SMA-13瀝青混凝土在隧道“白改黑”路面的應用分析

黃廣喜

(廣西交通投資集團百色高速公路運營有限公司,廣西 百色 533099)

0 引言

抗滑不足是影響隧道路面行車安全的重要因素之一。隧道內水泥混凝土路面具有較強的抗彎拉強度、較好的水穩定性、耐火性等,但經過長期的運營,由于隧道內汽車尾氣、油污、水漬等的影響,嚴重影響水泥路面路表使用功能和品質,導致水泥混凝土路面摩阻系數大幅降低,細觀構造深度逐年減少,抗滑性能不斷衰減,從而因路面抗滑不足導致交通事故頻發,因此隧道水泥混凝土路面改造迫在眉睫。本文通過百隆路某隧道水泥混凝土路面加鋪SMA-13瀝青混凝土面層施工,探討已運營11年的隧道水泥混凝土路面加鋪SMA-13瀝青混凝土面層的施工技術和抗滑、平整度等性能的提升情況。

1 工程概況

加鋪前該隧道洞高為7 m,凈高為5 m,為水泥混凝土面層。根據檢測機構2019年底檢測數據顯示,該路面RQI和SRI值分別為83.3和75.7;根據現場查勘發現水泥混凝土細觀構造深度已明顯降低。這說明長時間的運營導致隧道水泥路面使用功能出現明顯下降,路面摩阻力也逐步下降,嚴重影響道路行車安全,故隧道路面抗滑性能和使用性能提升迫在眉睫。

2 方案對比分析

道路改造工程的全壽命周期費用體現資金時間價值,道路工程的運營費和維護費在整個項目費用中比重較大[1]。通過對加鋪環氧樹脂超薄磨耗層和加鋪5 cm SMA-13瀝青混凝土面層的運營費和維護費進行分析以確定該項目采用的施工方式。

2.1 加鋪環氧樹脂超薄磨耗層

環氧樹脂超薄磨耗層厚度一般為6 mm左右,在舊路面上進行加鋪可提升原路面的抗滑性、防水性、磨耗性等,一般作為隧道路面、橋梁路面、機場路面及特殊路面結構的抗滑保護層。環氧樹脂超薄磨耗層混合料可在常溫下進行施工,具有施工方便、快捷、周期短、造價低及因厚度小而不影響隧道凈空等特點。但對原路面表面粗糙度、潔凈度、強度等要求較高,否則會在車輛應力作用下發生推移而產生面層脫落現象。因該工藝僅能提升路面抗滑性能,因此對平整度差的路面無法提升平整度指標。且從同路段其他隧道加鋪的效果看,目前已加鋪超薄磨耗層的隧道路面存在較嚴重的脫落現象,且多次修補后脫落問題仍得不到解決,由此可見該方式的后期維修和運營成本較高。

2.2 加鋪5 cm SMA-13瀝青混凝土面層

SMA-13瀝青混凝土路面通過粗集料互相嵌鎖形成骨架結構從而具有較強的抗變形能力,同時也具有較好的高溫抗車轍能力、低溫抗變形能力和抗水損壞能力,且通過添加纖維穩定劑可提高其粘結強度。根據規范要求,隧道凈空應≥5 m,如果加鋪5 cm SMA-13瀝青混凝土面層則需要對影響隧道凈空的風機和照明設施進行改造,保證凈空滿足≥5 m的要求。該方案的優點是加鋪瀝青層厚,行車舒適性、抗車轍及耐久性好;缺點是需對機電設備進行先期改造,施工周期長,造價高。該處治方式的建設成本雖高,但是后期運營和維修成本相對較低。

為有效提升路面的抗滑性能和耐久性,提高隧道內道路行車安全性和降低維修占道次數,推薦采用加鋪5 cm SMA-13瀝青混凝土面層對隧道在役水泥路面進行抗滑處治改造。

3 原材料及配合比設計

3.1 改性瀝青

表1 改性瀝青各項檢測指標表

3.2 集料

為提高路面表面層的抗滑能力及抗車轍能力,該項目采用新鮮、堅硬、耐磨、潔凈且與瀝青有良好粘結能力的硬質輝綠巖作為粗集料。其檢測指標結果如表2所示。

表2 粗集料各項檢測指標表

項目采用潔凈、干燥、無風化、無有害雜質并有適當顆粒級配的輝綠巖石屑作為細集料。其檢測指標結果如表3所示。

表3 細集料各項檢測指標表

3.3 礦粉

礦粉由石灰巖中的強基性巖石等憎水性石料經磨細得到,礦粉應不含水分、無雜質,可以自由從儲存倉中流出,禁止使用拌和樓的回收粉。其檢測指標結果如表4所示。

表4 礦粉各項檢測指標表

3.4 木質素纖維

瀝青混合料中摻入的木質素纖維比例為瀝青混合料質量的0.4%,其檢測指標結果如表5所示。

表5 木質素纖維各項檢測指標表

3.5 SMA-13瀝青混凝土配合比設計

3.5.1 礦料級配

采用厚5 cm的瀝青混合料對隧道水泥混凝土路面進行加鋪,瀝青混合料采用SMA-13瀝青混凝土礦料級配。混合料礦料級配組成如表6所示。

表6 SMA-13瀝青混合料礦料級配表

3.5.2 SMA-13瀝青混凝土路用性能

通過選取5組不同的油石比制備馬歇爾試件進行試驗,以空隙率3.7%作為目標設計空隙率得出最佳油石比為6%,對應最佳瀝青用量為5.66%。再以最佳油石比通過馬歇爾試驗檢驗SMA-13瀝青混凝土的高溫穩定性和水穩定性,檢驗結果如表7所示。

表7 高溫穩定性和水穩定性檢驗結果表

4 隧道路面加鋪SMA-13瀝青混凝土施工工藝

4.1 原路面病害調查

完好無斷裂破碎的板塊,板底也可能存在脫空。目前判定板底脫空的方法主要有:(1)直接觀察法,當觀察到接縫錯臺、唧泥或重車駛過板塊松動,即表明板下脫空,這種方法有一定的主觀性和不確定性;(2)雷達探測儀法;(3)彎沉檢測法,主要有FWD法、貝克曼梁法等[2-3]。

編制審核報告是咨詢單位的常態化工作，但編制報告的過程并未創造新的價值，僅僅是為展示工作成果。編制報告的時間與做基礎性審核工作的時間至少應該三、七開比較合理，即如果編制報告的時間安排三天，則圖紙審核基礎性工作時間至少應為七天。在報告編制上精益求精固然可取，但在基礎性審核工作上投入的資源也應足夠。

采用直接觀察法和貝克曼梁檢測法對水泥板病害進行調查。其中直接觀察統計出路面裂縫約125.45 m、需要處理的縮縫約為411 m,無破碎板。對存在錯臺處采用貝克曼梁(長度為5.4 m)進行彎沉檢測,通過計算得到測定靜態總彎沉值,當彎沉值>14(0.01 mm)時,判定為板底脫空。檢測結果如表8所示。

表8 貝克曼梁檢測及板底脫空判定結果表

根據貝克曼梁檢測結果可知,錯臺位置未存在脫空,因此不需進行處治。

4.2 水泥路面病害處治

為使加鋪瀝青混凝土面層后降低水泥混凝土路面裂縫及縮縫反射至瀝青面層,先對裂縫松散物及垃圾等進行清理,再采用灌縫膠對裂縫進行灌縫處治,灌縫需飽滿但灌縫料不能溢出,防止后期該處發生泛油現象。為調平水泥混凝土面層、增大其與加鋪瀝青層的咬合程度及更好地清理原面層的各類污漬,對水泥混凝土面層進行精銑刨處理。精銑刨過程中需控制標高、縱橫坡和銑刨深度。精銑刨時銑刨機需沿被銑刨車道的方向及用于標記銑刨深度、寬度、縱橫坡等線形行進。銑刨過程中應隨時檢查銑刨路面平整度及錯臺銑刨的程度,如出現偏差應及時調整。銑刨后應先清掃銑刨面,再采取高壓水槍沖洗的方式進行路面清理。

4.3 SBS改性瀝青粘層施工

對水泥混凝土面層進行清理,將浮塵、水漬及泥土等清理干凈,待路面干燥后且溫度≥10 ℃時,使用智能瀝青撒布車均勻撒布SBS改性瀝青,撒布量為0.5～0.6 kg/m2,瀝青的噴撒溫度宜為180 ℃～190 ℃。撒布后應臨時封閉交通,避免粘結層的二次污染。

4.4 SMA-13瀝青混凝土施工質量控制

4.4.1 SMA-13混合料拌和及運輸

SMA-13瀝青混凝土通過3000型瀝青拌和設備進行集中廠拌模生產。其中各原材和混合料的適宜加熱溫度范圍為:(1)礦料為190 ℃～220 ℃;(2)瀝青為160 ℃～165 ℃;(3)SMA-13混合料的出廠溫度為170 ℃～185 ℃,且混合料的貯存溫度下降不得超過拌和出料后溫度的10 ℃。SMA-13混合料生產過程中采用自動投料機進行木質素纖維投料。運料車裝料前料廂應無泥土等雜物,防粘劑或隔離劑應均勻地涂抹在車廂板上,但不得有余液積聚在車廂底部。為減少混合料離析,裝料時應勤挪動車輛位置?；旌狭线\輸過程中應用苫布覆蓋保溫、防雨、防污染。

4.4.2 SMA-13混合料攤鋪

攤鋪前需將粘結層清掃干凈。采用履帶式攤鋪機進行全幅攤鋪,攤鋪速度應控制在2.5 m/min,且勻速前進,嚴格控制攤鋪機及壓路機的攤鋪和碾壓情況,嚴禁突然停止或碾壓速度跟不上,從而導致壓實度不足。攤鋪時瀝青混合料溫度應≥165 ℃。攤鋪后及時進行初壓。為保證壓實度,該項目采用4臺雙鋼輪壓路機分別進行初壓、復壓和終壓,壓實工藝如表9所示。

表9 碾壓工藝表

路面攤鋪完成后待面層混合料表面溫度<50 ℃,即可開放交通。

5 加鋪后路用效果評價

2020年9月對該隧道加鋪5 cm SMA-13混凝土路面以來,該隧道瀝青路面未產生任何病害且路面抗滑等指標也保持較高水平,2019—2022年路面指標如后頁表10所示。

表10 2019—2022年路面指標表

由現場路面狀況可知該隧道加鋪SMA-13瀝青混凝土路面后,目前路面僅存在小范圍泛油,未出現反射裂縫等病害。通過對比2019—2022年該隧道路面技術狀況指標可知,加鋪SMA-13瀝青混凝土路面后PCI、RQI、RDI及SRI均有不同程度的提升,且抗滑指標近年來下降較小,完全滿足行車安全的要求。

6 結語

針對隧道水泥混凝土路面抗滑不足的情況,通過對水泥混凝土路面病害及面層精銑刨處治后加鋪SMA-13瀝青混凝土面層,并就工后兩年的觀察和路況檢測數據看,隧道水泥混凝土路面加鋪厚5 cm SMA-13瀝青混凝土面層后,既能改善路面抗滑、耐久性及行車舒適性等路面性能,又能減少后期養護成本、提升道路行車安全性能。因此,隧道路面“白改黑”可推廣采用加鋪5 cm SMA-13瀝青混凝土的方式。