公路路面反射裂隙養(yǎng)護(hù)治理技術(shù)研究

肖德理

（中虔建設(shè)集團(tuán)有限公司,江西 贛州 341000）

0 引言

路面下方地質(zhì)構(gòu)造或工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，在基礎(chǔ)施工缺陷、環(huán)境溫度、地質(zhì)變化、地下水位變化、超負(fù)荷交通軸載或者地下管線應(yīng)力應(yīng)變的作用下，形成基層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)移位，逐漸發(fā)展至路面表層結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，工程上稱為反射開(kāi)裂，其裂隙即為反射裂隙。路面反射裂隙如果得不到及時(shí)修補(bǔ)，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大和加劇路面損壞，對(duì)道路使用壽命和行車(chē)安全造成影響。因此防范路面反射裂隙，對(duì)已經(jīng)發(fā)生反射裂隙的路面進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)維修，對(duì)控制反射裂隙的形成和發(fā)展至關(guān)重要。

灌縫處理+防裂貼+新罩面是常見(jiàn)的一種路面反射裂隙養(yǎng)護(hù)處理方法，但其中的防裂貼方法存在黏貼結(jié)合力和持力不足的問(wèn)題，處治后不久就可能發(fā)生脫貼、撕裂或再度破碎等病害；灌縫和罩面處理方法如果致裂源治理不足，不久還會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性反射開(kāi)裂；對(duì)開(kāi)裂路面進(jìn)行結(jié)構(gòu)翻新鋪筑，難免出現(xiàn)措施超度，經(jīng)濟(jì)性不足，較大工程量和工期對(duì)繁忙的公路交通需求構(gòu)成不利影響。針對(duì)這些問(wèn)題，案例公路在面對(duì)路面反射開(kāi)裂治理中，采取特配澆注式瀝青復(fù)合料技術(shù)，保持了灌縫處理的簡(jiǎn)易和快捷，也無(wú)須防裂貼和新罩面的加大投入，是路面反射裂隙養(yǎng)護(hù)治理的一種有意義的技術(shù)嘗試。這里結(jié)合工程應(yīng)用，梳理介紹相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，希望對(duì)同類工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

某公路全長(zhǎng)117.5 km，雙向四車(chē)道，半剛性基層瀝青路面。建成通車(chē)后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，由于重載車(chē)輛多和交通量大，導(dǎo)致路面多處發(fā)生嚴(yán)重的反射開(kāi)裂病害。為恢復(fù)路面質(zhì)量，需要對(duì)反射開(kāi)裂較嚴(yán)重的相關(guān)區(qū)段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。初期部分區(qū)段曾采用灌縫加防裂貼治理技術(shù)，但總體效果不佳，部分防裂貼也因黏結(jié)效果不佳而脫落，治理后部分裂隙仍繼續(xù)發(fā)展。為了徹底解決反射裂隙治理問(wèn)題，技術(shù)部門(mén)在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出并實(shí)施了特配澆注式復(fù)合料治理技術(shù)，較好解決了路面反射裂隙快速養(yǎng)護(hù)治理問(wèn)題。

2 澆注式瀝青復(fù)合料設(shè)計(jì)

2.1 原材料

（1）瀝青。為了提升膠漿性能，采用超高黏改性瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1[1]。

表1 超高黏改性瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

（2）集料。粗細(xì)集料選用地產(chǎn)輝綠巖，主要指標(biāo)見(jiàn)表2～3。

表2 粗集料主要技術(shù)指標(biāo)

續(xù)表3 細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)

指標(biāo)項(xiàng)單位規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)方法表觀相對(duì)密度—≥2.52.93T0316棱角性%≥3037T0344堅(jiān)固性%≥1216T0340針片狀%≤1511T0312

表3 細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)

（3）填料。選用地產(chǎn)石灰?guī)r礦粉，主要指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 石灰?guī)r礦粉主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 澆注式瀝青復(fù)合料配合比設(shè)計(jì)

（1）礦粉分配比例設(shè)計(jì)。集料通過(guò)量（pi）與粒度（di）之間的關(guān)系應(yīng)該符合下述關(guān)系式。

式中，D——礦質(zhì)復(fù)合料的最大粒徑；n——試驗(yàn)指數(shù)。研究表明，n通常在0.3～0.7 區(qū)間是礦質(zhì)復(fù)合料的合理范圍。當(dāng)n=0.45 時(shí)，復(fù)合料的密度最大。級(jí)配范圍相關(guān)粒度通過(guò)率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 級(jí)配范圍相關(guān)粒度通過(guò)率

研究顯示，超過(guò)4.75 mm 粒度的粗集料對(duì)構(gòu)成穩(wěn)定骨架較為重要，而細(xì)集料對(duì)構(gòu)成穩(wěn)定骨架貢獻(xiàn)并不大，還易干影響骨架的穩(wěn)定性。為防止主骨架穩(wěn)定性受細(xì)集料的不利影響，可采取間斷級(jí)配方式。因此該設(shè)計(jì)采取4.75～9.5 mm 和9.5～13.2 mm 兩個(gè)粗集料粒度區(qū)間來(lái)開(kāi)展骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。計(jì)算結(jié)果顯示，礦粉填充比例9.8%，其他集料比例90.2%。按照不同粒度占比分配礦粉含量，折算結(jié)果表明，上述兩個(gè)區(qū)間的粗集料粒度的比例為62.7 ∶37.3[2]。

（2）復(fù)合料配合比設(shè)計(jì)：①粗集料比例，（4.75～9.5 mm）：（9.5～13.2 mm）=62.7 ∶37.3，構(gòu)成復(fù)合料骨架結(jié)構(gòu)。②瀝青密度ρa(bǔ)；粗集料毛體積密度ρb，壓實(shí)條件下堆密度ρsc，壓實(shí)空隙VCADRC；填料密度ρp；間隙率為Vv，粉膠比r即填充料與瀝青料的質(zhì)量比。根據(jù)密度測(cè)試，級(jí)配碎石條件的毛體積密度為2.91 g/cm3，壓實(shí)下堆積密度為1.86 g/cm3；石灰?guī)r礦粉填充料密度為2.73 g/cm3；通常最優(yōu)粉膠比在0.8～1.2 之間。

（3）壓實(shí)粗集料空隙率為：

式中，ρb——碎石毛體積密度（g/cm3）；ρsc——粗集料的堆積密度（g/cm3）。

（4）記qp、qa、qs，分別為復(fù)合料中填料、瀝青和集料的用量百分比，它們滿足下述關(guān)系式：

（5）粗集料空隙的體積與膠漿體積相當(dāng)，它們滿足下述關(guān)系式：

式中，F(xiàn)d——填充度（%）；Vv——復(fù)合料空隙率（%）；pb、pa——碎石毛體積密度和瀝青密度（g/cm3）。

（6）假設(shè)瀝青膠漿對(duì)粗集料空隙可以達(dá)到100%的填充度，則瀝青用量為：

根據(jù)上述步驟，可以計(jì)算出理想狀態(tài)下，即瀝青膠漿對(duì)粗集料空隙可以達(dá)到100%的填充度的瀝青和填料用量。如果需要表面結(jié)構(gòu)處理，則需要在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加瀝青和填料用量。

3 路面反射裂隙養(yǎng)護(hù)處治方案

主要兩種處治方案，即T 形開(kāi)槽和矩形開(kāi)槽方案，具體見(jiàn)表6。

表6 路面反射裂隙病害養(yǎng)護(hù)處治方案

4 澆注式瀝青復(fù)合料施工工藝要點(diǎn)

4.1 施工設(shè)備

（1）Cooker 運(yùn)料車(chē)。復(fù)合料運(yùn)輸途中需要持續(xù)攪拌還需要采取保溫措施，以防止熱量流失。Cooker 運(yùn)料車(chē)是集運(yùn)輸、保溫和在途調(diào)拌于一體的專業(yè)工程裝備，在充分保溫的同時(shí)，能夠以同軸旋轉(zhuǎn)葉片向材料施加剪切力，以避免復(fù)合料運(yùn)輸途中發(fā)生離析。Cooker 運(yùn)料車(chē)總體包括三個(gè)部分：料倉(cāng)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和復(fù)合料調(diào)拌系統(tǒng)。為了保證施工的順利進(jìn)行，在施工作業(yè)前，需要對(duì)攪拌系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)進(jìn)行全面的清洗和檢查，以免在運(yùn)料過(guò)程中臨時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，影響運(yùn)料質(zhì)量和工程進(jìn)度。

（2）銑刨機(jī)。對(duì)存在反射裂隙的路面用路面銑刨機(jī)進(jìn)行開(kāi)槽處理。案例工程使用的是國(guó)內(nèi)某筑路機(jī)械有限公司生產(chǎn)的一款小型路面銑刨機(jī)，其最大銑刨深度可達(dá)到18 cm，銑刨寬度則達(dá)到50 cm。該設(shè)備具有體積小、方便操作和銑刨效率高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于路面小型反射裂隙的開(kāi)槽操作。

（3）輔助振動(dòng)器。處理反射裂隙需要有振動(dòng)裝備輔助施工，開(kāi)槽澆注的作業(yè)面不大，所以應(yīng)配備一套能夠根據(jù)需要配置振動(dòng)頻率和方便人工控制操作的小型振動(dòng)裝備，以便開(kāi)槽澆注以及邊角壓實(shí)處理應(yīng)用。

4.2 工前準(zhǔn)備

（1）提前準(zhǔn)備拌和場(chǎng)地和用于調(diào)制澆注式瀝青復(fù)合料的瀝青、礦粉和集料。選擇拌和場(chǎng)地要參考運(yùn)料車(chē)在途時(shí)間。為方便拌和過(guò)程中的上料操作，材料存放位置要盡可能靠近拌和樓，并且堆放要做好墊底和覆蓋處理，防止雨淋、水淹、受潮或陽(yáng)光曝曬。

（2）與有關(guān)方面協(xié)調(diào)，采取封閉交通措施。強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)交通管理，在入口和重要節(jié)點(diǎn)區(qū)域設(shè)置警示標(biāo)志，實(shí)施交通監(jiān)管，引導(dǎo)車(chē)流，保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全。

（3）清理路表。清理反射裂縫及周?chē)哪嗤?、碎屑和浮塵，避免作業(yè)時(shí)混入、污染復(fù)合料，影響新路面施工質(zhì)量。

（4）布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)控制線。根據(jù)需要處理的反射裂隙的長(zhǎng)度，在其兩側(cè)25 cm 范圍配置控制線，以利于刨銑機(jī)對(duì)反射裂隙精準(zhǔn)開(kāi)槽[3]。

4.3 工藝要點(diǎn)

（1）反射裂隙區(qū)域開(kāi)槽。以銑刨機(jī)開(kāi)槽。在裂隙治理控制線范圍內(nèi)，以反射裂隙及影響位置為中線，沿裂縫左右兩端按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)槽操作。根據(jù)交通量、裂隙寬度、環(huán)境條件以及充填材料性能等因素，可以適當(dāng)調(diào)整開(kāi)槽填充的寬度和深度。完成開(kāi)槽操作后，槽縫及現(xiàn)場(chǎng)附近要進(jìn)行清理。可先用掃路機(jī)或鏟子處理碎石，再用風(fēng)機(jī)、吸塵器等清理槽縫，確保槽縫及周?chē)鸁o(wú)碎石、泥土和塵土，確保槽縫及周邊清潔。然后可進(jìn)入噴播乳化瀝青操作。

（2）澆注式瀝青復(fù)合料的配制與運(yùn)輸。按照前文介紹的材料配合比進(jìn)行材料配制。首先將混合溫度設(shè)定為220 ℃，攪拌時(shí)間設(shè)為90 s，將原料加熱后在拌和樓進(jìn)行充分混合。復(fù)合料混合配置完成后，裝車(chē)運(yùn)輸，以確保復(fù)合料具有良好的流動(dòng)性。為確保復(fù)合料到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)仍保持在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，運(yùn)輸過(guò)程中運(yùn)料車(chē)應(yīng)開(kāi)啟加熱功能，適時(shí)控制料倉(cāng)溫度，以確保復(fù)合料達(dá)到施工要求的溫度。復(fù)合料到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，溫度應(yīng)保持在220 ℃以上，以確保其質(zhì)量符合工藝要求。

（3）復(fù)合料澆注。在進(jìn)行復(fù)合料澆注時(shí)，需要將Cooker 車(chē)停放在開(kāi)槽位置的中間。因?yàn)樵摑沧⑹綖r青復(fù)合料的流動(dòng)性較好，只需將出料口對(duì)準(zhǔn)槽縫，經(jīng)人工簡(jiǎn)單輔助，便可填滿槽縫。填滿后馬上停止出料，料車(chē)駛離，為后續(xù)操作提供空間。對(duì)于需要具有較高抗車(chē)轍性能的路段，如果需要進(jìn)行較厚的澆注，可以采用分層澆注工藝，以保證復(fù)合料的骨架結(jié)構(gòu)緊密。

（4）整平處理。在復(fù)合料完成澆注后，澆注面需要進(jìn)行整平處理。

（5）振動(dòng)壓實(shí)。為了增強(qiáng)復(fù)合料的骨架結(jié)構(gòu)，提高整體強(qiáng)度，需要進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)。為了使處治后的材料更緊密，需要采用專門(mén)設(shè)備進(jìn)行輔助振動(dòng)。振動(dòng)壓實(shí)從縫槽一側(cè)開(kāi)始，單次壓實(shí)不要停頓，勻速向另一側(cè)推進(jìn)。

（6）冷卻后交通開(kāi)放。按照瀝青路面施工規(guī)范要求，熱拌瀝青復(fù)合料路面需要等待鋪攤層完全自然冷卻，待復(fù)合料表面溫度降至低于50 ℃以后，才可以交通開(kāi)放。試驗(yàn)顯示，該澆注式瀝青復(fù)合料的降溫趨勢(shì)如圖8 所示。溫度從220 ℃降至180 ℃需200 min，溫度從220 ℃降至50 ℃需7.5 h?？梢?jiàn)，完成澆注施工后，至少需要經(jīng)過(guò)7.5 h 的交通封閉后才可以開(kāi)放交通。

（7）進(jìn)行質(zhì)量跟蹤觀測(cè)。對(duì)已完成裂縫處理的區(qū)域定期進(jìn)行質(zhì)量跟蹤觀測(cè)，以檢查是否出現(xiàn)車(chē)轍，并觀察修復(fù)界面的防水性能是否良好，發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題時(shí)技術(shù)跟進(jìn)處治解決。

5 結(jié)語(yǔ)

基于工程應(yīng)用案例，探討介紹了公路瀝青路面反射裂隙的養(yǎng)護(hù)治理技術(shù)。從主要材料組分的指標(biāo)狀態(tài)、瀝青復(fù)合料配合比設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，介紹了澆注式瀝青復(fù)合料設(shè)計(jì)狀態(tài)；介紹了路面反射裂隙養(yǎng)護(hù)處治方案，案例主要采取了兩種處治方案，即需要T 形開(kāi)槽和矩形開(kāi)槽方案；從施工設(shè)備、工前準(zhǔn)備、工藝流程、工藝要點(diǎn)四個(gè)方面，分析了澆注式瀝青復(fù)合料施工工藝要點(diǎn)。該治理技術(shù)可以按普通復(fù)合料的生產(chǎn)工藝進(jìn)行復(fù)合料配置生產(chǎn)，技術(shù)簡(jiǎn)易。采用機(jī)械化操作，施工效率高。特配澆注式瀝青復(fù)合料技術(shù)，保持了灌縫處理的簡(jiǎn)易和快捷，也無(wú)需防裂貼和新罩面的加大投入，可以大大增加反射裂隙的穿透層厚度，極大延緩發(fā)生治理后再反射開(kāi)裂問(wèn)題，施工工期短，降低養(yǎng)護(hù)工程對(duì)公路營(yíng)運(yùn)的影響，具有良好的路面養(yǎng)護(hù)工程應(yīng)用效率和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，是路面反射裂隙養(yǎng)護(hù)治理的一種有意義的技術(shù)嘗試。