SMA-13瀝青混凝土在隧道“白改黑”路面的應(yīng)用分析

黃廣喜

(廣西交通投資集團(tuán)百色高速公路運(yùn)營(yíng)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(chē)安全的重要因素之一。隧道內(nèi)水泥混凝土路面具有較強(qiáng)的抗彎拉強(qiáng)度、較好的水穩(wěn)定性、耐火性等,但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng),由于隧道內(nèi)汽車(chē)尾氣、油污、水漬等的影響,嚴(yán)重影響水泥路面路表使用功能和品質(zhì),導(dǎo)致水泥混凝土路面摩阻系數(shù)大幅降低,細(xì)觀構(gòu)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(dǎo)致交通事故頻發(fā),因此隧道水泥混凝土路面改造迫在眉睫。本文通過(guò)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(yùn)營(yíng)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(shù)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(jù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)2019年底檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示,該路面RQI和SRI值分別為83.3和75.7;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘發(fā)現(xiàn)水泥混凝土細(xì)觀構(gòu)造深度已明顯降低。這說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)營(yíng)導(dǎo)致隧道水泥路面使用功能出現(xiàn)明顯下降,路面摩阻力也逐步下降,嚴(yán)重影響道路行車(chē)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(duì)比分析

道路改造工程的全壽命周期費(fèi)用體現(xiàn)資金時(shí)間價(jià)值,道路工程的運(yùn)營(yíng)費(fèi)和維護(hù)費(fèi)在整個(gè)項(xiàng)目費(fèi)用中比重較大[1]。通過(guò)對(duì)加鋪環(huán)氧樹(shù)脂超薄磨耗層和加鋪5 cm SMA-13瀝青混凝土面層的運(yùn)營(yíng)費(fèi)和維護(hù)費(fèi)進(jìn)行分析以確定該項(xiàng)目采用的施工方式。

2.1 加鋪環(huán)氧樹(shù)脂超薄磨耗層

環(huán)氧樹(shù)脂超薄磨耗層厚度一般為6 mm左右,在舊路面上進(jìn)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(jī)場(chǎng)路面及特殊路面結(jié)構(gòu)的抗滑保護(hù)層。環(huán)氧樹(shù)脂超薄磨耗層混合料可在常溫下進(jìn)行施工,具有施工方便、快捷、周期短、造價(jià)低及因厚度小而不影響隧道凈空等特點(diǎn)。但對(duì)原路面表面粗糙度、潔凈度、強(qiáng)度等要求較高,否則會(huì)在車(chē)輛應(yīng)力作用下發(fā)生推移而產(chǎn)生面層脫落現(xiàn)象。因該工藝僅能提升路面抗滑性能,因此對(duì)平整度差的路面無(wú)法提升平整度指標(biāo)。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(yán)重的脫落現(xiàn)象,且多次修補(bǔ)后脫落問(wèn)題仍得不到解決,由此可見(jiàn)該方式的后期維修和運(yùn)營(yíng)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(guò)粗集料互相嵌鎖形成骨架結(jié)構(gòu)從而具有較強(qiáng)的抗變形能力,同時(shí)也具有較好的高溫抗車(chē)轍能力、低溫抗變形能力和抗水損壞能力,且通過(guò)添加纖維穩(wěn)定劑可提高其粘結(jié)強(qiáng)度。根據(jù)規(guī)范要求,隧道凈空應(yīng)≥5 m,如果加鋪5 cm SMA-13瀝青混凝土面層則需要對(duì)影響隧道凈空的風(fēng)機(jī)和照明設(shè)施進(jìn)行改造,保證凈空滿(mǎn)足≥5 m的要求。該方案的優(yōu)點(diǎn)是加鋪瀝青層厚,行車(chē)舒適性、抗車(chē)轍及耐久性好;缺點(diǎn)是需對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行先期改造,施工周期長(zhǎng),造價(jià)高。該處治方式的建設(shè)成本雖高,但是后期運(yùn)營(yíng)和維修成本相對(duì)較低。

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

3 原材料及配合比設(shè)計(jì)

3.1 改性瀝青

表1 改性瀝青各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)表

3.2 集料

為提高路面表面層的抗滑能力及抗車(chē)轍能力,該項(xiàng)目采用新鮮、堅(jiān)硬、耐磨、潔凈且與瀝青有良好粘結(jié)能力的硬質(zhì)輝綠巖作為粗集料。其檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果如表2所示。

表2 粗集料各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)表

項(xiàng)目采用潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)有害雜質(zhì)并有適當(dāng)顆粒級(jí)配的輝綠巖石屑作為細(xì)集料。其檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果如表3所示。

表3 細(xì)集料各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)表

3.3 礦粉

礦粉由石灰?guī)r中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到,礦粉應(yīng)不含水分、無(wú)雜質(zhì),可以自由從儲(chǔ)存?zhèn)}中流出,禁止使用拌和樓的回收粉。其檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果如表4所示。

表4 礦粉各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)表

3.4 木質(zhì)素纖維

瀝青混合料中摻入的木質(zhì)素纖維比例為瀝青混合料質(zhì)量的0.4%,其檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果如表5所示。

表5 木質(zhì)素纖維各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)表

3.5 SMA-13瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.5.1 礦料級(jí)配

采用厚5 cm的瀝青混合料對(duì)隧道水泥混凝土路面進(jìn)行加鋪,瀝青混合料采用SMA-13瀝青混凝土礦料級(jí)配?；旌狭系V料級(jí)配組成如表6所示。

表6 SMA-13瀝青混合料礦料級(jí)配表

3.5.2 SMA-13瀝青混凝土路用性能

通過(guò)選取5組不同的油石比制備馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn),以空隙率3.7%作為目標(biāo)設(shè)計(jì)空隙率得出最佳油石比為6%,對(duì)應(yīng)最佳瀝青用量為5.66%。再以最佳油石比通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn)SMA-13瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性,檢驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)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(diào)查

完好無(wú)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(dāng)觀察到接縫錯(cuò)臺(tái)、唧泥或重車(chē)駛過(guò)板塊松動(dòng),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(dá)探測(cè)儀法;(3)彎沉檢測(cè)法,主要有FWD法、貝克曼梁法等[2-3]。

編制審核報(bào)告是咨詢(xún)單位的常態(tài)化工作，但編制報(bào)告的過(guò)程并未創(chuàng)造新的價(jià)值，僅僅是為展示工作成果。編制報(bào)告的時(shí)間與做基礎(chǔ)性審核工作的時(shí)間至少應(yīng)該三、七開(kāi)比較合理，即如果編制報(bào)告的時(shí)間安排三天，則圖紙審核基礎(chǔ)性工作時(shí)間至少應(yīng)為七天。在報(bào)告編制上精益求精固然可取，但在基礎(chǔ)性審核工作上投入的資源也應(yīng)足夠。

采用直接觀察法和貝克曼梁檢測(cè)法對(duì)水泥板病害進(jìn)行調(diào)查。其中直接觀察統(tǒng)計(jì)出路面裂縫約125.45 m、需要處理的縮縫約為411 m,無(wú)破碎板。對(duì)存在錯(cuò)臺(tái)處采用貝克曼梁(長(zhǎng)度為5.4 m)進(jìn)行彎沉檢測(cè),通過(guò)計(jì)算得到測(cè)定靜態(tài)總彎沉值,當(dāng)彎沉值>14(0.01 mm)時(shí),判定為板底脫空。檢測(cè)結(jié)果如表8所示。

表8 貝克曼梁檢測(cè)及板底脫空判定結(jié)果表

根據(jù)貝克曼梁檢測(cè)結(jié)果可知,錯(cuò)臺(tái)位置未存在脫空,因此不需進(jìn)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(duì)裂縫松散物及垃圾等進(jìn)行清理,再采用灌縫膠對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫處治,灌縫需飽滿(mǎn)但灌縫料不能溢出,防止后期該處發(fā)生泛油現(xiàn)象。為調(diào)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(lèi)污漬,對(duì)水泥混凝土面層進(jìn)行精銑刨處理。精銑刨過(guò)程中需控制標(biāo)高、縱橫坡和銑刨深度。精銑刨時(shí)銑刨機(jī)需沿被銑刨車(chē)道的方向及用于標(biāo)記銑刨深度、寬度、縱橫坡等線形行進(jìn)。銑刨過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢查銑刨路面平整度及錯(cuò)臺(tái)銑刨的程度,如出現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)調(diào)整。銑刨后應(yīng)先清掃銑刨面,再采取高壓水槍沖洗的方式進(jìn)行路面清理。

4.3 SBS改性瀝青粘層施工

對(duì)水泥混凝土面層進(jìn)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(shí),使用智能瀝青撒布車(chē)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(yīng)臨時(shí)封閉交通,避免粘結(jié)層的二次污染。

4.4 SMA-13瀝青混凝土施工質(zhì)量控制

4.4.1 SMA-13混合料拌和及運(yùn)輸

SMA-13瀝青混凝土通過(guò)3000型瀝青拌和設(shè)備進(jìn)行集中廠拌模生產(chǎn)。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(guò)拌和出料后溫度的10 ℃。SMA-13混合料生產(chǎn)過(guò)程中采用自動(dòng)投料機(jī)進(jìn)行木質(zhì)素纖維投料。運(yùn)料車(chē)裝料前料廂應(yīng)無(wú)泥土等雜物,防粘劑或隔離劑應(yīng)均勻地涂抹在車(chē)廂板上,但不得有余液積聚在車(chē)廂底部。為減少混合料離析,裝料時(shí)應(yīng)勤挪動(dòng)車(chē)輛位置?；旌狭线\(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)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(jié)層清掃干凈。采用履帶式攤鋪機(jī)進(jìn)行全幅攤鋪,攤鋪速度應(yīng)控制在2.5 m/min,且勻速前進(jìn),嚴(yán)格控制攤鋪機(jī)及壓路機(jī)的攤鋪和碾壓情況,嚴(yán)禁突然停止或碾壓速度跟不上,從而導(dǎo)致壓實(shí)度不足。攤鋪時(shí)瀝青混合料溫度應(yīng)≥165 ℃。攤鋪后及時(shí)進(jìn)行初壓。為保證壓實(shí)度,該項(xiàng)目采用4臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)分別進(jìn)行初壓、復(fù)壓和終壓,壓實(shí)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(kāi)放交通。

5 加鋪后路用效果評(píng)價(jià)

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

表10 2019—2022年路面指標(biāo)表

由現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)反射裂縫等病害。通過(guò)對(duì)比2019—2022年該隧道路面技術(shù)狀況指標(biāo)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(biāo)近年來(lái)下降較小,完全滿(mǎn)足行車(chē)安全的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)隧道水泥混凝土路面抗滑不足的情況,通過(guò)對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)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(chē)舒適性等路面性能,又能減少后期養(yǎng)護(hù)成本、提升道路行車(chē)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。