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沥青贯入式路面

沥青贯入式路面指的是用沥青贯入碎(砾)石作基层、联结层、面层的路面。即在初步压实的碎石(或破碎砾石)上,分层浇洒沥青、撒布嵌缝料,或再在上部铺筑热拌沥青混合料封层,经压实而成的沥青面层。在经碾压的粒径均匀的主层集料上,逐层洒铺沥青、嵌缝料并碾压修筑而成的路面。厚度一般为4~8cm。当在其上部加铺拌和的沥青混合料时,即称为沥青上拌下贯路面,此时拌和层的厚度宜为3~4cm,其总厚度为7~10cm。路面的使用年限一般为10年。具体可参考《公路沥青路面施工技术规范》第七章的施工方法。

沥青路面主要由沥青结合料和其他集料组成,工艺简单、便于维修,施工速度快,且路面的平整度、舒适性和耐磨性能都比一般路面强。按照施工方法和使用特点,通常将沥青路面分为沥青贯入式路面、表面处治路面、厂拌沥青碎石路面等。其中贯入式路面具有诸多优势,常作为沥青砼路面的联结层,在支路和次干道修建中颇为适用。如何保证其质量是当前需要考虑的重点问题。

贯入式路面,指的是在碎石压实之后,用沥青或嵌缝料分层浇洒,再次压实后最终形成的路面。因为主层集料铺设在前,沥青浇洒在后,所以称为贯入式路面,也可在上面集料上铺筑铺筑沥青混合料,多用于三级及以下公路。沥青贯入式路面对材料规格有着严格限制,集料以具有良好嵌挤性的坚硬石为佳,且有棱角,粒径不能与贯入厚度有太大差距。灌入的沥青混合料有很多,应该根据具体情况而选择。为保证工程质量,需做好充分准备,材料设备质量、施工技术等都应符合要求。

施工时往往要经历三次浇洒、四次碾压,大致流程如下:准备工作完成后,进行放样,并清理基层,如有必要,需适量喷洒透层油和粘层油;然后铺设主层集料并开始第一次碾压,接着是第一次沥青浇洒或嵌缝料撒布,以及第二次碾压;压实后,进行第二次沥青浇洒或嵌缝料撒布,并第三次碾压;完成第三次沥青浇洒工作后,做最后一次碾压;符合标准之后,还需加以养护。

某段高速公路长度为56km,是省与省之间的运输要道,因建设时间较早,功能日益衰减,质量安全问题频频出现。为此,于2010年对此段道路进行重修,其标段为K73+280~K129+280,其中K73+280~K96+625段为大修,其余为中修。原路面结构中,底基层为水泥稳定砂砾,基层为5cm的中粒式沥青混凝土,面层是4cm的改性沥青。工程耗时一年,自通车,未出现任何质量问题,为安全行车做出了良好的榜样。

3.1 准备阶段

材料质量和设备性能是需要考虑的两个重点。材料指的是沥青混合料和集料矿料,作为基础材料之一,沥青的作用不容忽视,出厂前对沥青进行严格质检,确保其密度、韧性、粘度、针入度、蜡含量等均符合规定标准。产品日期、型号、规格、质检报告单等资料应准备齐全。若发现有不合格者,应及时予以处理。进入现场后还应合理放置,按照类型或其他标准分别贮存,做好标记,避免使用混乱。通常要搭棚放置,以免被雨水淋湿。矿料同样要质量合格,尺寸、级配、磨光值、清洁度等因素均要符合标准,且要合理堆放。

准备阶段应对各项设备进行质量检查,保证油泵系统、液压调整系统、振动器、摊铺器等重要部件没有故障。洒油车的油嘴要保持清洁,与撒油管呈20°左右的夹角。拌合设备各元件要牢固相连,输送机电气系统正常,且搅拌器内没有杂物。运输车辆、摊铺机和压路机的也要保持良好的性能。

3.2 施工流程

首先,在正式施工前通常会有一个试验阶段,以观察铺筑效果及存在的问题。该工程先铺筑了300m长的试验路段。综合施工图纸、机械性能、管理制度等多项因素加以考虑,逐步完成试验路段的铺设工作。同时做好相关记录,并接受质检部门检查,得到允许和总结报告后方可开始大面积施工。根据试验结果,对其中存在的风险进行预测分析。

接着是正式施工,先清扫基层,确保基层的整洁干净,若存在凹凸状,应予以处理。对关键的控制点和控制线进行测量放样后,可浇洒透层沥青,该工程选用的是乳化沥青,可增强基层各材料间的粘度,使其充分结合。而后浇洒透层油,待表面干燥后,使用洒布车浇洒石油沥青。需注意,沥青浇洒时的温度应保持在15℃以上,且要保证其均匀性。沥青不得出现流淌或形成油膜等情况,且浇洒后不得踩踏或通车。

然后开始铺筑主层集料,松铺厚度应符合要求。该工程使用8t的压路机进行第一次碾压,以2.5km/h的速度从边缘向中心移动。若有压实度不能满足要求的地方,应增加碾压遍数,直至基层稳定,且没有明显的碾压痕迹。继而第一次浇洒沥青,乳化沥青通常会在适宜的温度环境中进行浇洒,并且会先铺设一层嵌缝料。如果温度过低,可适当加热乳化沥青。接着是第二次碾压,通常来回5次或6次,直至嵌缝料能够均匀嵌入。夏季施工温度较高,如遇到蠕动等现象,应暂停碾压。碾压后进行第二次的沥青浇洒,接着是第三次碾压和沥青浇洒,然后是最后一次碾压,质量合格后就可开始通车。最后是封层施工和养护工作,在第二次碾压之后就开始进行上封层,主要是为了防止基层表面存在空隙,有水分或其他杂物进入。

3.3 施工要求

首先是贯入式路面施工要求,如需在干燥季节开展,温度不能过高;有良好的施工秩序,加强各环节及各部门间的联系;在基层上浇洒沥青时,基层要保持干燥,所以在施工中还应了解天气情况;及时遮盖周围的人行道和其他一些设施,以防形成污染。

其次是对稀浆封层的要求,温度同样要适宜,通常会使用专业的稀浆层铺装机进行施工,材料用完后,应立即停止铺筑工作,再次装料后方可继续。而且机械在铺筑时,同样要保证表面的均匀性和完整性。

4.1 裂缝防治

早期反射裂缝主要是因为基层开裂或路基不均匀沉降引起的。半刚性基层的施工作业面长且备料数量大,若材料质量不合格,或养护不合理,基层很容易出现干缩或温缩型裂缝。半填半挖路基的填挖结合部位因所修台阶未挖至坚硬土层或碾压不到边,路基完工后往往形成斜状的沉降滑移带,而新填土部分的沉降量比原状土要大,经历自然沉降期后易形成路床裂缝。

裂缝对路面的危害极大,必须加以有效控制。首先沥青混合料设计时,适当增加沥青用量,减少混合料的空隙率,可延缓裂缝的扩展,增加沥青路面的使用寿命。加强碾压使沥青混合料达到较高的密实度,也有利于减少反射裂缝;其次,地质较差的路堑地段应会同设计、业主、监理单位共同现场查看,视具体情况进行换填或加固等处理。并在路基验收时重点加强对路堑地段的弯沉检测,地质不良地段的弯沉测试反应较灵敏。

4.2 离析防治

首先,若沥青搅拌机中振动筛局部发生破裂,会使混合料混有部分超过规格大料径集料,需经常检查,必要时更换振动筛;严格控制搅拌时间,观察混合料中是否有明显的大集料与小集料聚集的现象。

其次,储料筒向运输车装料时,由于重力及高度的原因,大集料滚落在两边及前后,形成集料的第一次集中。为改变这种状况,应分别向运输车的前、中、后3处堆装,这样在向自卸车卸料时,大集料和小集料可以再次混合。

最后,运输过程中料堆表面与空气接触,温度下降较快,而料堆中心温度下降较慢,因此形成温度离析。所以,在为搅拌场地选址时,要尽量使搅拌场地与摊铺现场距离不要太远。

4.3 安全防范

设备的安装与拆卸要有防护措施;电气设备和线路绝缘良好;发电机组基座要牢固,有接地保护,并有消防设备;设备安装完毕后,待检查符合安全生产要求后,方可作业;所有人员必须严格按照规定标准进行操作;高温或者有毒施工中均要做好安全防范工作;雷电大风天气不宜开工;若是夜里施工,应保证有足够的照明;压路机作业时,必须在其前后左右无障碍物和人员时才能启动,靠近路堤边缘时,根据路堤高度留有必要的安全距离,下坡时严禁脱挡滑行;两台以上压路机同时作业时,前后间距不得小于3m;整个过程中应配备常用药品,制定应急方案,尽量安排有医务人员,将损伤降至最低;同时还要文明施工,重视防洪防爆等工作。

综上所述沥青贯入式路面受诸多因素影响,常会出现各种问题,影响到最终质量。这就要求针对出现的问题和潜在的风险,仔细分析原因,并采取相应的解决措施。

沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上,铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。这种路面与砂石路面相比,其和强度稳定性都大大提高。与水泥混凝土路面相比,沥青路面表面平整无接缝,行车振动小,噪音低,开放交通快,养护简便,适宜于路面分期修建,是我国路面的重要结构形式。沥青路面的缺点是温度敏感性较高。夏季强度下降,若控制不好会使路面发软泛油或推移剪裂破坏。低温时沥青材料变脆可能引起路面开裂。

贯入式路面的强度与稳定性主要由石料相互嵌挤作用构成。贯入式路面需要2~3周的成型期,在行车碾压与重力作用下,沥青逐渐下渗包裹石料,填充空隙,形成整体的稳定结构层,温度稳定性好,热天不宜出现推移、拥包,冷天不宜出现低温裂缝,贯入式路面的最上层应撒布封层料或加铺拌和层。沥青贯入式适用于二、三级公路,也可作为沥青混凝土面层的联结层。

沥青结合料将矿质粒料粘结成整体,增加强度和增强路面抵抗行车破坏的能力,并使路面具有抗水性。适合修筑路面的沥青材料主要为石油沥青和煤沥青,此外,还有天然沥青。沥青的性质和标号要求,随沥青路面种类、地区的气候和路段的交通情况不同而异;热拌或热法浇洒以及在炎热地区和重交通道路上宜选用较稠的沥青;冷拌或冷法浇洒以及在寒冷地区和轻交通道路上宜选用较稀的沥青。

( 一)集料

贯入式沥青路面的主层集料应选择有棱角、嵌挤性好的坚硬石料,若使用破碎砾石时,应有一定的破碎面。主层集料的最大粒径宜为结构层厚的0.8~0.85倍。主集料中大于粒径范围中值的数量不得少于50-。当主层集料中细集料含量偏多时,嵌缝料用量宜采用低限值。表面不再加铺拌和层的贯入式路面,在施工结束后每1000m应另备2~3m石屑或粗砂等供初期养护使用。

( 二)结合料

贯入式沥青路面中的结合料可采用石油沥青、煤沥青或乳化沥青。在施工季节气温较低的寒冷地区,或沥青针入度较小时,沥青用量宜采用表中的高限值。在低温潮湿气候下用乳化沥青时,应按乳化沥青总量不变的原则进行调整,上层应比正常情况适当增加,下层应比正常情况适当减少。

( 一)施工机械

贯入式沥青路面的主层集料可采用碎石摊铺机或人工摊铺。嵌缝料宜采用集料撒布机撤布。沥青洒布机在洒布时要保持稳定的速度和喷洒量,并应在整个宽度内均匀喷洒。压路机宜采用6~8t及10~12t进行跟压,主层集料宜用钢筒式压路机碾压。

( 二)施工淮备

贯入式沥青路面施工前,基层应清洁干净。当需要安装路缘石时,应在路缘石安装完毕后施工。乳化沥青贯入式路面必须浇洒透层或粘层沥青。当贯入式路面厚度小于或等于5cm时,也应浇洒透层或粘层沥青。

( 三)施工方法

1.撤布主层集料与碾压。在准备好的基层上,用摊铺机、平地机或人工撒布主层集料,应避免主层集料的离析,在撤布集料的同时注意检查路拱和平整度。主层集料的松铺厚度压实系数约为1.25~1.30,可经试铺确定。主层集料撤布后,严禁车辆通行。主层集料撤布后,采用6~8t的钢筒式压路机进行初压,速度宜为2km/h。碾压时应从路边缘逐渐移至路中心,每次轮迹应重叠约30cm,接着应从另一侧以同样方法移至路中心,以此为碾压一遍。检查路拱和横向坡度,当不符合要求时,应进行调正和找平,再行碾压直至集料无显著推移为止。然后改用10~12t压路机进行碾压,每次轮迹重迭1/2左右,宜碾压4~6遍,直至主层石料嵌挤稳定,无显著轮迹为止。

2.洒布第一遍沥青和嵌缝料。主层集料碾压完毕后,应立即洒布第一遍沥青,洒布方法及要求同沥青表面处治,洒布温度取决于沥青标号;然后立即用集料撒布机均匀撤布第一遍嵌缝料,嵌缝料的撤布应均匀,不足处应找平;嵌缝料扫匀后立即用8~12t钢筒式压路机进行碾压,轮迹应重叠1/2左右,碾压4~6遍,直至稳定为止。碾压时应随压随扫,并应使嵌缝料均匀嵌入。若施工气温较高,碾压过程中可能会发生较大的推移,此时应立即停止碾压,待气温稍低时再继续碾压。当采用乳化沥青作为结合料时,应防止乳化沥青下漏过多。当主层集料碾压稳定后,应先撤布一部分嵌缝料,再洒布乳化沥青。当施工气温较低时,为加快乳化沥青的破乳速度、可将乳化沥青加温后再洒布,但乳化沥青温度不得超过60 。

3.洒布其余层次的沥青和嵌缝料。洒布第二遍沥青,撒布第二遍嵌缝料并进行碾压,依次重复洒布沥青和撤布嵌缝料,并碾压,直至撤布封层料。最后宜用6~8t压路机碾压2~4遍,然后开放交通。当沥青贯入式层表面上直接加铺拌和沥青混合料层时,应紧跟着贯入层施工,使上下成为整体。若贯入层用乳化沥青时,应待其破乳,水分蒸发且成型后方可铺筑拌和层。

4.初期养护。沥青贯入式路面开放交通后的初期养护、交通控制等,与沥青表面处治相同。

( 一)裂缝出现的原因

沥青混凝土路面裂缝问题一直是学术界研究讨论的课题,对裂缝原因也已经形成了比较统一的认识。通常原因有四个方面:施工缝未处理好,接缝不紧密,结合不良;沥青未达到适合于本地区气候条件和使用要求的质量标准,致使沥青面层温度收缩或温度疲劳应力(应变)大于沥青混合料的抗拉强度(应变);半刚性基层收缩裂缝的反射缝;桥梁、涵洞或通道两侧的填土产生固结或地基沉降。

( 二)裂缝处理需注意的方面

通过对裂缝出现原因的分析,我们可分别从沥青混凝土路面沥青选择及基层施工控制两个方面采取措施适当地减少裂缝的出现。按地区气候条件和道路等级选取适用的沥青类型,以减少或消除沥青面层温度收缩裂缝和提高材料抵抗反射裂缝产生的能力。采用优质沥青、改性沥青更为有效。其次,在基层施工中,应控制基层混合料在接近含水量的状态下碾压,防止碾压时含水量过小,压实度和强度不足,造成强度裂缝或含水量较大容易出现干缩裂缝;对分段施工的基层,做好接头处理,分层碾压的基层,上下基层的接头应错开3~5米,以减少出现裂缝的机会;合理选择混合料的配比,控制细料数量;重视结构层的养护,并及早铺筑上层或进封层以利于减少干缩裂缝。

贯入式沥青路面施工难度大,与常规沥青路面施工工艺虽存在较大差异。但施工实践表明,只要严格控制混合料的材料、配合比、拌和、摊铺和碾压等关键工序的质量,改性沥青路面的路用性能可以得到充分的保障。

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