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沥青路面坑槽修补工艺的研究与加固对策
2011-05-30 来源:
坑槽是沥青路面的典型病害,严重影响路面的平整度和行车的舒适性.若不及时修补,在交通荷载和水的综合作用下.破坏会较快发展,造成养护费用的增加并严重危及驾乘人员的安全。由于其安全隐患大,通常在高速公路的养护管理中明确提出了“坑槽不过夜”的养护要求。本文根据沥青路面坑槽修补的最终目的,对比研究日常养护中坑槽的不同修补材料和修补工艺冷料冷补、热料热补和热料冷补,使之能达到理想的维修效果.以期对坑槽修补材料和修补工艺的应用具有一定的指导作用。

    1坑槽破损和维修机理

    1.1坑槽破损主要表现形式

    (1)表面层产生坑槽

    由于沥青路面上面层混合料局部空隙率较大、沥青与石料问的粘附力不强,路表水(雨水或雪水)进入并滞留在表面层沥青混合料中,在行车荷载尤其是重载车辆的不断作用下,产生的动水压力使表面层的沥青从石料表面剥落下来,沥青路面便会出现局部松散破损.散落的石料被车轮甩出,路面自上而下逐渐会形成坑槽。这类坑槽通常深度为2~5 cm,在中国沥青路面早期破坏中是各类坑槽中最早产生,也是产生数量最多的一类。

    (2)表面层和中面层同时产生坑槽

    当沥青路面表面层和中面层都是空隙率较大的半开级配沥青混合料,而底面层为空隙率较小的密级配沥青混合料时,路表的自由水较易渗入并滞留在表面层和中面层内。行车荷载的作用使得中、上面层内的沥青剥落,沥青混合料失去粘结强度,导致路表面产生网裂、形变(局部沉陷)和向外侧推挤,并最终出现粒料分离。粒料被行车作用带离,最终形成坑槽,此类坑槽完全形成后深度一般为8-10 cm。由于近年来高速公路的中上面层均采用密级配混合料,同时对预防性养护的重视,对坑槽及时修补,因而此类坑槽产生数量不是太多。

    (3)底面层和基层问产生坑槽

    此类病害容易发生在翻浆现象非常严重的路面,在重载车辆作用下,自由水产生很大的压力冲刷基层混合料表层细料,形成灰白色浆。在动水压力和孔隙水压力的反复作用下,使得整个面层范围内的基层粒料出现松散,并反射到面层,形成恶性循环。最终会导致坑槽出现。这类坑槽完全形成后通常深度都大于10cm,并且绝人多数都在车流量较大的行车道上或重载车辆较多的道路上。发生该类病害时,通常基层也已严重破坏,而且在形成坑槽之前路面亦表现出其他破坏现象而需要治理.因而该种病害相对来说很少。

    (4)桥面铺装层等构造物产生坑槽

    由于水泥混凝土梁与沥青铺装层的材料差异较大,层问粘结处的变形不一致,为了减少桥面的水损坏,对桥面防水层和粘结层的要求越来越高。但由于种种原因,使得层间局部粘附性较差,并出现分层,使得沥青铺装层在车辆荷载和水的共同作用下形成剥落和税皮,最终产生坑槽。在日常养护中,桥面翻浆现象比较严重,每次连续雨天过后桥面容易出现坑槽,由于桥面铺装层一般在10 cm,因而该类坑槽相对来说都不算深,约3-5 cm。

    1.2沥青路面坑槽的维修机理

    沥青路面产生坑槽破损不仅严重影响路面的表面功能和使用性能.更对安全有很大的影响。坑槽及时修补的功效,总的来说可以概括为如下几点:

    (1)恢复沥青混凝土路面的表面功能,恢复行车的、平顺性和舒适性。

    (2)坑槽的破坏减薄了结构层,及时修补能恢复路面的局部强度和承载能力。

    (3)弥补坑槽破损处原有路面的强度和耐水性的不足,具有明显的补强作用。

    (4)改善破损处承受车辆和水等外部荷载的进一步破坏扩展,做到防治结合。

    2坑槽修补材料的研究

    2.1坑槽冷修补材料

    这类快速补路材料呈黑色颗粒状固体,有石油溶剂气味。不溶于水,无腐蚀性,符合环保要求。一般有2种集料规格.第一种主要骨料粒径为8-10 mm,可用来修补深度在30 mm以上的坑槽:另一种主要骨料粒径为3-5 mm,可用来修补深度在30 mm以下的坑槽。

    该种材料无需加热或搅拌,无需特别工具或技能,操作简单方便,自由流动性高,与其他材料粘结性强,可以在低温、酷暑等气候下实现对路面坑槽的24 h修补。修补完工可立即开放交通,解决了传统路面因受养护期、气候、材料最低购买量的制约,而使路面坑槽不能及时修补.或者在修补过程中严重影响交通的固有弊病。其一般为桶装,密封桶装储存可长达10个月以上。开桶后,用剩余料不会短时硬化固结,在1个月内仍可正常使用。

    2.2坑槽热修补材料

    用于日常养护的热修补材料主要为各种规格的沥青混合料,由于一般的坑槽只有5 cm左右,为了保证修补处的压实度,不发生离析现象。根据实际经验,选择日常用的热料规格主要为AC-16或AC-13及添加改性剂的这类粒径较小的集料。

    3坑槽修补工艺的研究

    3.1冷料冷补工艺

    该施工工艺主要用于应急性修补,通常先要开槽成型,将待补坑槽松散物、灰尘或淤泥清除,倒入冷补料.松铺系数为1.2-1.5,摊铺均匀,保证坑槽周边材料充足。但不要漫散至坑槽边沿外的路面。后用夯锤或振动式路碾机压实(日常施工时通常采用平板夯,如遇特殊情况可直接使用夯锤),深度在6 cm以上的坑槽必须分层投料夯实。若密实度不足,则经车辆行驶碾压,修补处会略有下沉,此时不必挖除坑内原填冷补材料,只需将更细一级的冷补料铺上压实即可。为防止此类情况的发生,通常使修补后坑槽地表面略高于周围路面约5~lO mm)。运行一段时间修补处即会与路面持平。每桶25 kg装的冷补材料可修补面积约为50 cm~50cm、深4.5 cm左右的坑槽。使用冷补材料只需要大约10 min即可开放交通。

    3.2热料热补工艺

    随着养护设备的发展,逐渐采用加热设备进行路面的就地热修补,能较好地解决接缝的问题,并且热修补技术明显提高施工质量。市场上使用的设备如英达科技公司生产的“修路王”设备以及河南高远养护公司生产的热修补设备等,其主要原理是采用100%高强度辐射热加热墙,先将沥青路面加热、耙松、喷洒乳化沥青,使沥青料再生,再加入热的新料,用自带的压路机将其压实,能够达到很好的修补效果。这类就地热修补设备的主要工艺包括:

    (1)测定破坏部分的范围与深度,按“圆洞方补、斜洞正补”的原则,划出坑槽修补轮廓线(正方形或长方形),适当外移5 cm左右,使得接缝处理效果更好。

    (2)将加热板调整到合适的位置,选择适当的加热区域。

    (3)用加热板加热待修的区域,可以自行设定时间,一定时间后路面被软化。

    (4)耙松软化的路面,切边。

    (5)喷洒乳化沥青形成一层粘接沥青,从料仓中输出一直保温的新的沥青混合料。

    (6)摊铺整平,再喷洒适量乳化沥青作为再生剂。

    (7)由边部向中间反复压实4~6遍。

    (8)清理作业区域,开放交通,通常夏季开放交通略晚。

    一般情况下修路王修补加热墙面积范围内的病害大概需要20 min,修复后接缝密合、平整、美观、耐久。

    3.3热料冷补工艺

    热料冷补适合于雨天抢救性修复。通常路面在通车几年后,一场雨会引起全线路面出现几百、上千个坑槽。为了确保行车安全,可以利用热修补设备的加热仓保温热料,沿线填补坑槽。此时不用对原始坑槽进行处理,填满后直接压实,待好天后用加热墙对原修补坑槽接缝处进行加热处理。这样既达到了道路安全防范的应急处理,同时也不影响路面的修补质量,此措施越来越多地被高速公路养护单位在雨天施工时所采用。

    4修补工艺的寿命周期费用分析

    4.1冷修补技术

    根据养护的大量实践,对于冷补材料修补坑槽,可以充分发挥施工方便、开放交通快的优点,但由于与原路面较薄弱的粘结性,在行车荷载和雨水的不断冲刷下其最终的修补寿命通常达到2个月左右即需要再次处理。对于50 cmx50 em的表面层坑槽,通常需要一桶25kg的冷料。这是一种应急性的修补措施。可以解决临时性的影响安全的坑槽修补。但作为全线的日常使用,相对来说价格偏高。

    4.2热修补技术

    就地热修补技术通常需要配备较昂贵的修路设备,一次性投资较大,但是每次的原始材料成本非常低,相当于沥青混合料的材料价格加上所耗费的液化气价格,通过对路面病害修补的合理安排、统筹规划,日常养护成本将可以降到最低。通常采用热修补技术修复的坑槽能达到1年以上才需要再次修补,而有的已达到了永久性修复的水平。对于具有独立养护职能的高速公路养护单位,采用大型热再生修路设备,无论从经济效益,还是公路养护质量,均具有明显的优势。

    沥青路面坑槽的修补质量除与修补材料的性能有很大关系外,还在很大程度上取决于坑槽修补的工艺方法。本文研究了实际养护作业中的冷料冷补、热料冷补以及热料热补3种工艺,认为冷料冷补作为应急性修补具有很好的适用性;而热料冷补适合雨天大量的坑槽修补;热料热补尽管初期设备投资较大,但通过病害修补的合理安排,其每次的养护成本并不高,并且修补的质量明显优于其他工艺,是高速公路养护单位日常养护的首选工艺。

    
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