新型高速公路车辙处治技术

  我国的高速公路发展比西方发达国家晚近半个世纪的时间,从上世纪80年代末开始起步,90年代末进入快速发展期,年均通车里程超过4000公里,年均完成投资1400亿元。

  改革开放以后,尤其是进入20世纪80年代后,随着我国国民经济的快速增长,高等级公路得到了很大发展。1988年沈大高速公路、沪嘉高速公路等我国大陆首批高速公路通车,以高速公路为代表的高等级公路路面中绝大部分采用了沥青路面结构。随着公路交通量的增加、汽车轴载的加大以及渠化交通的形成,超载、重载也越来越突出,我国高速公路沥青路面永久变形已成为引人注目的普遍问题。我国沥青路面的容许车辙深度(RD)由行驶质量与行车安全调查结果统计分析论证确定,高速公路容许车辙深度建议值为10~15mm,一般认为当路面车辙大于等于容许车辙深度时,该路段即需要维修。目前,国内的高速公路绝大多数都采用半刚性基层沥青路面的结构形式,由于半刚性基层的强度高、板体性好,基层及基层以下的变形极小,车辙主要来自于沥青面层在车载作用下产生的永久变形。随着交通量不断增长以及车辆行驶的渠化,沥青路面在行车荷载的反复作用下,会由于永久变形而导致路表面出现车辙,影响了路面的平整度;轮迹处沥青层厚度减薄,减弱了面层及路面结构的整体强度,易于诱发其他病害:雨天路表排水不畅,降低了路面的抗滑能力,甚至会由于车辙内积水而导致车辆漂滑,影响行车安全;车辆在超车或更换车道时方向失控,影响了车辆操纵的稳定性,诱发交通事故。可见由于车辙的产生,严重影响了路面的使用寿命和服务质量,车辙已成为国内高速公路沥青路面的一种主要病害形式。以江苏省为例,车辙深度超过10mm的路段已达到单车道2000公里。而且,从江苏省高速公路的路面病害发展情况来看,无论路段交通量大或小,车辙病害在路面病害中所占的比重均呈上升态势。

  为了提高路面的使用品质、延长路面的使用寿命,需对车辙病害相对严重的路段进行处治,当前国内外主要采用微表处、铣刨重铺、就地热再生等方式处治。

  根据我国高速公路管理部门养护资料的分析结果可知,这些养护方法存在种种不尽如人意之处。微表处填补技术处理车辙病害有如下主要问题:使用该方法处治车辙病害后,路面使用性能差,行车舒适性差,且处治寿命短,不能从根本上解决路面病害问题,只能起到缓解的作用,可能在1?2年后,又会出现新的病害。

  另一种常见的车辙处治方法基本采用铣刨重铺,这种方法处理效果一般较好,但工作量大、造价高,同时容易引起旧路面损伤及产生铣刨废料污染环境,并且施工对交通的干扰比较严重,不符合道路可持续发展的宗旨。

  就地热再生是一种新兴的车辙处治技术,它较好地解决了旧路铣刨重铺中废料的处理问题,具有环保意义。但这种技术只在我国局部地区得到很少的实际应用。这主要因为昂贵的就地热再生设备及施工过程不易控制,从而导致了该技术没有大规模推广应用,且实际路用性能还有待进一步验证。

  东南大学倪富健教授课题组针对当前我国高速公路中存在着严重的车辙病害,及上述三种车辙处治方法的不足之处,从2006年开始,与江苏省广靖-锡澄高速公路有限公司合作研究新型车辙处治养护材料——易密实沥青混凝土,易密实沥青混凝土(Easy-Compact Hot-Mix Asphalt,简称ECA)针对高速公路实际产生的不同车辙深度,依据公称最大粒径的不同分为6.7和10两种类型。 ECA-6.7主要应用于摊铺厚度1.5~2.0cm,ECA-10应用于摊铺厚度2.0~2.5cm,从而保证了实际应用时,不同严重程度的车辙病害均可使用本技术进行处治。从实际使用条件出发,ECA-6.7采用高强度改性沥青作为胶结料以提高其抗车辙能力,并可视当地气候条件掺入0.2%聚酯纤维进一步提高ECA-6.7的低温抗裂性能。ECA-10选用SBS改性沥青作为胶结料。

  易密实沥青混凝土研究的关键是选取一种化学添加剂掺入沥青中,该添加剂可暂时降低沥青粘度,达到增强沥青混凝土流动性的效果,使混合料在施工中易于碾压密实。同时,室内性能对比试验表明,使用该添加剂后沥青混合料的性能并不会降低,甚至部分性能还有所提高。

  具体来说,易密实沥青混凝土具有如下突出优点:相对常规热拌沥青混合料出料温度降低20℃~40℃;由于料温与环境温度的差异减小,ECA在储运过程中降温速率下降,允许储存时间和运输时间均延长;显著降低拌和及施工过程中的有害气体和温室气体的排放;现场施工温度可比热料低40℃左右,温度下降速率减缓,保证了充分的碾压时间,使细粒式的薄层沥青混合料较容易达到压实度要求。这些明显的技术优势保证了ECA在低温季节和长距离运输时,仍能满足使用性能。

  倪富健教授课题组于2008年完成了易密实沥青混凝土车辙处治技术相关室内研究工作,并在2008年9月将其应用于广靖-锡澄高速公路的车辙病害处治过程中,此次车辙修补方案依据现场车辙病害的程度,分为三种处治方案:

  1.当车辙为主要病害,路面裂缝较少时,使用ECA-6.7进行车辙填补;

  2.车辙深度小于15mm,原路面裂缝较多时,对裂缝进行处治后使用ECA-10进行直接罩面;

  3.车辙深度大于15mm,原路面裂缝较多时,先使用ECA-6.7车辙填补,再用ECA-10罩面。现场施工工序依次简略如下:

  1.划线

  顺着行车方向,画出铣刨、填料摊铺的宽度范围。

  2.铣刨整形

  对车道中心3.1m范围内进行铣刨,铣刨深度以边缘无车辙处为标准,铣刨深度为1.5cm,如下图所示:


  3.清理

  铣刨过后,必须对路面进行彻底清扫,有必要时采用高压水枪进行冲洗,确保路表无浮灰。

  4.裂缝处治

  为防止反射裂缝,在原路面裂缝处贴聚酯玻纤布。针对裂缝发展较深的情况,可向裂缝下再深挖4~5cm,挖掘宽度1.2米,然后再贴布处治。

  5.喷洒粘层油

  本技术方案所采用的粘层油是高粘度改性乳化沥青,沥青的粘度高,施工车辆行驶过程中容易粘轮,铣刨后的路面,必须清扫干净,如果条件允许应该用高压水枪进行冲洗,除去表面的浮灰,使粘层油与沥青混凝土直接接触。严格控制粘层油的洒布量(0.2~0.4L/m2),确保撒布均匀,洒布范围的边缘必须保证粘层油的洒布量,在接缝处必须派专人用刷子涂抹高粘度乳化沥青。撒布粘层油后的路面。

  6.混合料摊铺和碾压

  沥青混合料的摊铺和碾压工艺与常规热拌沥青混合料相同。与传统的铣刨重铺处治方案相比较,易密实沥青混凝土处治车辙技术无论是铣刨量还是拌合、摊铺、碾压工作量均有明显的减小,可以明显减少养护维修工程对交通量的影响,产生良好的社会效益。

  在路段施工完毕后,对易密实沥青混凝土处治车辙路段进行质量检测,检测结果表明易密实沥青混凝土表面功能特性优良,压实度均达到96%以上,完全取得预期效果。值得一提的是,与作为对比方案的Novachip处治方法相比,易密实沥青混凝土路面还具有车内噪音小的优点。上图为施工完毕后,现场取回的芯样,左为ECA-10,右为ECA-6.7。从芯样可以看出,混合料压实情况良好。易密实沥青混合料由于处治、摊铺厚度薄(1.5~2.5cm),可极大地节约工程造价。以广靖-锡澄高速公路车辙处治项目为例,采用易密实沥青混凝土进行车辙处治的工程造价约为12~14万元/公里.车道。

  广靖-锡澄高速公路车辙处治项目完工于2008年9月底,并于2009年12月上旬进行跟踪观测。通过此次观测,发现路面经过夏天高温,冬天暴雪,春秋天强降雨的考验后,路面并没有出现明显的路面病害,平均车辙深度约为3mm,表现出良好的使用性能。

  综上所述,采用ECA进行车辙病害处治,能够迅速恢复路面的平整性、抗滑性,相对于微表处处治方法具有噪声低的优点,提高高速公路的行驶质量;相对于就地热再生和传统的铣刨重铺方式能够降低高速公路的养护成本,减少能源消耗和降低环境污染。ECA技术符合我国可持续发展战略和建设节约型社会、和谐社会的国家目标,ECA技术在降耗、减排、可操作性等方面的优势,对于交通基础设施可持续发展和和谐发展,具有战略意义。若能以广靖-锡澄高速公路车辙修补项目为模板,将技术先进、性能优良、成本合理、易操作的ECA技术在江苏省乃至全国进行推广,将会产生巨大的社会效益和经济效益。

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