海南地區(qū)高速公路瀝青路面改建關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究
2013-12-29 00:00:00曾輝李豪盧勇
科技資訊 2013年10期
摘 要：本文以海南西線高速公路路面改建工程為依托，介紹了海南地區(qū)高速公路路面改建關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用情況。面層以下基層以及土基的檢測與判別、基層病害處治以及原瀝青路面再生回收利用是瀝青路面改建的關(guān)鍵技術(shù)。綜合考慮海南地區(qū)氣候特點(diǎn)和施工條件，提出了三種關(guān)鍵技術(shù)地域性實(shí)施具體措施，同時(shí)對(duì)實(shí)踐情況和改建的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以供今后類似工程作為參考。
關(guān)鍵詞：改建工程 關(guān)鍵技術(shù) 基層病害處治 路面再生回收
中圖分類號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0086-04
隨著全國高速公路路網(wǎng)的持續(xù)完善，原有高速公路尤其是瀝青路面隨著使用時(shí)間的延續(xù)，使用性能和承載能力不斷降低，超過設(shè)計(jì)使用年限后便不能滿足正常行車交通的要求，需要補(bǔ)強(qiáng)或改建，可以預(yù)計(jì)今后高速公路的改建任務(wù)越來越成為重中之重。
在瀝青路面改建前，由于路面基層病害不確定性且按照現(xiàn)有的規(guī)范指標(biāo)很難去判斷是否需要處治基層，因此基層病害診斷分析以及基層的處治技術(shù)成為瀝青路面改建的關(guān)鍵所在。另外，交通部發(fā)布的《交通運(yùn)輸“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，已經(jīng)明確提出要加快建立以低碳為特征的交通運(yùn)輸體系，強(qiáng)化節(jié)能減排，集約節(jié)約利用資源，促進(jìn)資源循環(huán)利用，加強(qiáng)生態(tài)和環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸綠色發(fā)展[1]。因此這些要求道路工作者在進(jìn)行改建時(shí)將綠色低碳環(huán)保的要求作為必須考慮的因素，路面再生技術(shù)也成為路面改建的關(guān)鍵技術(shù)之一。
本文以海南某高速公路路面改造工程為依托，詳細(xì)闡述了基層病害診斷分析及判別依據(jù)、基層處治技術(shù)方案以及瀝青面層回收利用方案三種關(guān)鍵技術(shù)。綜合考慮海南地區(qū)氣候特點(diǎn)，提出了三種關(guān)鍵技術(shù)地域性實(shí)施具體措施，同時(shí)對(duì)實(shí)踐情況和改建的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以供今后類似工程作為參考。
1 基層病害診斷分析
1.1 原路面情況
項(xiàng)目全長99.715 km，修建于1996年，1998年通車。修建時(shí)路面面層為兩層，路面結(jié)構(gòu)層總厚度為60 cm，總體上原路面結(jié)構(gòu)形式為4 cm中粒式瀝青混凝土+6 cm粗粒式瀝青混凝土+30 cm水泥穩(wěn)定碎石+20 cm 級(jí)配碎石+土基。
從病害類型來看，改建前路面主要是網(wǎng)裂、塊裂伴隨唧漿，整體路面破損狀況較為嚴(yán)重，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)，項(xiàng)目路段整體路況處于較差的使用狀態(tài)，超過50%的路段PCI評(píng)價(jià)為次、差。從彎沉評(píng)價(jià)來看，全路段單幅67 km路段評(píng)價(jià)為中及以下，最大單點(diǎn)彎沉99.9（0.01 mm），公里段最大代表彎沉達(dá)到87.4（0.01 mm）。
1.2 基層病害診斷分析
通過對(duì)原路面調(diào)查，針對(duì)其主要病害類型，調(diào)查方案以破損、彎沉、取芯檢測和室內(nèi)試驗(yàn)為主。為了判斷面層以下基層以及土基的情況，引入FWD彎沉盆數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)輔助通過路面取芯等手段進(jìn)行驗(yàn)證。
FWD彎沉盆數(shù)據(jù)中包含了路面各結(jié)構(gòu)層狀況的豐富信息，可以通過彎沉盆的幾何特性來表征路基、路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和承載能力。同時(shí)利用模量反算軟件可以反算出各結(jié)構(gòu)層的模量，對(duì)結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度進(jìn)行直觀的評(píng)價(jià)。國內(nèi)外的相關(guān)研究指出，不同位置傳感器之間彎沉值差與瀝青路面各結(jié)構(gòu)層模量之間有很好的相關(guān)性，因此可以通過獨(dú)立的彎沉盆參數(shù)來表征各結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度情況。本次采用的FWD落錘式彎沉儀7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化傳感器分別被設(shè)置在距離承載盤中心預(yù)設(shè)的半徑處（半徑距離為0.0 m，0.2 m，0.3 m，0.45 m，0.6 m，0.9 m和1.2 m）。圖1說明了不同路面層對(duì)彎沉參數(shù)的影響。
（1）中心彎沉（d0）指示路面整體反應(yīng)情況。
（2）彎沉參數(shù)（d0-d200）指示瀝青層的反應(yīng)情況。
（d200=在0.2 m半徑處的彎沉）
（3）彎沉參數(shù)（d200-d600）指示基層的反應(yīng)情況。
（d600=在0.6 m半徑處的彎沉）
（4）彎沉參數(shù)（d600-d1200）指示底基層的反應(yīng)情況。
（d1200=在1.2 m半徑處的彎沉）
（5）最外部彎沉（d1200）指示土基層的反應(yīng)情況（見圖1）。
通過路面破損指數(shù)、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、FWD模量反算以及取芯情況可以得到以下幾點(diǎn)。
（1）從彎沉與破損之間的相關(guān)性來看，PCI與PSSI具有較好的相關(guān)性，即病害的產(chǎn)生與原路面整體強(qiáng)度較低有很大的關(guān)系。（見圖2）
（2）FWD彎沉參數(shù)D20-D60指標(biāo)與基層的松散之間存在較為明顯的門檻值，當(dāng)D20-D60大于16時(shí)，基層發(fā)生松散的概率大大增加（如圖3）。因此可以通過D20-D60指標(biāo)進(jìn)行基層松散的判定標(biāo)準(zhǔn)。
（3）當(dāng)代表彎沉大于50時(shí)，土基的含水量在25%～45%之間（如圖4），基本接近軟土的標(biāo)準(zhǔn)，因此可以認(rèn)為代表彎沉大于50時(shí)，其土基狀況基本處于較差的狀態(tài)，需要對(duì)土基進(jìn)行處治后方能使用。
1.3 基層處治判別
通過評(píng)價(jià)分析，最終選取PSSI、PCI以及D20-D60三個(gè)指標(biāo)組成本項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并通過鉆取芯樣、土基含水量等現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，確定各指標(biāo)的閥值。最終確定的路段劃分采取以下指標(biāo)，如下表1所示。
通過以上指標(biāo)確定的處治路段，在施工實(shí)施期間，基本符合預(yù)判結(jié)果，應(yīng)用效果良好。說明通過PSSI、PCI及D20-D60三個(gè)指標(biāo)確定大修路段方案是合適的。
2 基層處治技術(shù)
海南地區(qū)瀝青路面改建基層處治時(shí)主要考慮的因素有如下幾點(diǎn)：（1）由于原路面營運(yùn)時(shí)間較長，基層強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)基本趨于穩(wěn)定，因此在徹底處理原路面病害的同時(shí)，盡可能少對(duì)基層進(jìn)行深開挖。（2）海南多雨的氣候特點(diǎn)不適合基層深開挖后處于浸泡狀態(tài)。（3）海南總體高速公路路網(wǎng)并不發(fā)達(dá)，改建期間整體交通壓力會(huì)很大，因此要求基層處治時(shí)間不能過長，且處治的方案有利于施工組織計(jì)劃安排。（4）必須綜合考慮各種路面再生技術(shù)的組合以達(dá)到舊路材料的100%循環(huán)利用的目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保效益。
根據(jù)上述因素，結(jié)合基層處治判別依據(jù)，對(duì)基層處治采取以下三種方案。
（1）對(duì)80 （2）對(duì)53 水泥就地冷再生一方面解決基層破損問題，改善路面整體強(qiáng)度，另一方面充分利用原水穩(wěn)基層材料，避免老路開挖浪費(fèi)，節(jié)省施工時(shí)間。 本項(xiàng)目中使用了現(xiàn)階段兩種應(yīng)用成熟的就地冷再生機(jī)Wirgten WR2500S和WR4200，其中WR2500S最大工作寬度為3.0 m，對(duì)半幅路段需要進(jìn)行3次，再生最大深度為50 cm；WR4200最大工作寬度達(dá)4.2 m，半幅路段再生需要2次，再生最大深度為20 cm。每天再生路段長度基本在500 m半幅，再生時(shí)僅封閉再生車道，另外車道施工車輛甚至社會(huì)車輛可順利通行，因此對(duì)整體的交通組織影響并不大，適合大修改造工程。 水泥就地冷再生對(duì)改善原基層頂面外觀作用明顯，可消除了原基層頂面裂縫；且對(duì)原路面基層頂面強(qiáng)度改善作用明顯，本項(xiàng)目中代表彎沉由改造前的150（0.01 mm）左右降低至50（0.01 mm）左右，平均彎沉由改造前的90（0.01 mm）左右降低至30（0.01 mm）左右。（如圖5）。但值得注意的是，再生后強(qiáng)度均勻性一般，其強(qiáng)度縱向變異系數(shù)在30%左右，主要受原路面基層變異性和再生離析有關(guān)。 （3）對(duì)PSSI<53的路段，銑刨瀝青面層后基層整體松散，繼續(xù)對(duì)基層進(jìn)行開挖后，路床整體松軟和彈簧，因此處治方案為對(duì)路床進(jìn)行開挖30 cm，若開挖30 cm路床后仍含水量大，最多繼續(xù)開挖30 cm，采用30 cm片石和30 cm碎石或銑刨料回填，上層依次采用20 cm級(jí)配碎石+38 cm水泥穩(wěn)定碎石回填。此方案除了能夠很好解決基層整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，還采用級(jí)配碎石層作為整體排水層，防止基層受地下水侵蝕。由于此方案需要開挖的深度超過1 m，因此要盡可能避免在雨天施工，且要求施工過程中做好臨時(shí)排水措施。 3 瀝青面層回收利用技術(shù) 對(duì)于老路瀝青面層銑刨料，采用廠拌冷再生的方式，作為新路的下面層，無論是使用比例還是使用層位上都可以最大程度的利用舊路材料。同時(shí)考慮到項(xiàng)目路所在地屬于多雨地區(qū)，為避免養(yǎng)生期過長影響工期，采用泡沫瀝青廠拌冷再生的方式處理瀝青面層廢料無疑是最合適的方案之一[3]。 通過室內(nèi)配合比試驗(yàn)表明，本項(xiàng)目使用的SK70#瀝青的適宜發(fā)泡溫度為165 ℃，發(fā)泡用水量為3.5%，膨脹率和半衰期滿足規(guī)范要求。礦料配比為RAP∶新集料∶水泥=80%∶18.5%∶1.5%，泡沫瀝青的用量為2.5%、含水量為5.3%（泡沫瀝青和水均為外摻）。所設(shè)計(jì)的冷再生混合料15 ℃浸水劈裂強(qiáng)度為0.66 MPa，強(qiáng)度滿足JTG F41-2008規(guī)定的15℃劈裂強(qiáng)度不小于0.5 MPa強(qiáng)度指標(biāo)[4]。 圖6顯示的是泡沫瀝青冷再生混合料的設(shè)計(jì)級(jí)配，可以看出以下幾點(diǎn)。 （1）泡沫瀝青冷再生混合料的顆粒大多集中在5～10 mm之間，細(xì)料和粗料都比較缺乏，由于新集料的添加比例有限，一般情況下不會(huì)對(duì)原級(jí)配造成很大影響。 （2）多個(gè)工程出現(xiàn)0.075 mm以下顆粒含量不足的現(xiàn)象[5][6]，但是并未影響到泡沫瀝青冷再生混合料的性能，因此對(duì)于規(guī)范中0.075 mm顆粒含量的限制，施工過程中可適當(dāng)放寬。 圖7是泡沫瀝青廠拌冷再生現(xiàn)場施工的情況，該技術(shù)施工質(zhì)量控制關(guān)鍵在于壓實(shí)[7][8]，經(jīng)過充分壓實(shí)的泡沫瀝青混合料取芯已經(jīng)非常接近熱拌瀝青混合料，如圖8。 泡沫瀝青廠拌冷再生養(yǎng)生期短一直是它的優(yōu)勢之一。本項(xiàng)目正常施工情況下，2～3天能夠取出較為完整的芯樣，并不會(huì)影響某個(gè)斷面的施工進(jìn)度，因此非常適合改建工程?？紤]到海南地區(qū)雨水比較多，且即時(shí)雷雨比較多，因此本項(xiàng)目也采用薄膜覆蓋、封層以及自然養(yǎng)生的方式進(jìn)行養(yǎng)生比較，在養(yǎng)生3天后對(duì)不同方案進(jìn)行取芯，基本都能取出完整的芯樣，同時(shí)不同方案之間的芯樣完整程度并沒有顯著差異。從現(xiàn)場情況來看，在高溫下碾壓完成后的泡沫瀝青冷再生表面在幾小時(shí)內(nèi)就已經(jīng)變干發(fā)白，說明泡沫瀝青在很短的時(shí)間內(nèi)就開始成型。因此在高溫多雨地區(qū)并不存在泡沫瀝青冷再生養(yǎng)生困難的問題，只要保證施工過程中避開雨水，在施工完成后數(shù)小時(shí)后即可以通過撒布封層的方式進(jìn)行進(jìn)一步的封水，同時(shí)也不會(huì)延長強(qiáng)度形成的時(shí)間。 4 結(jié)語 （1）瀝青路面改建關(guān)鍵技術(shù)有如何判斷面層以下的基層以及土基的情況、基層病害處治以及原瀝青路面再生回收利用三方面。 （2）通過對(duì)原路面破損調(diào)查、FWD彎沉盆檢測及路面取芯等綜合指標(biāo)確定基層處治原則，當(dāng)D20-D60大于16時(shí)，基層發(fā)生松散的概率大大增加，則需要對(duì)基層進(jìn)行處治；當(dāng)代表彎沉大于50時(shí)，土基的含水量在25%～45%之間，需要對(duì)土基進(jìn)行處治。 （3）針對(duì)海南區(qū)域氣候特點(diǎn)、路網(wǎng)分布以及改建路面的施工條件，對(duì)基層的處治盡量做到少深開挖，可以采取灑布水泥凈漿、水泥就地冷再生來解決基層破損狀況。 （4）對(duì)于原瀝青面層銑刨料，采用泡沫瀝青廠拌冷再生的方式作為新路的下面層，無論是使用比例還是使用層位上都可以最大程度的利用舊路材料。海南地區(qū)高溫多雨，泡沫瀝青養(yǎng)生不存在問題，只要保證施工過程中避開雨水，在施工完成后數(shù)小時(shí)后即可以通過撒布封層的方式進(jìn)行進(jìn)一步的封水，不會(huì)延長強(qiáng)度形成的時(shí)間，一般2～3天就可以進(jìn)行下一道工序，非常適合改建路面工程。 參考文獻(xiàn) [1]交通部.交通運(yùn)輸“十二五”發(fā)展規(guī)劃[S].2011. [2]舒森.水泥穩(wěn)定就地冷再生基層應(yīng)用技術(shù)研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文. [3]JTJ F41-2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范[S].2008. [4]拾方治，孫大權(quán)，羅芳艷，等.泡沫瀝青混合料物理力學(xué)特性的試驗(yàn)研究[J].公路，2004，49（5）：132—146. [5]徐金枝，崔文社，郝培文，等.泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（9）：52-55. [6]拾方治，馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2006. [7]同濟(jì)大學(xué)，杭州市公路局.泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究[R].2007. [8]栗關(guān)裔.泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究[D].同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文.
