浅析大粒径透水沥青混合料柔性基层施工工艺

来源 :商品与质量·建筑与发展 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yeluanwu
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  1 前言
  目前,我国公路建设大部分是采用半刚性基层作为基础材料,半刚性基层作为高等级公路的承重层,为解决半刚性基层的干缩裂缝和温缩裂缝造成的反射裂缝问题,2003年沥青大碎石柔性基层横空出世,对裂缝的反射过程进行有效的缓冲,成功解决了沥青路面反射裂缝的问题。
  2 工法特点
  大粒径透水沥青混合料柔性基层(LSPM)从发达国家引进的新技术,代表了国内外高等级公路路面结构设计的新趋势,它解决了国内沥青路面反射裂缝造成的“积浆”、“坑槽”等质量通病,可以保证主要结构层不产生任何疲劳裂缝和疲劳损坏,路面不发生结构性变形,较大的孔隙率很好的保证了结构层内部的积水排除问题,大粒径透水沥青混合料柔性基层工法的关键控制点是确保压实度,将孔隙率控制在15-18%,保证排水顺畅,防止水毁。
  3 适用范围
  3.1高等级公路建设
  3.2交通量大的主要干线公路建设
  4 工艺原理
  大粒径透水混合料柔性基层在材料设计时采用骨架空隙结构,尤其是粗骨料嵌挤形成骨架,可以很好的承重较大的车辆荷载,起到承重层的作用;沥青胶结料采用MAC-70改性沥青或者是SBS改性沥青,良好的沥青膜可以有效的缓冲车辆荷载造成的冲击破坏,为上下结构层起到了很好的保护作用;少量的细集料可以使结构层更加的稳定,同时较大的空隙保证了结构层内部的排水问题,杜绝了水损害的隐患。
  5 控制要点及工艺流程
  5.1大粒径沥青混合料配合比设计
  LSPM作为基层要承受车辆荷载,另外还兼有排水功能,因此设计的混合料要形成骨架结构、空隙率要在15%左右,高速公路应考虑预拌碎石下封层的热沥青部分,孔隙率宜控制在16%左右,且不宜低于14%,因此作为填料的生石灰粉用量不宜大于1%。
  由于大粒径沥青混合料的级配是根据粗集料的骨架和体积状态以及细集料的填充状态,通过实际计算而得到,级配范围随着原材料的体积性质而有所变化,但是为了便于对施工质量的控制,通过对国内外许多资料的查询在级配控制时采用对重点筛孔进行重点控制,主要为0.075、4.75、9.5、13.2、26.5、31.5各级必须满足范围要求,根据重点筛孔偏差范围可以制定相应施工控制范围要求,其余筛孔允许有一点超出施工级配要求范围,偏差范围以标准级配曲线为准,标准级配曲线是指成功试验段混合料多次抽提筛分结果合成曲线,沥青含量允许偏差为±0.2%。
  混合料的级配曲线以抽提筛分结果为准,由于拌合站热料仓取样偏差比较大,不以热料仓筛分比例计算为控制要求。混合料在取样时应尽量避免离析,应当多取一些然后进行四分。
  大粒径沥青混合料的设计采用体积指标、沥青膜厚度以及混合料性能指标来控制,混合料室内采用旋转压实仪法。重交通量要求选取初始压实次数为8次,设计压实次数选择为20、50、75与100次。
  混合料试件由于含有较大的空隙,密度测试可以采用计算法;采用体积计算法计算试件的毛体积密度。混合料试件室内检测指标空隙率,当采用计算法计算试件密度时,空隙率平均值宜控制在15-18%,为防止沥青含量过高而发生析漏,混合料要求进行析漏试验,要求析漏量小于0.2%。
  5.2施工工艺流程(图5.2.1)
  5.3施工工艺及操作要点
  5.3.1混合料的拌合
  采用日工240间歇式拌合机拌合,配备计算机进行逐盘打印且具有两级除尘装置,不使用回收粉。混合料采用MAC-70#改性沥青时,沥青采用导热油加热,加热温度在170℃-180℃之间,集料加热温度应比沥青温度高15℃-20℃,拌合站混合料的出场温度宜控制在175℃-185℃,废弃温度195℃,LSPM最大粒径比较大、粗集料多而且沥青用量小,为此必须适当延长拌和时间5-10s,以保证混合料能够充分拌合均匀。
  5.3.2混合料的运输
  采用载重25T运输车装料20T运输,以防超载运输,同时严防运输车辆在路基及路面上急刹车或急转弯,为了更好的防止混合料的离析,拌合站在往运输车中放料时应当先两头后中间,整个放料过程运输车应经常移动,严格禁止一次放够高度,混合料在运输过程中应当覆盖以保持温度。为了防止混合料中的细料粘结在料车底部或周壁并积聚,最后倒入摊铺机而在路面形成油斑,料车在每天装料前应适当涂抹隔离剂,同时在摊铺过程中也应当注意细料的积聚并清除。运输过程中应尽量避免急刹车,以减少混合料的离析。
  5.3.3混合料的摊铺
  待摊铺机前不少于5辆运料车时开始摊铺,采用两台摊铺机交错10米梯队前进.两幅搭接5cm,混合料的摊铺应保持合理的速度,根据拌合站的拌和能力进行合理调整一般1.5-2m/min,摊铺机在摊铺过程中尽量保证不停机等料,在不得已时应当采取一定措施保证混合料的压实。沥青大碎石柔性基層用钢丝绳挂线方式控制施工,随摊铺随设专人检查虚铺厚度,摊铺温度,并始终保持混合料在布料器中的高度不少于2/3高度,以防离析,每层摊铺前都要检查下承层是否干燥、清洁,否则严禁向前摊铺,以保证层间良好结合。
  5.3.4混合料的碾压
  由于大粒径沥青混合料是一种完整的粗骨料骨架结构,施工碾压时既要保证形成骨架结构达到压实度又要防止过碾而导致骨架棱角的破坏,混合料压实须采用较大吨位的振动压路机。基本配备如下:
  11-13吨双轮振动压路机:3台
  20-30t胶轮压路机:2台
  7-11吨钢轮压路机:1台
  根据试验,初压时温度应在165℃-175℃之间。碾压时压路机应遵循“紧跟、慢压、高频、中幅”的八字方针,紧跟摊铺机,并在压实过程中不得急转弯,振动压路机应尽可能减少洒水量,保持合理的压实速度。为保证压实过程中不出现沾轮现象,振动压路机水箱中应加入少量的洗衣粉类表面活性剂。   具体压实工艺如下:
  两台双轮振动压路机,初压第一遍前进静压,后退振动;第二遍前进后退均为振压。压实速度宜为1.5-2km/h,为防止过分振动振碎粗骨料,又要保证压实度,压路机宜采用高频中幅进行压实,相邻碾压带轮迹重合为20cm左右。洒水装置进行间断洒水,只要保证不粘轮即可。振动过后,胶轮压路机再碾压1-2遍,随后即可以进行赶光。赶光可采用7-11吨钢轮压路机,速度可控制在3-4km/h。
  由于混合料在冷却到一定温度以下用震动方式容易造成集料过度压碎,因此,在温度降低后不应再用震动碾压。另外,由于大碎石混合料空隙率较大,表面粗糙,在重车通行下表面容易发生松散,因此在施工完成以后应尽量避免非施工必须通过的车辆驶入,或在尽可能短的时间内铺筑沥青面层。
  6 材料和设备
  6.1集料
  大粒径沥青混合料柔性基层(LSPM)混合料其粗集料应采用坚硬岩石,颗粒性状良好,细长及扁平颗粒含量不应超过12%,集料压碎值应不大于20%,粗集料与沥青的粘结力为5级,小于5级时应采取抗剥落措施;
  细集料包括机制砂、石屑。LSPM不允许使用天然砂,细集料棱角性必须大于42%,砂当量值不小于65%。
  未列出指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对热拌沥青混合料集料的要求。
  6.2填料
  由于大粒径沥青混合料为透水混合料,为了提高沥青混合料的抗水损害能力,填充料应采用干燥的生石灰粉,至少应满足III级要求,不用矿粉。
  6.3沥青
  7 质量控制
  7.1严格控制施工过程,防止离析
  在装料、运输和摊铺过程中,仔细观察沥青大碎石中集料的混合状态。宜降低摊铺宽度,采用两台摊铺机半幅摊铺。若出现离析或细集料集中区域,应暂停施工;查明原因并采取可以消除离析现象的措施后,方可继续施工。
  7.2严格控制碎石原材料的质量
  严格控制碎石原材料强度、压碎值、集料中<0.5mm细料的塑性指数以及集料中针片状颗粒含量等指标在规定范围内,这是沥青大碎石柔性基层获得较高强度和刚度的基本保证,同时集料应该进行水洗保证洁净。
  7.3严格控制沥青稳定碎石的级配组成
  严格的级配是沥青稳定碎石获得高密实度、高强度的关键因素。因而在沥青大碎石柔性基层的施工中必须保持其级配于规定要求中。要严格控制料场碎石质量完全符合要求。配料前,對40mm-20mm,20mm-10mm,30mm-10mm,10mm-5mm以及石屑进行严格筛分分析,各级料应隔离,分别堆放;细集料应有覆盖,防止雨淋。再根据最终采用沥青稳定碎石之级配严格确定各级碎石所占比例,并换算为体积比以便用装载机配料,配料拌和后应定期抽检所出混合料级配,以便实时控制和调整各规格配料比例。
  7.4拌和
  拌和均匀是沥青大碎石柔性基层形成强度和具有良好功能的关键,拌和设备与生产常规沥青混合料的相同,均采用间歇式拌和楼。在拌和大粒径沥青碎石时,应改变拌和楼热料仓的筛网设置,但是冷料仓无需增减。同时,由于材料较粗,沥青用量相对较低,所需要的拌和时间宜较一般混合料长,沥青混合料的拌和时间应以混合料拌和均匀,所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为准。一般采用间歇式拌和机每锅料拌和时间为30-50S,要求拌和料均匀一致,无花白料,无结团成块或离析现象。
  7.5运输
  对于大粒径沥青混合料的运输,应尽量保证车辆处于良好状态,缩短运输时间,提高运输车辆的速度。为保证施工的连续性,运输汽车的运输能力应比拌和能力及摊铺能力有所富余,开始摊铺时排在施工现场等候卸料的运输车不少于4辆,施工过程中一般安排3~5辆运输车等候卸料(运输车数量=2×4+2×X,X指途中的运输车数量)。
  7.6摊铺
  沥青大碎石柔性基层在摊铺时比较容易发生离析的这个现象,建议在施工时采用两台摊铺机进行半幅摊铺,两台摊铺机一前一后,相隔10~20m成梯队向前摊铺。其摊铺温度应控制在165~175℃之间,以保证混合料能够充分的得到摊铺均匀。在铺筑沥青大碎石柔性基层时,松铺系数一般应在1.2~1.3,摊铺厚度采用钢丝引导的高程控制方式。
  7.7碾压
  沥青大碎石柔性基层的碾压是所有施工工艺中最主要的环节,合理的碾压工艺和合理的碾压遍数是保证柔性基层达到设计要求的根本条件,是铺筑性能优异的沥青路面时非常重要的保障。在碾压时,初压温度应控制在150~160℃,而在复压时,温度应在130~140℃,终压温度应大于120℃.压实度应以最大理论密度作为标准,按91~93℃控制。
  7.7.1、初压第一次应该采用钢轮进行稳压一遍,振动方式采用前静后振。
  7.7.2、复压采用一次震动压实,再采用≥25T的胶轮压实4~5遍,这样既可以很好地压实又不至于压碎沥青稳定碎石。
  7.7.3、终压采用≥13T双钢轮压路机静压一遍,主要目的是消除轮迹。
  7.7.4、接缝处理,按常规进行纵、横向处理。
  7.8性能检测
  对于LSPM现场压实度应采用空隙率与压实度双指标进行控制,从路面取芯样以二次封蜡法或计算法进行测试,混合料理论最大密度应采用计算法为准,但也要进行实测以比较两者之间的差别。由于现场压实与室内压实存在差别以及现场沥青封层和石屑的上浮造成混合料底部比较密实也影响了空隙率,但为了结构层排水通畅,杜绝局部存水现象,综合考虑各种因素现场路面钻芯取样检测空隙率宜控制在平均值为15-18%,极值为20%,当采用计算法确定最大理论密度时,宜采用各热料仓集料的有效密度来计算,有效密度可采用下式计算(详细计算步骤与方法见《公路沥青路面施工技术规范》   考虑空隙率测定方法的不同在正式实施时还可以进行调整;压实度的控制与普通沥青混合料相同,不应小于98%。
  另外对于混合料质量控制,以每天分别从拌合站和摊铺现场取样进行抽提和筛分试验,每天至少两次,每次取样不少于10kg。由于LSPM的级配是根据粗集料的骨架和体积状态以及细集料的填充状态,通过实际计算而得到,级配范围随着原材料的体积性质而有所变化,但是为了便于对施工质量的控制,通过对国内外许多资料的查询在级配控制时采用对重点筛孔进行重点控制,主要为0.075、4.75、9.5、13.2、26.5、31.5各级必须满足范围要求,根据重点筛孔偏差范围可以制定相应施工控制范围要求,其余筛孔允许有一点超出施工级配要求范围,沥青含量允许偏差为±0.2%。
  由于沥青大碎石混合料的最大粒径为37.5mm,为了保证混合料能够形成骨架结构并且在压实过程中降低石料的压碎情况,混合料的铺筑厚度不能太薄,根据混合料的压实和铺筑原则确定混合料的最小压实厚度为8cm。
  8 安全措施
  8.1安全目标
  8.1.1不发生人身死亡责任事故
  8.1.2不发生重大交通安全责任事故
  8.1.3不发生火灾
  8.1.4不发生对施工区附近施工单位的安全生产造成重大影响的事件
  8.1.5不发生因人为失误造成的重大设施、设备等财产损失
  8.2建立健全安全管理机构
  8.2.1设专职安全工程师,专职安全员和数名兼职安全员
  8.2.2建立建全安全管理制度:安全检查制度、安全责任制度、安全教育制度、安全技术交底制度,安全审查制度、安全事故报告制度和作业安全细则。
  8.3主要安全保证措施
  8.1.1安全责任:认真贯彻“安全第一”的方针,建立健全安全保证体系,建立各级安全生产责任制,明确规定各部门、技术人员和生产工人在施工生产中的安全责任。各项措施严格按照交通部颁发的《公路工程施工安全技术规程》(JTJ076-95)和《公路工程质量检验评定标准》(JTJF80/1-2004)和其他相关安全生产条例中有关安全施工的规定及国家、省有关安全生产的法律法规来指导施工生产,并对全体参建人员层层进行技术交底。
  8.1.2安全管理与培训:进行安全教育与培训,增强人的安全生产意识,提高安全生产知识水平。主要包括进行安全思想教育,学习国家劳动保护法规、安全施工管理条例等;进行安全技术、工业卫生的科学知识教育,进行典型经验和事故教训的教育;进行法制教育等。
  8.1.3安全技术措施
  8.1.3.1、加强安全警识:在施工现场周围配备、架立并维护一切必要而合适的警告、危险、禁止等标志牌。
  8.1.3.2、加强机械使用管理:定期检查和维修保养机具设备,保证使用安全,教育司机文明驾驶。
  8.1.3.3、加强消防治安管理:对工地上设置的消防器材要定期维护和检查。
  8.1.3.4、加强用电管理:注意用电安全,现场生产及生活区均统一布设电力线路,不准私拉乱接电线,专由电工管理。
  9 环境保护措施
  9.1成立环境保护领导机构,下设环境保护领导小组。全面负责项目施工期间的环境保护工作。
  9.2建立学习制度。组织全员认真学习《环境保护法》等政策法规和环境保护方面的有关规定,提高环保意识,做到全员自觉主动地保护环境。
  9.3环保措施:
  9.3.1组织职工学习环保知识,加强环保意识,使大家认识到环境保护的重要性和必要性。
  9.3.2定期进行环境检查,及时处理违章事宜,主动联系环保机构,请示汇报环保工作,做到文明施工。
  9.3.3场地废料的处理,应按设计要求按工程师指定地点处理,防止水土流失。保持排水通道畅通,工地干净卫生。施工中还尽量减少对周围绿化环境的影响和破坏。
  9.3.4施工作业中对沿线村道及引线必须进行保洁,运输车辆必须按规定的行驶路线运输作业,路过居民区时应慢速行驶,尽可能的避免震动和噪声,材料运输过程中应有避免发生抛、洒、滴、漏的防护措施,必要时采用覆盖措施。干燥季节湿度较小时,应对沿线道路进行洒水,防止尘土飞扬造成对周围环境的污染。
  9.3.5施工废水、生活污水源、耕地、农田、灌溉渠道,要采用渗井或其它措施处理。工地垃圾及时运往指定地点深埋,清洗集料机具或含有沉淀油污的操作水,采用过滤的方法或沉淀池处理,使生态环境受损减到最低程度。
  9.3.6施工区内及周围的植被不得随意破坏。若因工程的施工需要,植被受影响,采取永久有效措施及時对植被进行恢复。
  9.3.7临时设施的布置必须符合当地环保部门的要求,生产及生活区搭设在少占耕地的同时,注意对水资源的保护,污水的排放要经过处理,生产及生产垃圾进行集中处理。
  9.3.8施工完成后,根据环保及设计要求,要对所有生活区、生产区临时设施所占用地进行复耕,拆除建筑物、铲除硬化地面及建筑垃圾,场地进行平整。保持原来的自然景观。
  10 经济效益预测
  沥青大碎石柔性基层的费用包括寿命周期费用和其它费用,寿命周期费用指寿命期内全部的施工和养护以及和养护活动相关的费用。按照现有沥青路面进入大修的时间规律推算,若能够使沥青路面使用15年不进行大修,即可减少2~3次中修以及1~2次大修,按减少2次中修、1次大修计算。
  10.1两次中修,按照罩上一层普通沥青混凝土(4cm)计算:每公里约180万元;
  2(次数)×22.5米(宽度)×4cm(厚度)×1000米(长度)×10元/(m2×cm)(单价)=180万元
  10.2一次大修,按照罩面10cm普通沥青混凝土计算:每公里约225万元;
  1(次数)×22.5米(宽度)×10cm(厚度)×1000米(长度)×10元/(m2×cm)(单价)=225万元;
  由上述推算可知,仅因减少中修以及大修产生的经济效益即可达到405万元/公里,此外,还可减少了大量的早期裂缝处理、龟裂、网裂与坑槽修补产生的费用,此项费用大致每公里在2-3万元左右。
  10.3沥青大碎石柔性基层还可产生如下效益:
  10.3.1减少由于道路养护所引起的行车延误时间;
  10.3.2降低道路使用者费用;
  10.3.3维持较高服务水平。
  11 实验成果与应用
  实例一:2006年施工的威海至乌海高速公路工程
  实例二:2006年施工的东港高速公路大修改建工程
  实例三:2010年施工的滨州至德州高速公路工程
  通过三个项目的施工检测结果,证明该工艺施工的路面质量优良,路用性能良好,取得了预期的效果,孔隙率控制在15-18%之间为最佳状态,能够确保粗骨料形成骨架,结构层内部排水通畅,杜绝了水损害,彻底解决了沥青路面“反射裂缝”“积浆”“坑槽”等质量通病,有效的保证了工程质。开创了国内公路路面工程的新纪元,大粒径透水沥青混合料柔性基层施工工法的推行将为国家节省大量的建后养护资金,为我国今后的公路工程结构层设计及选择提供了新的方向。同时维修次数的减少,对确保车辆安全正常行驶、确保公路在国家经济命脉中的作用具有重要的作用。因此该项目推广使用意义重大,产生的经济及社会效益不可估量。推广使用有着明显的经济效益和深远的历史意义。
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