高速公路扩建工程新旧沥青路面拼接及旧路病害处治技术

公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集1高速公路扩建工程新旧沥青路面拼接及旧路病害处治技术余常俊（东盟营造工程有限公司西安市710075）摘要：本文分析了沥青路面破坏的原因，总结了沪宁高速公路扩建工程新旧路面拼接及路面病害处治技术。主要有：（1）新旧路拼接结合部路床加固技术；（2）旧半刚性基层纵向拼接缝和收缩裂缝、旧沥青路面反射裂缝、旧路半刚性基层纵向裂缝等病害处治方法；（3）旧路面结构层铣刨料再生利用；（4）乳化沥青稀浆封层施工技术；（5）土工格栅、玻纤格栅、聚酯玻纤布、聚酯纤维在高速公路扩建工程路面拼接、病害修补中的应用技术。可供类似工程参考。关键词：扩建工程路面拼接养护上个世纪我国已建成的高速公路已相继进入改扩建或大中型养护期，旧路结构层翻修必将产生大量的废旧材料。如何节约资源，将旧的路面结构层回收利用，采取有效措施提高沥青路面拼接后的整体质量、对病害进行有效处治、减少或延缓沥青路面病害的发生，提高沥青路面的力学性能是公路建设者和投资者面临的重要课题。1.概述沪宁高速公路江苏段全长248.216km，1996年建成通车，是华东地区的黄金通道。为适应现代交通大流量、重轴载、高速度渠化交通的要求，沪宁扩建采取“两侧拼接加宽为主、局部分离加宽”的办法，将主线由双向4车道扩建为双向8车道。扩建中，采用土工格栅+水泥石灰土对新旧路结合部路床进行加固；在旧路病害调查的基础上，对路面进行统一修补，对病害严重地段的路面结构层进行了铣刨，将废料再生用于新的底基层；乳化沥青稀浆封层施工后在封层上针对基层裂缝和道路拼接缝铺设玻纤格栅或聚酯玻纤布；在下面层中掺加聚酯纤维；中面层拼接至旧路面顶平齐，然后将新旧路面统一加铺4cmSMA13罩面。在确保高速公路安全畅通的条件下从事如此浩大的路面病害修补工程，在国内尚无先例。在高速公路扩建中，如何采取有效措施保证沥青路面的拼接质量、改善和提高沥青混凝土的路用性能、减少道路病害、提高道路寿命是值得大家关注的问题。2.沥青路面拼接缝、病害成因2.1扩建工程主要存在以下拼接缝或裂缝：(1)新旧半刚性基层纵向拼接缝。(2)新旧沥青下面层纵向拼接缝。公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集2(3)新旧沥青中面层纵向拼接缝。(4)新旧半刚性基层收缩裂缝。(5)旧半刚性基层的纵向裂缝。(6)旧沥青路面横向反射裂缝。2.2路面病害成因沥青混凝土路面最常见的病害有：车辙、拥包、泛油，纵横向裂缝、网裂、坑槽、凹陷、唧泥、修补后损坏等。引起这些病害有设计、施工、管理体制和运营环境（超载、恶劣气候）等原因。沥青混合料强度的抗变形能力受温度变化影响较大，随着温度下降，沥青结构层的强度会增大，易出现脆性破坏。特别是突然降温时，沥青混凝土层与基层之间存在着一定的温差，沥青受基层的制约不能自由收缩，当收缩力大于沥青混凝土本身的极限抗拉强度时，面层的裂纹就产生了。由于沥青与基层之间有一种相互约束力，这种约束力使沥青结构层受到基层裂缝发育的影响，于是有人就将由于因基层裂缝导致面层发生的裂缝称之为反射裂缝；当基层无论是唧泥，还是雨水从面层或中央分隔带渗入路面结构层中，骤然降温、重车行驶就给胨胀裂缝的发育创造了条件；雨水渗入裂缝，在行车荷载作用下，易造成面层脱空或基层承载力减弱。我国南方地区雨量充沛，四季分明，低温时沥青路面会产生收缩裂缝，由于低温、超载行驶，沥青路面的裂纹会向周边扩散，一旦超出极限荷载将导致路面结构受到严重损伤，促使路面开裂、拥包，甚至局部下陷，导致路面破坏；在秋冬或冬春交替时间内，路面温差变化频繁，易产生疲劳裂缝；新旧路基发生不均匀沉降则可能产生纵横向裂缝；当有超载超限车辆行驶时，沥青路面底部产生过大的拉应力，当拉应力超过沥青结构层的抗拉强度时，在结构层的底部就产生裂纹，裂纹继续向上发育就形成了荷载裂缝；路面行车荷载、自然因素、施工因素会造成路面产生松散、坑槽、脱皮等病害。若经常作用于路面的荷载大大地超过路面的设计荷载，将极大地缩短道路的使用年限，给国家或企业造成经济损失。超载车辆的行驶，加速了路面的破坏，局部段落严重受损，过量超载的是加速路基沉降、造成高速公路沥青路面早期破坏的祸首。此外，路面结构设计不合理、沥青面层混合料类型不当、管理措施不到位，也是引起路面早期破坏的原因之一。构造物台背沉陷，引起台后跳车，主要原因是台背回填材料不合理、质量差，监理工程师把关不严，造成台公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集3后填料辗压不实。施工单位在进行台背回填时，没有严格按操作规程办事同时又缺少监控手段，无法保证台后填料的压实度，这些都会直接影响沥青路面的耐用性。3.病害调查施工前，由业主、施工、监理单位组成路面病害调查小组，对路面破坏情况进行详细调查，将道路病害情况按段落起讫点桩号、行车道位置、病害类型、尺寸等情况，统计在“旧路病害调查表”中，向监理、业主上报“旧路病害处理方案审批表”，由监理、设计单位、业主组成专家组进行联合会诊，确定修补方案。4.新旧路面拼接原则及裂缝处治思路沪宁高速公路扩建工程在从事新旧路面拼接和病害修补时，引进了新工艺、新材料、新技术，采取了有效的处理手段将重点放在废料再生利用、拼接缝处理、病害修补、改善沥青路面的力学性能、延长路面的使用寿命的处理上。路面铣刨时严格按设计要求形成台阶，原则上旧路面超车道结构层全部利用，行车道上面层部分铣刨，中下面层部分利用。新旧路面采取分层错缝拼接，新旧底基层、基层拼接缝在第2车道与第3车道之间；沥青混凝土结构层拼接缝在第2车道内。拼接前用单向土工格栅+水泥稳定石灰公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集4土对新旧路基结合部路床加固；对基层裂缝δ≥3mm、底基层裂缝小于δ≤2cm的用灌缝胶或乳化沥青灌缝；对严重病害段落逐层检查，对存在纵横向裂缝、沉陷、车辙、拥包、泛油或多次修补并且面层松散的段落，根据沥青结构层厚度及病害调查情况，利用铣刨机逐层铣刨，根据实际情况决定是否铣刨下一个结构层。铣刨时，铣刨机的铣刨速度宜控制在4～6m/min内。对厚度不足、基层两层分离现象严重、局部基层松散、有纵横向裂缝的基层全部铣刨，对单条纵缝宽度大于2cm或有多条纵横向缝的底基层全部铣刨，将铣刨料按一定的配合比组成混合料用于新的底基层。路面结构层铣刨完毕，人工配合清扫车清扫作业层面，用森林灭火机将作业面吹净，清理新旧路面的拼接缝、旧裂缝残留的石子或其他杂物，将结构层上尖锐和突起部分铲平，保证纵向拼接缝、纵横向裂缝两侧高差≤3mm。对新旧基层裂缝、新旧基层纵向拼接缝、新旧沥青路面的裂缝进行必要的灌缝；在基层上作乳化沥青稀浆封层；为了防止新旧基层产生的裂缝波及到沥青路面，在施工沥青下面层之前，针对乳化沥青稀浆封层以下的基层裂缝、新旧半刚性基层纵向拼接缝、新旧半刚性基层收缩裂缝、旧半刚性基层的纵向裂缝在稀浆封层顶面相应位置铺设玻纤格栅或聚酯玻纤布；在旧沥青路面横向反射裂缝部位也铺设聚酯玻纤布；在下面层中掺加聚酯纤维以提高抗车辙能力；新旧路面拼接完毕，再统一加铺4cmSMA罩面。5.路面拼接、养护中的合成材料5.1单向土工格栅单向土工格栅，是由高分子聚合物经挤出、拉伸形成具有整体性且分布均匀的椭圆形网状结构，具有强度公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集5高、韧性好、耐腐蚀、抗旧化、摩擦系数大等特点，是理想的加筋加固材料之一。土工格栅与土体间的相互嵌锁、粘结作用，能在路基中形成连锁结构，限制土壤或介质颗粒的侧向位移，起到加筋骨架的作用，给路基形成一个整体的受力平台，从而减少道路沉降和裂缝产生，有效提高路基的稳定性和交变载荷承受能力，延长道路使用寿命。5.2玻纤格栅玻璃纤维土工格栅是以高强度玻璃纤维为材质的加筋格栅，具有较大的抗拉强度及弹性模数、较低的延伸率，并具有耐高温、耐低寒、耐腐蚀、抗旧化等优良性能。自粘式玻纤网施工方便、粘附力强，在沥青混凝土摊铺和碾压过程中不会发生推挤和旧化变形，可增强沥青混合料的整体抗拉强度，有效地改善路面应力分布，抵抗和延缓由基层裂缝引起的面层反射裂缝的发生，从而提高路面使用寿命，是处治沥青混凝土路面反射裂缝的优良材料之一。5.3聚酯玻纤布Trupave是由美国欧文斯•科宁公司（OwensCorning）生产的玻璃纤维和聚酯纤维混合物通过经编或粘合无纺布而成的一种全新玻纤复合土工材料，它具有以下特点：（1）聚酯玻纤布集中了玻璃纤维和聚酯纤维的优点，既有玻璃纤维的强度又有聚酯纤维的柔韧性。当聚酯玻纤布铺设于基层上时，当基层有反射上来的裂缝产生时，它能在瞬时能产生强大的应力，有效地消除裂缝对沥青混凝土层的影响，延缓或推迟反射裂缝的发生；（2）聚酯玻纤布有很高的耐热性、耐寒性、抗疲劳性和冲击韧性，能够承受热沥青混凝土施工期间的高温，不变形，适用于沥青路面的修复。5.4聚酯纤维聚酯纤维是一种类似蚕丝一般细的短纤维，是由英国与丹麦联合研制的“克耐维”纤维，是从石油中提炼出的原料加入特种添加材料采用“旋转--熔化”法生产出来的，“克耐维”纤维在-40℃～250℃的温度内不变形，利于在搅拌锅中搅拌并与混合料均匀混合在一起，具有吸附力强、易分散、不结团等特点，每根纤维都是独立的。1kg聚酯纤维就含有2亿根以上纤维，当聚酯纤维加入沥青混合料中时，它将以三维立体方式与混合料粘结在一起，产生巨大的内聚力，能有效地抵抗各种应力的作用，大大改善沥青路面的高温稳定性，抗疲劳耐公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集6久性，并且具有低温抗裂和防止反射裂缝的性能，极大地提高沥青路面的力学性能和使用寿命。6施工方法6.1路床加固新旧路基结合部验收合格后，在有良好的交通组织的前提下，按设计要求以第2、第3车道分界线为基准，向路基外侧1.5ｍ处为路床处理的内边缘线，继续向外延伸4ｍ作为路床处理的外边缘线划线。先对路床表面进行清理，在加固范围打好方格，于方格内按计算水泥用量均匀摊铺32.5级缓凝硅酸盐水泥，接着铣刨指定的路床部分。铣刨下来的混合料通过输送带输送到新拼接的路基上堆放。为防止水泥混合料中出现疙瘩现象，铣刨机前进的速度不宜过快，铣刨过程中由铣刨机驾驶员按计算加水量均匀加水，气温变化则应调正用水量，将混合料的含水量控制在最佳含水量±2%以内，以保证混合料满足碾压要求，路床处理深度为20cm。用18-21T铁三轮压路机对铣刨后的槽底静压2～3遍至无轮迹，再在槽底将幅宽4m的土工格栅拉紧钉牢，然后用装载机或平地机将混合好的水泥稳定石灰土推到槽内，整平后压实，土工格栅采取缝合搭接。检测合格后，24小时内不得从事底基层施工，也不得有任何机械设备在上面行走，并用土工布覆盖洒水养护(工艺流程见图3)。6.2病害处治6.2.1铣刨料再生利用铣刨料运到拌和场内分类堆放，粒径大于3cm的旧料则应剔除，为防止铣刨料结块，宜将铣刨料堆积高度控制在2m以内，利用厂拌设备，将沥青旧料和基层旧料各按50%掺加2%的32.5级早强缓凝硅酸盐水泥组成新的底基层混合料；当基层铣刨料不足时，可用最大粒径小于4.75mm的石屑代替，最佳含水量控制在±2%，配合比为沥青旧料：二灰碎石(基层)：石屑=50:30:20或沥青旧料：二灰碎石：石屑=45:25:30。公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集7铣刨料入仓前用装载机配合人工翻拌，使已结块的料松散，便于加工，同时也是为了保证再生料的整体质量。6.2.2乳化沥青稀浆封层施工乳化沥青稀浆封层是以慢裂快凝的阳离子乳化改性沥青为结合料，与适当级配的骨料、填料、添加剂和水按一定比例拌和均匀的稀浆混合料，经具有储料、送料、计量控制和拌合摊铺能力的稀浆封层车在新旧半刚性基层上摊铺，摊铺后的混合料经破乳、凝结、硬化而形成的一种层状结构。具有沥青含量大，空隙小，密度大等特点，封层厚度常在3～6mm。在沥青路面预防性养护中，乳化沥青稀浆封层的主要作用是降低路面的透水性、提高摩擦系数、适当改善平整度。使基层与沥青结构层之间造就一个良性过渡层和产生有效联接并兼顾加固补强功能，优越于洒布式单油单料的下封层。路面结构层铣刨完毕，人工配合清扫车清扫作业层面，用森林灭火机将作业面吹净，清理新旧路面的