量试验。在两种温度下 测试的模量均值如表 3所列 。 试验结果表 明， 高模 量沥青混凝土的模量值比普通改性沥青混合料的 模量值提高 1 5倍左右 ，因此也大大提升 了路面 的抗车辙能力。 表 3模量均值 和对 比表 4 结 语 该路段改造后 已开放交通逾 2 a时间， 据现场 调查显示， 此路段 内沥青路 面状况 良好， 未发 现坑 洞 、 唧浆病害 ， 而且也没有 出现明显 的反射裂缝和 车辙现象 。在这个路段仅发现一条长约 3 m、 宽约 3 m i ll的横 向裂缝 和在与桥梁搭板衔接处 出现一 个面积约 0 5 i n 的脱落现象 。 冲击压稳结合高模量沥青技术的应用 ，一方 面 ， 快速 的施工方法 、 彻底 的病 害处理和环保的施 工 工艺大 大减少 了对通 行车辆 和沿线 居 民的影 响 ； 另一方面 ， 稳定 的板块 基层 、 高模量 的沥青混 凝土结构 和平顺 的沥青路 面大大提高 了路面结构 的强度 和舒适性 ，很好地完成了重载水泥混凝土 道路的改造和升级工作。 目前该技术还处于一个 初始应用阶段 ，它为今后高速公路或市政道路的 养护和升级改造都提供 了一个全新的思路 。 参 考文献 ( 1 苏纪 开 旧水 泥混凝 土路 面修 复1 = 程 中冲击压 实技术 初探 中国公路 ， 2 0 0 1 ： 1 1 7 1 2 0 2 古 月 玲玲 ， 卢辉 ， 张肖宁 高模量沥青混合料模量对比评价 J 】 公 路 ， 2 0 0 9 ， ( 7 ) ： 3 0 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m