高速公路瀝青混凝土路面機械化養護技術方案

代中利

(遼寧省高速公路管理局應急處置中心)

隨著全國高速公路建設的大潮,遼寧省高速公路的建設也在飛速的發展,目前遼寧省高速公路通車里程已達到2 833 km,隨著高速公路的建成通車,高速公路的養護就是擺在面前的問題。

1 高等級公路瀝青混凝土路面的病害特征

1.1 結構類型

遼寧省高速公路路面絕大部分為半剛性基層瀝青混凝土路面,基本結構形式有兩種:兩層式瀝青面層和三層式瀝青面層。三層式瀝青層厚度為 17 cm左右(4 cm SMA+6 cm AC-20I+7 cm AC-25I),半剛性基層 21 cm,半剛性材料底基層 21 cm,墊層 15 cm,厚度一般在 57 cm。

1.2 典型病害

由于車輛載荷、水和溫度變化等自然因素的作用及修建過程中的質量問題,高速公路路面在建成通車后,會出現一些路面病害。從遼寧省情況看,高速公路路面的典型病害及成因如下。

(1)路面裂縫。

路面裂縫從外觀上可分為縱裂、橫裂和龜裂,從產生機理上可劃分為瀝青面層的溫度裂縫、疲勞裂縫和基層反射裂縫三大類。

根據調查結果,遼寧省高速公路瀝青路面裂縫絕大多數是瀝青面層的溫度裂縫,反射裂縫僅占少數。溫度裂縫起始于表面,逐漸向下延伸到穿透面層和基層。在同一地區,影響面層裂縫數量的最重要因素是瀝青的性能。

在遼寧省引起路面密集裂縫的另一個主要原因是半剛性基層的問題。根據調查表明,裂縫密集處一般發生在:①基層完工后未及時鋪筑面層;②基層頂部有松散夾層;③基層成型不好,處于松散狀態。這三個原因引起的裂縫往往在短時間內就形成龜裂。單條的基層反射裂縫主要是因為基層干縮引起的。

裂縫最初絕大多數發生在行車道,而后逐漸向超車道和停車道擴展,停車道裂縫較少。由此可以看出,不管什么原因引起的裂縫,行車載荷的反復作用是裂縫加速出現和擴展的直接原因。

(2)路面車轍。

①車轍的嚴重程度與瀝青面層的結構組成和配合比有極大關系,Ⅱ型瀝青混凝土路面自身的抗車轍能力比Ⅰ型好得多。

②車轍形成的部分原因是由于雨水滲透侵蝕了基層表面粉料,使其軟化進而形成車轍。

③瀝青面層在行車載荷作用下產生的蠕變是形成車轍的主要原因,半剛性基層的變形很小或基本沒有壓縮變形。

從遼寧省現有高速公路的情況來看,由于交通量遠未達到設計通行能力,車輛大部分時間行駛在行車道,交通渠化明顯,車轍主要出現在行車道上,超車道還沒有形成明顯車轍。

(3)路面局部網裂沉陷。

①路面出現裂縫未及時封堵,雨水下滲后在行車輪胎的強力“泵吸”作用下,半剛性基層的灰漿被吸出,導致基層破碎松散,瀝青層破壞而下陷。

②基層局部成型不好,強度不足,在行車荷載反復作用下路面發生網裂,雨水下滲后灰漿被吸出或擠出而下陷。這種形式的病害主要發生在行車道,嚴重之處在于基層完全破壞。

(4)路面松散、坑槽。

遼寧省高速公路半剛性基層瀝青路面病害中相對出現較多的是面層松散坑槽。產生的主要原因如下。

①瀝青混合料在施工時拌和不均勻,瀝青含量相對減少,不能將礦質集料有效粘結,在高速行駛車輛輪胎的“泵吸”作用下,較細集料被吸出,導致局部松散坑槽。

②由于施工時混合料拌和溫度太高,使瀝青過早老化發脆,粘結力下降。

③施工溫度太低,混合料溫度下降快,壓實不充分,導致密實度不足。

④施工時路面下面層標高控制不好,導致瀝青上面層太薄,沒有形成結構厚度。

(5)路基沉陷橋頭跳車。

路基不均勻沉降,橋頭臺背填土壓實度不足會導致路面沉陷,一般多發生于高填方處或地基不良、有空穴的地段。遼寧省的高等級公路也時常出現這類破壞。

以上路面病害在高等級公路上比較常見,至于路面擁包、波浪則比較少見。針對以上典型破壞類型,我們制訂了一些道路維修技術組織措施,以便于機械化養護作業。

2 高等級公路瀝青混凝土路面機械化養護作業分類

2.1 維修保養工程

為了保持高等級公路路面的正常使用功能而安排的經常性保養和修補其輕微損壞部分的作業。

具體內容:處理瀝青混凝土路面的局部病害,包括局部網裂、局部龜裂、單條裂縫、小面積坑槽,局部路面污染、燒壞等。

施工特點:處理面積小,施工工藝較簡單,施工機械使用效率低,機械化程度較低,交通安全控制工作難度較小,單位面積造價高。

2.2 專項工程

針對高速公路路面出現的一般性磨損和局部損壞進行的修理、加固、更新和完善作業。

具體內容:處理路面局部嚴重病害,包括較大面積路面沉陷調平,路面車轍,大面積龜裂、網裂等;處理橋頭跳車,包括大橋臺背填土沉陷及涵洞臺背填土沉陷形成的跳車現象,局部路段的路面翻修工程。

施工特點:處理面積較大,施工工藝復雜,施工機械效率高,機械化程度較高,交通安全控制工作難度大,單位面積造價較高。

2.3 大修工程

高等級公路已達到其服務周期,必須進行應急性、預防性、周期性的綜合維修,使其全面恢復設計狀態。

具體內容:整段路面翻修工程,整段路面的罩面工程,水泥混凝土橋面加鋪瀝青混凝土面層工程。

施工特點:處理面積大,施工工藝復雜,施工機械使用效率高,機械化程度高,交通安全控制工作難度大,單位面積造價低。

2.4 搶修工程

對由于水毀、地震、交通事故、風暴、雨雪等造成的高等級公路重大損壞進行的修復,保證其正常使用。

具體內容:由于水毀、地震等造成的路面拉裂,路面沉陷等處治工程。

施工特點:處理面積較小,施工工藝復雜,機械使用效率低,機械化程度較高,交通安全控制工作難度大,單位面積造價高。

3 維修保養工程的技術組織

維修保養工程主要處理瀝青混凝土路面出現的輕微病害,由于病害面積較小,點位多,相應的施工工藝和施工機械配置應根據病害具體情況分別確定。

說明病害處理長度為沿行車道方向,寬度為垂直行車方向。

維修保養工程每年進行的次數不宜過多,也不宜過少。過多會降低機械效率,增加工程造價;過少則不能及時消除病害,還有可能促使病害進一步擴展蔓延。維修保養工程每年宜進行 4次,即每季度進行 1次。維修保養工程的施工工藝及作業方法以處理點位數量、點位分布區域特點為依據相應確定,一般分兩類。

第一類:施工點位多,點位分布集中,點位間距小于3 km時,機械采取自行方式,沿線逐點順序施工。

第二類:施工點位分布區域廣,點位間距大(≥3 km),分布相對分散。以點位間距≥3 km為界,將病害分布區域劃分為若干小區域,在小區域內逐點進行本區域病害點位的處理,然后將機械設備吊運至下一作業區域,采用流水作業法依次處理。最大程度減少設備吊運次數,提高機械效率,降低工程造價。

4 專項工程的技術組織

專項工程內容較為單一,包括路面沉陷調平,橋頭跳車,局部路段翻修工程,工藝要求嚴格,各道工序已經全部或部分實現機械化。專項工程施工工藝:路面勘測→銑刨機銑刨,廢料運輸→切割機、綜合養護機切割打邊→人工清掃余渣→銑刨面復測→灑布機噴灑乳化瀝青→攤鋪機攤鋪作業→光輪、膠輪碾壓作業→冷卻→開放交通。

專項工程應根據工程點位數量、工程面積采用不同的施工組織管理辦法。

(1)當點位較少,各點位面積較大,宜采用集中作業法,減少人員、機具的分散,減輕交通安全控制工作的難度,即集中所有工序、人員、機械先進行某點位施工,待施工完畢,集中吊運至下一點位,進行下一點位的施工。

(2)當處理點位較多,分布區域廣時,參照維修保養工程的有關辦法處理。

5 大修工程技術組織

大修工程面積大,技術要求高,相應對機械設備的技術水平、規格型號和使用性能提出了更高的要求,個別機械如攤鋪機械、碾壓機械可根據工程實際情況引進工程類機械。

大修工程主要包括路面補強工程(路面翻修工程),舊路罩面工程,施工工藝如下:路面勘測→銑刨機銑刨,廢料運輸→切割機、綜合養護機切割打邊→人工清掃余渣→銑刨面復測→攤鋪作業→碾壓作業→冷卻→開放交通。

大修工程點位少,但工程面積非常大,一般采用集中法施工,各工序特別是攤鋪作業、碾壓作業為流水作業。由于養護作業不能中斷交通,工程開工前應加強路面勘測工作,搞好施工設備選型,制定詳盡的工、料、機配置計劃,合理安排工程進度。

搶修工程處理點位少,點位面積有大有小,在具體作業過程中,應參照維修保養工程、專項工程、大修工程的有關內容進行施工組織管理工作。

遼寧省高速公路養護工程為開放式施工,即施工期間不得中斷交通,引導過往車輛安全、有序地通過施工路段是施工組織中一項重要內容。施工人員須根據部頒規范的有關規定,結合現場實際情況,制定施工現場交通安全控制圖,嚴格按圖示劃分警戒范圍,擺放安全標志。具體施工過程中可能會遇到各種各樣地形復雜的情況,諸如陡坡、急彎路段施工,單幅路面施工,匝道進出口施工,環行路段施工,在考慮交通安全控制時,將施工工序與安全控制二者有機結合起來,采取因地制宜的安全措施。