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公路快速养护技术的应用研究

发布日期:2019/6/27 4:03:11 来源: 互联网 浏览量:

 近年来我国公路建设高速发展。数据显示: 截至 2016 年底,我国公路总里程达 469. 63 万 km, 其中高速公路里程高达 13. 10 万 km[1],居世界第一。尽管高速公路总里程已位居世界第一,但以车 道里程、路网密度、道路质量等指标衡量,我国同 发达国家仍有不小的差距[2]。此外,我国的公路基础设施养护工作存在明显不足,养护资金投入比 例较低,“重建设、轻养护” 观念依然存在。经过近 30 a 的建设,我国公路路网基本成型,公路发展将逐渐由建设向养护管理过渡。
传统公路养护流程复杂、时间长、造价高,易造成交通拥堵及扬尘污染。与之相比,快速养护施工时间短,工艺相对简单,能最大限度地减少交通拥堵和环境污染。在环境污染和交通拥堵日益严重的背景下,如何安全、有效的将快速养护技术应用于公路日常养护中,已成为公路基础设施养护的重要课题。
针对快速养护,国内外学者主要从材料和工艺两方面开展研究。材料方向,乳化沥青最早被用作快速修补材料,此后,各国陆续研发出不同的快速修补材料。美国缅因州交通运输部将研发的 Glas- Grid8501 玻璃纤维网用于路面中,可有效抑制路面反射裂缝[3]。美国学者以改性沥青为原料研制出 的 CRF - PM 聚合物改性乳液具有很好的弹性、流动性、粘结性和施工性能,在路面裂缝养护中起到很好的效果[4]。对于水泥混凝土路面,除了常用  的快凝、早强、含外加剂的水泥,国外还开研发了 各种适用于快速修复的新型水泥,如日本研制的“调凝水泥”[5]、美国开发的 “派拉蒙特  (  pyra- ment) ” 混合水泥[6]等,均可在 12 h 甚至更短的时间内完成水泥混凝土路面的快速养护工作并开放交 通。
工艺技术方面,薄层  SMA、稀浆封层、微表处等技术已经在国际上广泛应用,具有封水、抗 滑、耐磨耗、填充以及恢复路表外观的功能[7]。对于坑槽修补,乳化沥青压力喷射修补和专用材料 修补 2 种技术尚处于推广阶段[8];  对于裂缝修补, 相比于标准槽非贴封式、浅槽贴封式、简单无槽贴 封式 3 种方法,标准槽贴封式处理效果最佳,一般采用改性乳化沥青灌缝材料,配合以热风镐、扩缝 机等小型设备,机械化水平较高[9,10]。二十世纪末   期兴起的就地热再生、冷再生等技术也具有较为广 阔的应用前景[11]。此外,发达国家陆续研发了路  面就地热再生机械以提高养护速度,减少对交通的 影响。
相较于发达国家,国内公路快速养护的研究起 步较晚,目前仍处于研究和探索阶段。上世纪 90 年代,江苏省建筑科学研究院研制的 JK 系列混凝土快速修补剂,具有强度高、粘结力大的优点,但 由于含有硅酸盐、氟铝酸盐等特殊添加剂,价格比 较昂贵[12]。西安交通大学研发了由硫铝酸盐、铝酸盐、硅酸盐及高效表面活性剂复合而成的 HW 型超早强快硬修补材料,该材料可满足 4 ~ 6 h 通车要求[13]。武汉理工大学材料实验室将超快硬磷  酸盐胶结料作为混凝土路面修补材料,取得了较好 的应用效果[14]。 “天福牌” TF 系列水泥混凝土快速修补剂在水泥混凝土路面的快速养护中表现出极 佳的施工性能及路用性能[15]。本文运用快速养护  技术对沥青路面裂缝、坑槽等病害进行现场修补, 并在考虑交通延误成本的基础上对快速养护和常规 养护进行全生命周期的经济效益分析。
2快速养护技术的现场试验
试验地点选在浙江省台州市。台州市属于亚热 带季风气候,受沿海环境以及山地影响,冬暖夏 凉,雨水充沛,气候温和。截止 2016 年底,台州市公路总里程 12 578 km,高速公路里程 298 km。其中,水泥混凝土路面长度约占总里程的 1 /4,沥青路面占 3 /4。本次快速养护试验主要针对沥青路面,现场调研后发现,台州市公路的主要病害有车辙、坑槽、裂缝、松散等。
台州市公路局的资料显示当地春季多雨,地面水和地下水的双重影响导致路面排水不畅,易出现滞留水现象。一部分通过路面裂缝、缩缝、排水沟和路肩等处渗入; 另一部分为上层滞水、潜水和承压水滞留在路基和路面结构层内,从而造成沥青路面出现裂缝、松散、坑洞、沉陷、车辙等病害。此外,受渠化交通的影响,高等级公路车行道两侧和中间部隆起,易形成车辙。结合台州市多年公路养护经验和实地调研情况,现场主要针对裂缝和坑槽类病害开展快速养护试验。
2. 1 裂缝快速修补
针对沥青路面裂缝的快速修补,现场选取两个试验段分别采用乳化沥青灌缝和 TL - 2000 抗裂贴进行试验。
2. 1. 1 乳化沥青灌缝
试验路段为 104 国道和 S214 甬临线临海段沥青混凝土路面。施工过程如图 1 所示。封闭交通后,首先清扫路表面及裂缝内的杂物和尘土,接着将 NE - 6 慢裂快凝阳离子乳化沥青均匀喷洒在裂缝槽侧面和底部,喷洒时避免杂物或水分进入。待乳化沥青破乳后,用灌缝机将提前配置好的混合料均匀灌入裂缝内,等待路面温度降至自然温度。最后需对施工后的路面进行压实找平,并对施工过程产生的杂物进行清扫。
2. 1. 2 TL - 2000 抗裂贴快速修补裂缝
作为一种滚卷式阻裂防水隔膜,抗裂贴表面的高强耐高温织物能有效抵抗裂缝处拉应力,限制裂缝扩张,提高沥青路面局部抗拉强度。与传统养护方法相比,抗裂贴操作简便、施工速度更快、美观耐用、安全环保、且成本更为低廉、效益明显选取 S327 临前线椒江段沥青混凝土路面作为试验路段。施工步骤如下:
a.首先进行施工放样,划定修补裂缝范围;
b.清扫路表面和裂缝内的杂物并灌注高分子密封胶;
c.使用相应规格的抗裂贴贴缝,贴缝后使用小钢轮压路机碾压,确保抗裂贴完美贴合路面,不出现气泡、皱褶等现象。
现场试验表明,乳化沥青灌缝和抗裂贴修补均可在 1 ~ 2 h 内完成并开放交通。修复后的路表面平整,在交通荷载和雨水冲刷下未出现任何异常。
2. 2 坑槽快速修补
坑槽的快速修补主要采用冷补材料快速修补法和就地热再生修补法。
2. 2. 1 冷补材料快速修补法
试验路段在 G228 线 K62 处,采用新型高性能快速冷补材料进行修补。该冷补料具有抗剥落、耐久性好、抗冻融、防滑、绿色环保等特点。沥青路面坑槽快速养护的主要施工过程如图 3 所示。试验路段经过夏季、冬季的高低温考验,修补路面状态良好,未出现脱粒、松散等现象,且经历春季雨期之后,路面未出现损坏,路用性能良好。
2. 2. 2 就地热再生快速修补
作为一种新型工艺,热再生修补避免了传统坑槽修补中存在的弱接缝问题。对旧沥青路面进行再生利用,在降低成本的同时避免了旧料报废产生的污染和占地问题。

试验路段为 104 国道黄岩段沥青路面,采用综合养护车进行热再生快速修补,施工过程如图 4 所示。热再生技术修补坑槽的主要步骤包括清理软化病害区域、喷洒乳化沥青、添加新料并摊平压实等。与传统修补方法相比,就地热再生修补可将旧沥青路面再生利用,在减少环境污染的同时大大降低维修成本。此外,该方法还可处理沥青路面坑槽、车辙、拥包、龟裂、网裂等局部病害。试验结果表明,使用就地热再生技术修补之后,路面使用性能优异,至今未发现其他损害。

作者:王佩卿1 呙润华2 周游佳2 陈 爽3

( 1. 台州市公路管理局浙江 台州 318000; 2. 清华大学 土木工程系北京 100084; 3. 武汉东湖新技术开发

区建设管理局湖北 武汉 430000)


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