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    寒冷地区重载交通沥青路面纵向裂缝处治技术研究

    时间：2023-01-26 21:55:02来源：百花范文网本文已影响人

    温宇宁

    (辽宁新发展公路科技养护有限公司 沈阳市 110103)

    现阶段，全国规划的各等级公路路网大部分已建成并通车，交通量也随之激增，且车辆大型化、超限运输、渠化交通现象日趋严重，由此导致的路面病害情况也更加突出。其中，特重交通和重交通等级的沥青路面，在慢速或长时间停驻的重载作用下，轮迹带处路面易产生纵向裂缝病害；
    而且寒冷地区路面结构的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗冻耐久性之间的复杂矛盾，使得路面结构与材料性能的平衡设计十分困难，这实际是由沥青混合料固有的黏弹塑性[1]力学特性所决定的。

    在寒冷地区，沥青路面纵向开裂病害是普遍存在的问题，常规的养护手段是采用热沥青对其进行灌缝，此方法虽然初期能封闭雨水对裂缝的侵入，但随着车辆的不断碾压和路面高温的影响，维修后不久又发生二次病害，无法根除。基于此，提出一种新的沥青路面维修技术，用以处治路面纵向裂缝病害。

    1.1 项目概况

    国道G202黑大线北起黑龙江省黑河市南至辽宁省大连市，全长1734km。随着经济的发展，黑大线的重载、超载及超限情况愈趋普遍，致使黑大线部分路段特别是苏家屯段路面所承受的荷载值远远超过其设计值，不仅加剧了路面的早期破坏，同时也大大缩短其使用寿命。

    因此，本项目基于对国道G202黑大线苏家屯段K1328+400～K1342+000范围内的路面运营状况进行调查，针对路面典型病害的成因进行分析，并选取典型路段进行重交通纵向裂缝处治技术试验路的铺设，通过长期跟踪观测与评价，以确定该技术的可行性及其优势，最终结合试验路的整体运营状况并结合黑大线重交通段路面的实际情况，给出科学合理、技术可行、经济适用的养护维修方案，同时，也为重交通路面纵向开裂病害处治技术研究提供参考依据，积累基础性数据。

    1.2 路面维修历史

    (1)原路于2001年进行改建，路面结构为6cm沥青混凝土面层+20cm水泥稳定砂砾基层。

    (2)2005年进行3cm沥青混凝土养护罩面。

    (3)2013年进行7cm沥青混凝土养护罩面。

    (4)2015年对下行方向(辽阳至沈阳方向)局部路段进行维修处理，采用7cm改性沥青混凝土面层+40cm水泥稳定碎石基层。经过2年的运营，该段路面出现了重度龟裂、横纵向裂缝、网裂、车辙、坑槽等典型病害。

    (5)2017年进行中修改造，改造方案为：将面层沥青混凝土全部铣刨并挖除原路基层。基层采用：60cm水泥稳定碎石基层(上基层、下基层以及底基层各20cm)，上设碎石封层；
    面层采用：7cm中粒式高模量改性沥青混凝土下面层+5cm细粒式SBS改性沥青混凝土上面层。

    1.3 路面运营现状

    自2017年10月通车以来，由于车流量较大，重载交通繁重，黑大线苏家屯段K1328+400～K1342+000范围内沥青路面经中修后仍有不同程度的横、纵向裂缝、网裂、龟裂及轮迹带沉陷、坑槽等病害，见图1、图2，具体病害数量统计情况见表1、表2。

    图1 轮迹带处沉陷+纵向裂缝

    图2 轮迹带处坑槽

    表1 黑大线K1328+400～K1342+000沥青路面病害统计(上行方向)

    表2 黑大线K1328+400～K1342+000沥青路面病害统计(下行方向)

    1.4 纵向裂缝产生原因分析

    调查小组对黑大线苏家屯界内K1328+400～K1342+000段路面发生纵向裂缝位置处进行5处取芯。从取芯结果来看，轮迹带处的纵向裂缝为基层与面层的贯通式裂缝，而水稳基层板结效果较差，基层顶部冲刷严重，见图3、图4。

    图3 裂缝贯通基层与面层(一)

    图4 裂缝贯通基层与面层(二)

    其产生的主要原因为重压轮载的重复作用引起路表面纵向疲劳开裂。即在渠化交通、重交通作用下，慢速行驶的重压轮胎前缘和边缘路表区产生了较高的水平拉应力，当在重压轮载的反复作用下，表面层沥青材料弯拉强度达到极限值而产生疲劳开裂，重载轮压模拟图见图5。初期表现为轮迹带区域的单一短浅裂缝。随后，短浅裂缝会在其裂缝尖端产生应力集中，逐渐扩展变长并在初期裂缝区域内形成裂缝簇，最终平行的纵向裂缝簇相互连接形成连续的纵向开裂而贯穿整个沥青面层。

    同时，由于该段路面长期承受重压轮载的反复作用，致使路面基层承载能力呈现不均匀的状况(出现不均匀沉降)，从而导致轮迹带处出现沉陷+纵向裂缝相结合的病害。

    1.5 处治方案

    1.5.1试验段纵向裂缝处治范围

    对黑大线K1332+400～K1332+600(沈阳方向)路段200m范围内的纵向裂缝进行维修处治。

    图5 重载轮压模拟图

    1.5.2试验段纵向裂缝处治技术方案

    (1)原路面铣刨：将上、下面层分层铣刨，且形成阶梯型错台。

    ①上面层铣刨宽度及深度：沿纵向裂缝(轮迹带)两侧各40cm范围内，将原沥青路面5cm上面层全部铣刨，铣刨宽度为80cm。

    ②下面层及上基层铣刨宽度及深度：沿纵向裂缝(轮迹带)两侧各25cm范围内，将原沥青路面7cm下面层全部铣刨，并铣刨至上基层顶部，上基层铣刨深度为2cm，铣刨宽度为50cm。

    (2)对裸露的水稳基层表面的碎屑及杂尘进行清理，并洒布粘层油。

    (3)铺设2cm再生混合料应力吸收层。

    (4)7cm下面层复合混凝土路面铺装。

    (5)层间粘层油洒布。

    (6)5cm上面层复合混凝土路面铺装。

    灌浆操作见图6，施工后路面效果见图7。

    图6 灌浆

    图7 施工后效果

    2.1 技术简介

    灌注式复合混凝土路面是在开级配大空隙(18%～28%)基体沥青混合料中灌入以水泥为主的特殊胶浆材料复合而成的一种路面[2]，该路面与常规路面不同，属于骨架嵌挤型结构。胶浆与沥青混合料共同抵抗车辆荷载作用，利用水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的优点，改善两种路面的缺点。行车舒适平稳、抗滑降噪，并且大大提高沥青材料的低温稳定和高温变形能力。

    2.2 技术特点

    灌注式复合混凝土路面技术特点见表3。

    表3 灌注式复合混凝土路面技术特点

    2.3 施工工艺

    2.3.1施工流程

    准备工作→路面铣刨→病害处理→乳化沥青撒布→开级配沥青混合料摊铺→水泥胶凝材料灌注施工→养生→通车。

    2.3.2施工质量控制要点

    (1)温度控制

    由于复合混凝土路面属于嵌挤结构，开级配沥青混合料中粗骨料占比要高，而细骨料比常规沥青混合料要少得多，因此混合料出料温度需高一些，一般控制在180℃以上。

    (2)铣刨

    原路面铣刨应采用铣刨机进行。根据设计图纸确定铣刨范围和深度，如果条件允许建议铣刨一次完成。

    (3)摊铺

    摊铺速度应控制在2.0～3.0m/min。摊铺时的混合料松铺系数1.1左右。

    (4)碾压

    要求采用钢轮压路机静压4遍、振动2遍，碾压速度初压2～3km/h(最大4km/h)。

    (5)接合部位施工

    铣刨后原沥青混凝土路面与开级配沥青层间需要撒布粘层油。

    (6)灌浆

    从胶浆搅拌机中排放水泥胶浆→用橡胶耙将水泥胶浆在母体沥青混凝土表面摊匀→用平板振动夯机将水泥胶浆浸透入母体沥青混凝土的空隙中→保证振动时间使胶浆灌注饱满→用橡胶耙刮去表面剩余的水泥胶浆，待表面的水膜消失后，对面层进行拉毛加工。

    2.3.3注意事项

    (1)由于母体沥青混凝土属于开级配，其空隙是连通的，一旦遇到下雨天气，雨水填充于母体沥青混凝土中，灌浆时，无法保证施工质量。

    (2)开级配沥青混凝土表面温度低于50℃后才可进行灌浆工作，否则沥青混合料的温度易将胶浆材料中的水分蒸发，胶浆材料在表面粘结，无法保证灌浆深度。

    2.4 技术应用

    北京BRT1号线全线以及沈阳绕城高速朱尔屯收费站路面均引用日本TX半柔性路面铺装技术。武汉雄楚大道与民族大道交叉口路面维修工程、杭州BRT快速公交专线路面维修工程以及苏州、南京、盐城等城市的部分交叉路口或重载交通路段也均采用了复合混凝土路面技术。

    截止至2021年，灌注式复合混凝土路面已在辽、黑、吉三省的高速公路重载主线、收费站、服务区广场道面以及普通公路国省干线路面维修改造工程中进行了推广应用，共计应用面积超过1500km2。

    该试验路于2018年铺筑，截止到目前，复合混凝土路面整体运营状况良好，路表面平整、无松散、无裂缝，表层集料无花白料、无划痕；
    整体复合混凝土路面平整、顺直、无沉陷状况。通过后期跟踪和现场检测试验，包括渗水系数、平整度、摆值及构造深度等检测指标均满足要求。

    (1)灌注式复合混凝土路面将沥青质材料和水泥基材料有机地结合起来，既提高了沥青混合料的高温稳定性，也改善了水泥混凝土的柔韧性，可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，使路面的使用功能得到大幅度提升。

    (2)经过对黑大线试验段的跟踪观测与检测得知，试验段复合混凝土路面整体运营状况良好，未出现车辙、坑槽、沉陷、纵缝等不良状况，可较为彻底解决轮迹带处纵缝和沉陷问题，为重载、极重载路面提供全效的服务，发挥其独特的技术优势。

    (3)结合大量研究与工程应用，验证了灌注式复合混凝土材料、结构和工艺成套技术的适用性，同时也论证了灌注式复合混凝土具有强度高、抗疲劳、耐腐蚀等特性，较好地实现技术与经济的平衡。

    (4)从全寿命周期性成本及费效比角度综合考虑，复合混凝土路面技术相比于传统路面维修养护技术，可降低全寿命周期性成本30%，经济效益十分显著，同时可极大地提高路面的使用品质与运营能力。

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