高速公路的灌縫修補技術
青海省地處青藏高原,地域遼闊,自古就是唐蕃古道的必經(jīng)之地。隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,青海高速公路的發(fā)展帶來前所未有發(fā)展機遇。自2001年7月1日,青海省條高速公路——西平高速通車以來,高速公路的通車總里程已達217公里,在建里程397.83公里。
在特殊的地理條件、惡劣的氣候條件和相對落后的經(jīng)濟條件下,高速公路的養(yǎng)護面臨著更多的挑戰(zhàn),為此我省在高速公路預防性養(yǎng)護工作方面做了大量的探索與嘗試。其中,針對裂縫處理技術,在借鑒國外技術和兄弟省份成熟經(jīng)驗的基礎上,我省經(jīng)過多年的探索與創(chuàng)新,總結出了一套具有青海高速公路養(yǎng)護特色的科學灌縫方法。在公路全壽命周期養(yǎng)護理論的框架下,有效地延遲了我省高速公路2至3年的大中修時間,延長了路面的使用年限。
一、科學分類
隨著瀝青的不斷老化,瀝青混凝土路面上裂縫的生成是一種必然。青海省高海拔、溫差大和強紫外線更是成為加速瀝青路面老化的主要殺手。另外,我省的高速公路絕大多數(shù)采用半剛性路面基層,在重車荷載和溫度劇烈變化的作用下,這種基層易開裂,并在行車荷載的反復作用,反射到瀝青面層,以橫向反射裂縫的形式表現(xiàn)出來。這也是我省高速公路裂縫生成的主因和主要的存在形式。通常,高速公路建成通車2~3年,開始出現(xiàn)這種橫向反射裂縫,并在隨后的2~3年內(nèi)進一步發(fā)展并趨于穩(wěn)定。
隨著橫向反射裂縫的生成并逐漸趨于穩(wěn)定,以及瀝青路面的不斷老化,其它形式的裂縫也會不斷地表現(xiàn)出來,諸如縱向裂縫(車轍部位和冷接縫處為主)、塊狀裂縫、局部龜裂和網(wǎng)裂等。
為了更加科學地指導灌縫工藝和密封材料的選擇,以達到更佳的灌縫效果,我們將裂縫分成兩大類,即運動型裂縫和非運動型裂縫。隨著季節(jié)交替和溫度變化,運動型裂縫在水平方向上有一定的伸縮量,從形式上主要以橫向裂縫為主。而非運動型裂縫,在水平方向上沒有伸縮量或伸縮量很小,從形式主要表現(xiàn)為縱向裂縫、塊狀裂縫、局部龜裂和網(wǎng)裂等。
當然,以上的兩種裂縫分類不包括結構性裂縫,如基層沉陷生成的裂縫。結構性裂縫的修補不在本文討論的范圍之內(nèi)。
二、調查與分析
在灌縫施工前,對所轄養(yǎng)護路段進行詳細的裂縫病害調查,為編制灌縫年度計劃和修補對策提供基礎依據(jù)。針對青海冬季路面冰凍時間長的特點,為了抓住春季更佳的灌縫時機,對裂縫的調查統(tǒng)計工作在3月末前結束。調查按線路進行,記錄每條裂縫的位置、形態(tài)、長度、寬度、嚴重程度等指標。
除以上基本數(shù)據(jù)以外,我們在工作中發(fā)現(xiàn)隨著路面通車時間的加長,橫向反射裂縫(運動型裂縫)的間距呈遞減的趨勢,并逐漸趨于穩(wěn)定。通常,在新路開通之初,生成的橫向反射裂縫的間距都較大,一般在20米以上。而隨著通車時間的加長,橫向反射裂縫不斷生成,其間距也會明顯縮小,通常在10米左右。而裂縫間距的大小直接影響到裂縫自身的伸縮量,在施工工藝和密封膠的選擇上,存在著一定的差異。因此,在裂縫調查時,裂縫的間距也是個重要的采集數(shù)據(jù)。
三、施工方案
(一)、灌縫工藝的選擇
根據(jù)不同的裂縫分類、裂縫間距和當?shù)販囟确秶?,我省在高速公路灌縫施工中主要采用了以下四種工藝。選擇恰當?shù)墓嗫p工藝可以為密封膠提供更佳的容膠空間,滿足裂縫伸縮量要求,從而獲得更佳的灌縫效果和壽命。
1.標準槽灌注工藝,即對原裂縫機械開槽(深寬比1:1)后,只對槽體進行密封灌注。由于槽口兩側沒有貼封帶,減少了車輪與密封膠的接觸面積,在夏季具有很好的防粘胎性能。因此,2.寬槽貼封工藝,在水平方向上,為裂縫槽體內(nèi)的密封膠提供了更寬闊的拉抻空間,主要適用于溫差較大地區(qū),裂縫間距在20米以上的橫向反射裂縫(運動型裂縫)。
3.標準槽貼封工藝,主要適用于橫向反射裂縫(運動型裂縫)的密封?,F(xiàn)階段,青海省高速公路裂縫存在形式主要以橫向反射裂縫為主,因此,標準槽貼封工藝已成為我省主要的灌縫工藝。經(jīng)過多年來的實踐證明,在眾多灌縫工藝中,標準槽貼封工藝是更有效的一種。
4.貼封工藝,即將密封膠直接灌注到裂縫表面,與傳統(tǒng)的熱瀝青或乳化瀝青灌縫非常相似。
由于裂縫內(nèi)的密封膠非常少,當裂縫低溫擴張時,極易被拉斷;而高溫收縮時,易粘胎。因此,貼封工藝主要適用于塊狀裂縫和局部龜裂(非運動型裂縫)的密封。
(二)、灌縫材料的選擇
傳統(tǒng)的裂縫密封材料,如熱瀝青或乳化瀝青,盡管價格便宜,但其高溫的抗流淌和抗粘胎性能,低溫的抗拉伸性能都無法滿足裂縫伸縮量的要求。通常,多表現(xiàn)為夏季大量被車輪帶起,冬季斷裂。
而青海高速公路地處高原,冬季時間長,溫度低;高海拔的特殊地理環(huán)境,使得夏季紫外線照射很強,路表溫度很多。
因此,在裂縫密封材料的選擇上就要設法解決這樣一對矛盾,即在低溫狀態(tài)下,仍需保證一定的彈性與延展性;在高溫狀態(tài)下,不流淌、不粘胎。
為了科學地選擇適合青海特殊的地理和氣候條件的裂縫密封材料,2004年秋季,我們在所轄高速公路部分路段對比了多種國內(nèi)外密封材料并加以跟蹤觀查。經(jīng)過了一個凍融周期的觀測,除美國科來福公司的高寒型密封膠外,其它測試樣品均已脫落或失效。本著全壽命周期的養(yǎng)護理念,提高一次性投入的效率,自2005年起,我省高速公路的裂縫養(yǎng)護就全面采用了高性能密封膠。5年來,裂縫密封的失效率控制在5%以下,事實證明,我們在灌縫工藝和密封膠的選擇上,是正確的、有效的。2009年初,從交通運輸部公路科學院獲悉,《瀝青路面裂縫灌縫膠》交通部標準已出臺(相關技術要求見表一),科來福是目前家也是一家全面通過該標準的密封膠供應商。這也在一定程度上證明了我們的選擇。
(三)、灌縫設備的選擇
根據(jù)高速公路機械化養(yǎng)護的特點和需要,青海省高速公路養(yǎng)護單位分別于2004、2005年通過國內(nèi)公開招標,先后兩次購進8臺裂縫開槽和灌縫設備。采購過程中,考慮到青海省高速公路地處高原,且位于我國的西部腹地,對設備高海拔、高寒的適應性以及設備穩(wěn)定性和售后服務能力都提出了更高的要求。經(jīng)過嚴格的比選,更終統(tǒng)一采購了科來福的裂縫養(yǎng)護設備。
經(jīng)過近6年的施工使用,所有設備均保持著無大修記錄。穩(wěn)定的設備性能為每年按時、按量地完成裂縫養(yǎng)護任務提供了有力的保障。
四、施工流程
1、密封膠預熱。灌縫施工前1小時,檢查灌縫機,添加密封膠并開機加熱,密封膠的加熱溫度控制在193~204℃之間。
2、裂縫開槽。使用粉筆或石筆標注裂縫,按裂縫軌跡,均勻切割出矩形槽口。根據(jù)事先確定的灌縫工藝,調節(jié)刀具組合。標準槽貼封或標準槽灌注工藝,槽口寬度一般為1.8~2厘米,深度同為1.8~2厘米,深寬比約為1:1。寬槽貼封工藝,槽口寬度一般為2.5厘米,深度為1.2厘米,寬深比約為2:1。
3、清縫。使用高壓空氣將槽(或裂縫)內(nèi)外的灰塵及雜物徹底清理干凈,每條裂縫至少清理兩次。如果路表溫度低于4℃,需使用熱空氣噴槍或液化氣噴燈對槽口(或裂縫)烘烤,徹底清除槽口(或裂縫)內(nèi)的水汽。
4、灌縫。以標準槽帖封工藝為例,一般進行兩遍灌注。遍按槽深一半灌注,第二遍將密封膠灌滿并在槽口兩側各貼封3厘米左右。兩遍灌注可以有效地減少密封膠冷卻后的凹陷程度。
5、冷卻養(yǎng)生。密封膠的冷卻養(yǎng)生時間,受環(huán)境溫度和風力大小的影響較大。一般情況下,冷卻15分鐘即可放行通車。通常,密封膠因冷卻收縮,會在槽體中央形成輕微的凹陷。實踐證明,這種輕微的凹陷對裂縫的密封質量沒有任何影響。
五、檢驗與質量評定
科學的檢驗與質量評定方法是整個灌縫施工的重要環(huán)節(jié),也是實現(xiàn)科學灌縫的關鍵與保障。
我省高速公路灌縫施工采取了養(yǎng)護單位自檢和管理部門驗收的兩級評定體系。
(一)、養(yǎng)護單位自檢
我省高速公路各路段養(yǎng)護公司設有專職質檢員,負責灌縫工程的質量自檢工作,自檢內(nèi)容如下所示。如發(fā)現(xiàn)未達標,要求施工隊立即清除不合格的密封膠,重新灌注。灌縫工程結束后,將施工原始記錄、檢驗記錄等資料歸檔整理,編寫竣工報告報上級養(yǎng)護管理部門驗收。
1.密封膠帖封層厚度≤3毫米;
2.帖封層邊緣整齊,表面平整;
3.帖封層表面光滑,無氣泡;
4.密封膠冷卻后仍具有良好的彈性,車輛碾壓不粘胎、不變形。
(二)、養(yǎng)護管理部門工程驗收
灌縫工程結束后,高速公路養(yǎng)護管理部門統(tǒng)一組織驗收,現(xiàn)場以抽檢為主,工程合格率需達到98%。具體的質量檢驗標準,見表二。
自2006年,我省高速公路開始進行裂縫密封養(yǎng)護以來,累計灌縫量740411米,年平均灌縫量185102米,灌縫失效率控制在5%以下。有效的裂縫密封大大減少了雨水、雪水進入路面基層的機會,減少了因裂縫而次生的其它病害的生成,延后了大中修的時間,延長了路面的使用壽命。
在全國上下倡導建養(yǎng)并重、預防性養(yǎng)護的今天,我們從更基礎的裂縫養(yǎng)護工作做起,數(shù)據(jù)的積累與分析,工藝、材料和設備的科學選擇與配合,質量的嚴格監(jiān)控,確保灌縫系統(tǒng)工程的每一個環(huán)節(jié)。事實證明,我們把灌縫這樣一件看似很小的日常養(yǎng)護任務,科學化、系統(tǒng)化,為我省高速公路的養(yǎng)護節(jié)省了大量的資金,并延長了路面寶貴的使用壽命。
轉載《中國公路》
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