“白改黑”路面应力吸收层技术研究_杨宇晓.pdf

运输经理世界道路工程与技术0引言水泥混凝土路面的耐久性好，投入运营后养护成本低，并且施工操作方便、快捷，所以被广泛应用于公路建设中。但是在长期车辆通行荷载以及环境等诸多因素的共同作用下，导致水泥混凝土路面投入使用后发生病害问题，给道路交通的安全性带来很大影响。因此，水泥混凝土路面性能改造、提升是相关工程技术人员研究的重点。在公路改扩建工程实施环节，传统的破碎旧路面加铺沥青结构层的方式投入资金较多，同时还有较大的安全隐患，经济性、环保性都比较差，投入使用后也容易发生损害问题。以应力吸收层的旧混凝土路面加铺沥青层的施工方式，可以消除上述问题，提高道路交通通行效果。应力吸收层技术是实现路面“白改黑”目标的关键技术，由于“白改黑”路面工程施工过程较为烦琐，相关的技术要求也有不同，因此对应力吸收层技术操作要点进行分析，掌握施工重点，对推进改扩建路面工程的进度、质量均有重要帮助。1应 力 吸 收 层 对 旧 混 凝 土 路 面 的 性 能要求从相关文献资料分析可知，并不是全部的旧水泥混凝土路面都适合应用应力吸收层进行施工，所以在施工前期阶段，应对现场损坏的情况展开调查分析，比如进行平整度检测、取芯检查、路面抗滑试验、路面错台分析、弹性模量分析等，对现场的路面状况有足够的了解，并根据检测结果分析确定路况信息，并做出详细的评价，为后续现场施工提供基础条件。在目前的公路性能分析中，可通过损坏路面损坏状况指数（PCI）、路面行驶质量指数（RQI）和路面抗滑性能指数（SRI）进行，具体如表 1 所示。根据现场路面存在的病害问题，合理加铺应力吸收层，提升结构性能和质量。表 1 公路使用状况评定表（部分）位置12345长度/m10001000100010001000路面分项指标路面抗滑性能指数（SRI）73.369.087.679.085.8中次良中良路面损坏状况指数（PCI）67.974.571.773.570.9中良良良良路面行驶质量指数（RQI）83.9183.6384.7083.4585.54良良良良良2应力吸收层铺设质量控制要点通常而言，应力吸收层需要铺设在旧水泥混凝土结构的表面，与直接铺设沥青混凝土结构层相比较，其优势非常明显，分析其原因，主要是在相同条件下，应力吸收层制作为软中间层的形式，该结构层可以吸收、分散应力，实现荷载应力参数的改变。结合工程的实际需要，此次工程施工中选择应用橡胶沥青应力吸收层+双绞合金属网与 Strata 反射裂缝应力吸收层，该组合形式的性能非常优越，可以满足工程的施工需要，具体参数如表 2 所示。表 2 车辆荷载作用下不同加铺层接缝处的应力对比加铺结构直接加铺合成材料夹层(10MPa)合成材料夹层(400MPa)应力吸收层-0.878-0.864-0.847-0.4361-0.351-0.349-0.350-0.3512-0.677-0.658-0.657-0.649“白改黑”路面应力吸收层技术研究杨宇晓（南昌市公路事业发展中心高坊岭分中心，江西 南昌 330200）摘 要：为了提升道路交通通行效果，以某公路项目为案例进行分析，分别从应力吸收层对旧混凝土路面的性能要求、应力吸收层铺设质量控制要点、“白改黑”的技术要点等方面探讨“白改黑”路面应力吸收层技术在道路施工中的应用，以期促进相关施工技术的完善。关键词：“白改黑”；混凝土路面；应力吸收层中图分类号：U416.2文献标识码：A28运输经理世界道路工程与技术2.1 橡胶沥青应力吸收层+双绞合金属网2.1.1优点双绞合金属路面加筋网是目前比较新颖的金属路面加筋施工材料，钢丝网结构抗拉性能高、应变率低，并且能够发挥网面与集料的咬合性作用，延缓裂缝的发生，减少弯曲变形现象，可以有效抵抗反射裂缝、温度裂缝、疲劳裂缝的影响。同时，还能减小荷载作用下形成的车辙、推移等病害问题，提升路面承载性能，有效改善交通状况，延长道路的使用寿命。钢丝网通常设计为敞口三维结构形式，和沥青集料基石互锁形成稳定结构。这种结构形式可以将受到的外部荷载快速转移到加筋材料上，使得荷载应力快速扩散出去，有效延长结构的疲劳寿命。每股钢丝和周边沥青组合形成整体，其材料内包含 95%的沥青混合料，并且设置连续集料结构，抗拉防裂性能非常优越。钢丝网的主要特性是低蠕变、结构抗拉强度高，即使外部瞬间有较大拉力，依然可以保持较好的性能，避免蠕变而导致开裂的问题1。2.1.2施工质量控制要点橡胶沥青应力吸收层主要的施工原材料是集料、基质沥青、橡胶沥青等。双绞合金属路面加筋网结构的钢丝网性能优越，在施工中需要检测钢丝直径、镀层厚度、锚固性能、钢丝抗拉强度等。在现场施工环节，对于金属网铺设施工有明确要求，相邻结构的搭接长度必须符合要求。在网面纵向每隔 35m 剪断一次边端钢丝，可以释放网面应力，使得网面更为平整。网面铺设施工到位后立即采用胶轮压路机进行现场的碾压整平处理，避免出现应力变形的问题。压路机应在全路面宽度进行碾压施工，以保证全部路面都可以达到摊铺施工标准。现场准备小型冲击钻等设备，打入钉子固定网面，保持和混凝土路面紧密贴合，提升结构性能。通常而言，钉子直接打入横向加筋棒，以防止网面移动。在加筋网经过固定施工后，才能开始上部应力吸收层结构的施工。在施工开始前，需要检查加筋网的结构，如果存在翘曲、平整度不合格等问题，要立即加固处理；路面表层达到干燥性标准后，及时开展后续施工。施工环节采用集料预裹覆工艺。在现场摊铺施工中，应控制好现场施工环境，防止因为车辆移动导致网面推移。禁止车辆在路面急转弯、掉头，否则会损坏钢筋网结构，或者出现其他影响施工质量的问题。对于现场出现的结构损坏或者病害问题，要及时采取措施进行处理。此外还需要注意两点，一是禁止履带机械直接作用于路面加筋网，二是禁止任何外部车辆进入施工现场2。2.2 Strata 反射裂缝应力吸收层2.2.1优点Strata 系统是壳牌（中国）有限公司为了预防水泥混凝土路面加铺沥青罩面后发生反射裂缝而研发的，预防反射裂缝的应力吸收层具备较高的弹性，且使用不渗透的聚合物改性沥青混合料层，可以控制反射裂缝，也能避免雨水侵蚀的影响。较之其他防反射裂缝材料，施工更加方便，经济效益更加明显，且具备可回收性,而且防水破坏效果更好，综合利用价值更高。目前我国很多省份都开始应用“白改黑”的处理方式，有效提升了道路工程的施工效果和使用性能3。2.2.2混合料配合比试验混合料配合比设计环节，应用旋转压实仪进行 50次现场压实试验，检测混合料体积性能，以确定最佳的沥青用量。分析表 3 数据，确定沥青比例为 8.7%、9.0%、9.3%的条件下，混合料的体积性能合格。表 3 混合料沥青含量试验结果沥青含量（%）理论密度（%）试件密度（%）空隙率（%）矿料间隙（%）8.72.4462.4071.620.59.02.4352.4031.320.89.32.4242.4001.021.2分析表 3 数据可以发现，沥青加入比例为 9.0%的情况下，沥青混合料的性能指标合格。在该基础上，加强力学性能检测试验，明确相应的质量控制参数。经 过 对 该 混 合 料 实 施 性 能 检 测、疲 劳 测 试 等 试验，明确混合料的各项技术指标，发现该次工程的最佳沥青加入比例为 9.0%。2.2.3Strata 反射裂缝应力吸收层厚度的确定应力吸收层属于软夹层施工结构，弹性性能比较小，厚度会消减裂缝部位的应力，防止存在应力集中的情况，也能延缓反射裂缝的开裂时间。在加铺厚度恒定的情况下，应力吸收层厚度的增大，会造成沥青加铺层结构厚度减小，如此将引发车辙、压实不足等问题，后续维护成本升高，影响工程的总体效益。经过研究分析发现，应力吸收层结构和荷载应力存在着直接的联系，所以在具体施工中，要考虑应力吸收层受厚度变化的影响，具体计算结果如表 4 所示。表 4 计算结果吸收层厚度/cm134-0.349-0.442-0.4111-0.344-0.358-0.3242-0.667-0.678-0.625Mises0.5470.5380.529分析表 4 的数据信息，发现应力吸收层厚度设定为 1cm 时，层底等效应力Mises最大，即在应力吸收层厚度增大的情况下，层底等效应力会不断降低。因此，从经济、技术层面分析，应力吸收层厚度应不超过2.5cm。2.3 施工质量控制要点一是在项目施工中，必须加强控制原材料的质量29运输经理世界道路工程与技术和稳定性，达到级配性能的要求，否则应及时调整供货渠道和混合料配合比。二是在生产环节，应确保拌和楼内的生产参数与生产配合比的设计符合要求，以保障 Strata 反射裂缝应力吸收层性能合格4。3“白改黑”的技术要点分析某国道运营多年，其中一路段出现了较为严重的错台、断板等病害问题，对道路通行的舒适度、安全性产生严重影响。水泥混凝土结构损坏程度会随着交通量的增大而持续恶化，后续养护成本也会不断升高。因此，养护单位结合实际情况，对现场道路进行改造与升级。该次改造工程中，包含原路面结构处理、橡 胶 沥 青 层 加 铺 施 工，具 体 按 照 下 述 标 准 要 求进行。3.1 原有水泥混凝土板块灌浆处理在该次改造项目施工中，需要对四角弯沉差超过0.2mm 的板块实施灌缝作业。灌浆施工环节的质量管控以压力符合要求或者板缝出浆为合格。灌浆施工前，应进行水泥砂浆材料的质量检测，并严格根据工序方案展开施工，以保障施工效果。处理完成的板块，要再次进行灌浆施工效果检查。具体而言，灌浆施工包含下述工序：一是定位。根据设计方案要求进行桩位控制，注浆孔偏差在 2cm 以内。二是钻孔。采用 空 压 机、凿 岩 机 进 行 钻 孔 作 业，孔 径 设 定 为 35cm，深 度 应 超 出 混 凝 土 板 厚 度，进 入 稳 定 基 层 13cm 为宜。埋管环节要做好密封性处理，以保障结构性能。三是清孔。通过空压机将内部杂物清理干净，及时消除碎屑、粉尘等；清孔施工完成后，如果因为某些因素导致无法及时注浆施工，需要对孔口进行封闭处理，以免杂物、雨水进入孔内影响施工质量。四是制浆。按照设计方案要求配制水泥浆液，为水泥粉煤灰膨胀剂早强剂水=120.080.061.2。按照上述比例加入搅拌桶内，混合均匀，防止出现沉淀。五是灌浆施工。将注浆栓塞打入孔内，与混凝土块稳定连接，其底部应该和基层有足够的距离，使用软管出料口套住栓塞，并加以固定。如果连接部位的牢固性不足或者密封性不合格，将造成漏浆、爆孔、压力不足等问题。压浆作业中，要保持缓慢加压，通常压力为 2.0MPa，保压 23min，使浆液全部渗透，符合密实度标准后关闭卸荷开关，将压力缓慢下降至 0MPa。六是灌浆孔封闭。栓塞拔出后，使用灰浆封闭灌浆孔，也可以使用芯样封孔，保证严密性达标5。3.2 橡胶沥青应力吸收层橡胶沥青应力吸收层结构现场施工开始前，应进行清扫处理，将公路表面的浮灰、泥浆清理干净，使表面集料基本裸露出来，并完成沥青黏层结构的施工。在橡胶沥青撒布实施前，要做好下述检查工作：一是空气温度与地面温度都要在 15以上；二是下承层结构达到干燥性标准，路缘石有防护结构；三是风速以不影响现场铺设施工为宜；四是现场所有设备如沥青撒布车、碎石撒布机、胶轮压路机等状况良好，性能符合工程标准。进行橡胶与沥青碎石撒布时，选择应用同步碎石封层车施工，将高温橡胶沥青与洁净干燥的碎石均匀铺设到路面表层，在最短时间内完成结合处理，以提升结构的强度。应用 25t 以上的胶轮压路机碾压，以达到密实度标准。碎石撒布施工结束后，压路 机 应 紧 随 摊 铺 车 及 时 开 展 碾 压 处 理，碾 压 3 遍 为宜。碾压施工环节的时间控制在 10min 内。在上层沥青混合料铺设施工前，及时进行应力吸收层的清扫处理，将表面松散碎石清理干净，防止出现黏结效果不合格的情况。橡胶沥青应力吸收层结构要保证和上层沥青混凝土结构连续开展施工，同时要做好交通管制，如果不得不开放交通，应在橡胶沥青应力吸收层结 构 施 工 结 束 3h 后 再 开 放，且 车 辆 速 度 控 制 在25km/h 以下。如果上层混