同步碎石应力吸收层施工工艺及质量控制

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   摘要:本文分析同步碎石应力吸收层施工过程中常见的问题,并有针对性的提出解决的方法,提出同步碎石应力吸收层施工质量控制指标,即沥青洒布不均匀度、碎石撒布不均匀度等;最后提出基于视觉评价的质量评价标准。
  关键词:路面改造 ,同步碎石 ,施工方法
  Abstract: this paper analyzes synchronous surface stress absorbed layer construction process of the common problems, and put forward the corresponding solution method, put forward the synchronous surface stress absorbed layer construction quality control index, namely sprinkled cloth not uniformity of asphalt, gravel and cloth not uniformity; Finally based on visual evaluation the quality evaluation criteria.
  Keywords: road surface modification, synchronous surface, the construction methods
  
  
  中图分类号: U416.214文献标识码:A 文章编号:
  引言
  现有的水泥混凝土路面,有相当一部分已接近或超过设计年限,有的虽未达到设计年限,但由于交通量剧增,汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面的原因,出现路面损坏、使用品质下降的情况,影响了道路的使用功能,面临着修复工作。与沥青路面相比,水泥混凝土路面的修复比较困难,可采用的大修措施主要加铺沥青混凝土面层,然而旧水泥混凝土路面沥青加铺层易产生反射裂缝,导致加铺层使用寿命缩短。为了减缓旧水泥混凝土路面接缝处沥青加铺层产生的反射裂缝,在沥青加铺层和水泥混凝土面层间添加一层夹层,也就是应力吸收层。由于其具有抗变形能力强和劲度模量低的特点,变形通过缓冲层传递至加铺层,可以起到降低裂缝应力峰值的作用,因而能预防或延缓反射裂缝的出现。目前,应力吸收层普遍采用性能优越的特殊热沥青混合料、土工织物、及优良的改性沥青薄模。但特殊热沥青混合料采用特殊的改性沥青,单价比较高,并且对拌合摊铺机械也有特殊要求;土工织物施工质量不易控制;改性沥青薄模虽然经济,但防止反射裂缝效果不理想。本文以上海市政道路旧水泥混凝土路面加铺沥青路面改造工程应力吸收层为研究对象,针对旧水泥混凝土路面现状,对同步碎石应力吸收层的施工技术与方法进行研究,为同类的施工提供参考方法。
  1施工前准备工作
  根据破损调查和承载能力测试资料,旧水泥混凝土路面加铺层设计可按下表处理,若路面结构承载能力不满足现有交通要求,应采取补强层措施,提高承载能力。
  表1 旧路面评价及修补方法
  原路面状况 评定
  等级 代表弯沉值mm 修补方法
  路面破
  损状况 优和良 0.2-0.45 局部处理:更换破碎板、修补开裂板块、脱空板灌浆,使处治后的路段代表弯沉值低于0.2mm,然后加铺沥青层。
   中及中以下 > 0.45 采取打裂;或将板打成0.3-1.0m以下的大碎块、振碎工艺,然后加铺补强层。
  接(裂)缝
  传荷能力不足
  压浆填缝,或增加传力杆,或采取打裂工艺消除垂直、水平方向变形,然后加铺沥青层。
  板底脱空 灌浆或打裂、压实
  当旧水泥混凝土路面破损状况和接缝传荷能力评定等级为优良或中时,可以采用沥青加铺层。加铺层铺筑前应更换破碎板、修补填封裂缝,磨平错台,压浆填封板底脱空,清除旧混凝土面层表面的松散碎屑、油迹,剔除接缝中失效的填缝料和杂物,并重新封缝。
  接缝传荷能力评定等级为中时,应根据气温、荷载、旧混凝土路面承载能力、接缝弯沉差等情况选用增加沥青加铺层厚度,设置应力吸收层等措施来预防和减缓反射裂缝的发生。
  与其它的路面或应力吸收层工艺比较,同步碎石应力吸收层所使用的设备较少,只需要:一辆电子控制全自动同步碎石封层车,一辆50型装载机,两辆9~16吨胶轮压路机,一辆25~40吨沥青运输车,现场沥青加热罐及其他小型配套机具。同步碎石应力吸收层施工最关键的机械是同步碎石封层车,对同步碎石封层车的基本要求是:保证沥青摊铺量、摊铺层厚度与碎石撒布量、撒布宽度,严格符合设计要求,且全程均匀、一致;保证沥青的喷洒温度符合设计要求。
  3.同步碎石应力吸收层施工工艺
  与其他的应力吸收层施工技术相比,同步碎石应力吸收层施工技术更方便,并没有对施工条件提出更高的要求。
  3.1施工准备
  1)路况调查。同步碎石应力吸收层施工前,应对原路面进行路况调查及病害处理,形成详细的调查报告,病害处理方式可参照公路养护技术规范。
  2)清洁路面。施工前应清除路面上松散材料、杂物及尘土防止喷撒的沥青被粉尘包裹而形成隔离层。
  3)确定施工幅度。根据路面的宽度和施工设备性能,合理确定施工幅数及每幅施工宽度。同时,选定标尺,确定参照物,使司机能够按参照物行走,这样既能保持线形,又可以保证在下一幅施工时前后两幅的顺利接缝。确定施工幅宽时,应尽量减少施工幅数,减少纵接缝的数量。
  4)根据工程量的大小及工程进展情况分批备料,且每批石料不得混杂堆放。施工前对石料进行筛分,以防止超粒径的石料堵塞卸料孔。如果石料粉尘超标,则要事先清洗、晾晒,以保证石料的清洁、干燥。
  5)检查、预热设备。检查车体有无损伤,轮胎及外部螺扮有无松动。检查发动机的各工作系统是否正常。按下发动机预热钮,待发动机正常运转后,松开启动及预热钮,等气压达到4pa后,打开液压开头和燃烧开头,加热沥青罐、沥青泵及喷撒杆。
  6)提前封闭交通,设置安全导帽、指标牌及限速牌等交通标志。
  3.2施工工艺过程
  1)铲装石料。装入料斗的石料应与料斗左右挡板的高度持平,防止因料过多而撒落在地上。
  2)抽取沥青。沥青泵温度达到要求时开始抽取沥青,并注意沥青罐标尺的变化,防止抽油冒罐。在抽取沥青时,应检查油管及其接头是否密封良好,严禁沥青飞溅。
  3)打开气动阀门,使其处于管路循环状态,喷撒杆沥青温度与沥青罐内温度保持一致。在沥青结合料稳控器上标定用量和行驶速度。行车速度一般设定为60 m/min~70m/min。
  4)使发动机处于高速旋转状态,打开石料撒布器,打开喷撒杆,设定沥青、石料喷撒高度及用量,打开石料口,2s后打开沥青开头,在摊铺过程中,随时调整左右喷撒杆,保证接缝的完整性。
  5)撒布时应符合下列要求:封层车要行驶平稳、匀速;沥青的撒布温度控制在165℃~170℃,从左向右进行封层施工时,施工第一幅时,应在左侧石料撒布器上加上火板,防止石料飞溅,施工最后一副时,与左侧采用同样方法;撒布中间路幅时,要保持右侧沥青喷撒宽度比石料的喷撒宽度多8 mm~10 mm 。.
  6)当在撒布沥青后,发现有空白时,应及时进行人工补撒;当有沥青聚集时应刮除,防止因沥青结合料的不均匀喷撒导致的剥离、斑紋、泛油。
  7)当发现有油条时,应及时关闭喷油嘴和料门,检查喷油嘴的压力是否符合要求,料门是否被大粒径石料堵塞;当发现有泛油时,应在泛油处补撒嵌缝料。嵌缝料应与最后一层石料规格相同或略低于最后一层,并应扫匀。当有过多的浮动石料时,应扫出路面,并不得搓动已粘着在位的石料。
  8)当车内任何一种材料用完时,应立即关闭所有输送材料的阀门,并将封层车按前进方向驶出施工作业段。
  9)压实及成型。用改性沥青作为结合料进行封层时,当封层车前进约10 m左右时,用9t~13t压路机碾压。相邻两幅初压完成后,即可进行错轮碾压,全幅碾压遍数不少于5遍,碾压时,应遵循先两边后中间、先慢后快的原则,碾压时每次轮迹应重叠30cm,碾压速度控制在70 m/min,且每次折回的位置避免在同一横断面上。
  10)施工结束,清洁封层车。
  11)接缝处理,在施工缝及构造物两端的连接处操作应仔细,接缝应紧密、平顺。横缝处理,在施工初始前的新旧路面及前后两侧喷撒时产生的接缝应搭接良好。横缝可采用对接法处理方式。在每段接缝处,用铁板或油毡纸横铺在每起撒点前及终点后,其长度1m~ 1.5m。浇撒第二层沥青时的搭接缝要错开。纵缝的处理,施工下一幅时,封层左侧石料的撒布应与上一幅右侧的石料对齐,保证纵缝对接良好。
  12)初期养护及开发交通,沥青及改性沥青封层结束后即可限速开放交通。在通车2h之内应设专人控制行车,保证车速不超过30 km/h 。
  4.同步碎石应力吸收层施工中常见问题分析
  4.1路面纵向条纹
  同步碎石应力吸收层对粒径范围有严格要求,即等粒径石料最为理想。考虑到石料加工的难易程度及国内石料生产的实际情况,一般采用同一粒径范围的石料。粗细集料在传输过程中及在分料口下卸过程中将不可避免发生粗细集料的分离现象,一部分碎石在摊铺过程中比较容易出现离析。这在一定程度上跟分料器的分料方式有很大关系,如果采用单纯的石料传输,在传输过程中就出现了部分的离析,再加上石料下落到路面过程中的离析,很显然,两个相邻分料口之间重叠的部分很容易出现较粗石料的堆积。所以,要使石料撒布均匀并最大可能地恢复其原有状况,分料器的分料方式应尽量采用拌和方式,以避免在分料运输的过程中发生了部分粗细石料的分离。另外,同步碎石应力吸收层要求采用轮胎压路机碾压,轮胎压路机橡胶轮具有改变轮胎压力的性能,并目_由于充气轮胎的弹性变形,工作时除了有静力作用外,还具有揉压作用,压实效果更明显,但在平整度方面则比不上光轮压路机。因此,从这个方面来说,轮胎压路机的轮胎气压的细微变化以及行车轮胎的碾压也是导致其出现沿纵向规则条纹的一个重要因素。
  4.2路面表面松散与剥落
  沥青施工温度是引起路面表面松散与剥落的重要因素。为保证雾状喷洒而形成均匀、等厚度的沥青膜,必须保证沥青在温度160-170℃范围内。沥青温度的降低,将使其勃度增加,喷射流量减少;温度过高会导致沥青老化变质,甚至发生起火。同时,轮胎压路机应始终与同步碎石封层机保持合适的施工间距,及时调整撒布长度或者采用多台压路机,以保证在温度下降不太多的情况下,及时压实成型。另外,喷油嘴高度不同时沥青膜厚度不同(各个喷嘴喷出的扇形雾状沥青重叠情况也不同),应通过调整喷嘴高度使得沥青膜厚度适肩。
  至于不同时段施工的两幅路面交接处的松散问题,原因之一可能是施工时沥青喷射扇角和锥角的大小没有调整好,而且由于边缘部分不像中间有重叠喷油区,贫油是这一区域的一个不可避免的问题,应加强边缘部分胶结料的喷洒量。可见,撒布宽度和重叠量也是影響沥青与石料勃结性好坏的一个重要因素。
  4.3同步碎石应力吸收层施工质量控制
  参考法国对同步碎石封层的施工质量控制,结合我国现有施工机械设备,提出几项要求,其检查方法和判断标准如下:
  (1)沥青喷洒量及其横向不均匀度
  在实际施工中,沥青的喷洒量、喷洒均匀性与设计有较大偏差时,必将影响施工的质量。我们采取以下方法来测定,具体过程如下:
  1、准备六块0.5×0.3×0.01m的未加盖的铁盒子,内置吸收能力为预定沥青量1.5倍的矿粉,逐一称出每块盒子和矿粉的质量,计为 。
  2、将上述六块铁盒横向排开置于路面,只要同步碎石车驶过时不会被车轮碾压即可,并固定其位置,然后同步碎石车从盒子上驶过,仅喷沥青,不撒碎石。
  3、将盒子连同吸入的沥青小心地移走,并按顺序对号称量每个盒子的质量 。
  4、由下式计算出沥青的平均用量Dm、单位面积沥青用量di:
  
  期中S=0.15m²
  单位面积沥青用量di= (i=1~6)式中S=0.15m²,进而由下式可求得沥青喷洒量的横向不均匀度系数CVt(%):
   式中N=盒子的总数。
  5、要求实际用量与设计量的差值应小于100g/m2;横向沥青喷洒量的横向不均匀度系数不得大于10 %。
  (2)碎石撒布量及其横向不均匀度
  1)、碎石用量的检测方法
  将一特制的一定面积(如:2m2矩形石料盒子纵向平置于路面,同步碎石车从该盒子驶过,不喷洒沥青,而仅撒布石料,然后将一刻有石料体积量刻度的透明封盖将该盒子盖好并竖起。根据透明盖上的刻度即可准确测定每m2路面上撒布的碎石料的体积数。
  2)、碎石撒布横向不均匀度系数的测定
  1、准备六块0.5× 0.3 × 0.01m的未加盖的铁盒子,逐一称出每块盒子的质量,计为 。
  2、将上述六块铁盒横向排开置于路面,只要同步碎石车驶过时不会被车轮碾压即可,并固定其位置,然后同步碎石车从盒子上驶过,仅喷碎石,不撒沥青。
  3、将盒子连同装入的碎石小心地移走,并按顺序对号称量每个盒子的质量 。
  4、由下式计算单位面积碎石用量di:
  期中S=0.15 m²
  单位面积沥青用量di= (i=1~6)式中S=0.15m²,进而由下式可求得碎石撒布量的横向不均匀度系数CVt(%):
   式中N=盒子的总数。
  5、要求碎石撒布量的横向不均匀度系数不得大于15 %。
  (3)平均碎石脱粒率
  平均碎石脱粒率测试方法如下:
  ①、将100米长的路面段,划分为10个区域。若路面宽大于6m,则在路的半边测定
  ②、将测量框(20cm X 20cm)依次置于每个区域的病害最严重处;
  ③、测算各方框中可能容纳的撒布碎石数Ni,Ni=N1XN2 ;
  ④、测算各方框脱落的碎石数ni;
  ⑤、按下式计算出各方框脱落碎石占撒布碎石量的%:Pi=(ni/Ni)X100% ;
  ⑥、按下式算出平均碎石脱落率Mp:Mp>Pi/10;
  若Mp<10%,且无一处Pi>20%,表明施工合格;
  若Mp > 10%,则表明施工不良,应考虑修复;
  4.同步碎石应力吸收层质量评价和验收
  国内关于同步碎石应力吸收层的质量评价和验收标准主要来源于热沥青罩面。实践证明,基于视觉的评价将成为检验同步碎石应力吸收层质量的主要思路。
  4.1质量验收标准
  我国规范关于封层的质量验收指标包括宽度、厚度、平整度、渗水系数、摩擦系数、构造深度、石料的剥落、外观质量等。一般情况下,同步碎石应力吸收层可按下表所示的标准进行交工检查验收。需要指出的是,下表所列指标大多数基于热沥青路面的要求而提出,外国的研究表明,部分指标与同步碎石应力吸收层的质量性能相关性较差。
  表1质量验收指标
  检查项目 检查频率(每幅车行道) 质量要求或允许偏差 试验方法
  外观 全线 密实、不松散 目测
  厚度 每200米一点 -5mm 砖芯
  平整度 每1Km10处,各连续10尺 4.5mm 3m直尺
  宽度 每1 Km20个断面 不小于设计宽度 用尺量
  沥青用量 每1Km1点 0.5%
  抽提
  石料用量 每1Km 5%
  抽提后筛分
  石料剥落 每1 Km4点 <10 % 现场测值
  构造深度 每1 Km5点 ≥0.55 砂铺法
  摩擦系数摆值 每1 Km5点 ≥45 摆式仪
  渗水系数 每1Km测点 ≯ 5ml/min
  变水头渗水仪
  4.2视觉评价
  同步碎石应力吸收层的病害主要表现为泛油和骨料剥落,可以按照这些表象提出评价标准:
  ①从外观看,同步碎石应力吸收层没有表面裂缝,且几乎没有沥青结合料的条纹;;
  ②接缝平直顺滑,没有重叠、未覆盖或不好看的表面,纵缝的重叠区小于5cm,3米直尺测量,跨横缝测量的间隙小于6.5mm;
  ③同步碎石应力吸收层表面沿着车道、路肩和边线是统一、均匀的,沿车道方向,任何30米内的高差都小于50mm;
  ④厚度的控制采用控制沥青与集料的总用量的方法来代替厚度管理,即:根据将1日内全部原料的用量与铺筑面积,算出平均铺筑厚度值。
  
  参考文献:
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  [5]刘月莲、张占军、林有贵.同步碎石封层设计理论与应用技术研究[C].第四届中国国际沥青大会,2001,38-39.
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