开普封层预防性养护技术
时间：2023-02-16 14:15:06 来源：千叶帆 本文已影响人
秦 泉
(长治市协成公路养护工程有限公司，山西 长治 04600)
某公路工程原设计为双向四车道水泥混凝土路面，随着沿线交通量的不断增加，对本路段进行了全线水泥路面“白改黑”改造施工。改造后路面结构形式如下：Sup-12.5沥青混凝土4 cm、AC-20沥青混凝土6 cm、STRATA应力吸收层2.5 cm、水泥混凝土24 cm。自本路段“白改黑”改造后已通车运营多年，路面又呈现出了大量病害问题。基于此，本文在路况调查的基础上，分析了病害原因，并提出了具体的养护方案。
作为一种复合表面磨耗层，开普封层是指在碎石封层之上进行的稀浆封层或微表处罩面施工。通过两者的结合，可以有效提高路面的使用性能。在施工材料选择当中，可根据工程的具体情况，采取不同的材料，比如改性乳化沥青、橡胶沥青、SBS改性沥青等可用于碎石封层粘结材料。也可采用纤维碎石封层或纤维微表处等完成施工。相比其他预防性养护技术，开普封层技术属于致密性表面，密实性良好，可以避免石料等早期脱落，起到稳固石料、防水、抗滑等功能。此外，还能保护路面，恢复路面使用性能，处治病害，防止病害进一步扩展，有利于延长路面的使用寿命。一般来讲，在中低交通量公路新建工程开普封层可作为磨耗层使用。而在各等级公路预防性养护工程中开普封层则可作为罩面层使用。其特点如下。
(1)相比单一的预防性养护技术，开普封层结合了两种工艺的优点，在开普封层结构当中，底层为碎石封层，表层为加铺的微表处、稀浆封层，这种组合式的复合结构形式，可以充分发挥两种工艺的优势，不仅具有良好的抗滑能力，还可以有效阻止反射裂缝产生与发展，同时，还具有优良的抗渗防水能力。
(2)开普封层施工受天气等因素影响不大，在整个施工过程中均可通过机械设备完成，机械化程度高，施工方便、效率高，且不会过多干扰交通通行。
经实地勘查可知，本路段病害多为龟裂，且集中出现于行车道轮迹带部位。一旦路面出现龟裂，下雨时水便会顺着裂缝下渗到路面基层，在动水压力作用下，极易产生集料脱落现象，甚至进一步发展为坑槽病害。
3.1 改造路面已达到设计使用年限
自路面“白改黑”之后，通车运营时间长达10年以上，通过钻芯取样利用病害发生层位及龟裂病害发展走向可知，龟裂严重部位裂缝已贯穿至上面层，但中面层却并未见裂纹，或少有裂纹出现。由此可以判定，裂缝是从上向下发展的，且集中于上面层。由此可见，本路段龟裂病害属于较为典型的剪切疲劳裂缝，说明，在长期行车荷载和自然因素作用下，路面已达到了严重的疲劳状态，基本达到了材料疲劳寿命的极限。
3.2 交通量大、超载重载问题严重
近年来，随着当地经济的迅速发展，作为主要骨干线，本路段交通量大增，据相关数据显示，2017年年交通量达到了1 727.3万辆/年，2018年年交通量达到了1 879.7万辆/年，2019年年交通量达到了1 958.9万辆/年，2020年年交通量基本达到了2 000万辆/年。近四年间，本路段交通量逐步增长，且在交通量当中，货车等10 t以上重型车辆交占比较大，存在严重超载重载现象。这种情况下，进一步加剧了路面疲劳破坏程度，进而产生龟裂现象。
根据上述分析，在全面了解龟裂病害原因的基础上，针对本路段病害问题，特制定了以下养护方案。
(1)针对严重龟裂病害(裂缝宽度大，凹陷变形明显)，养护方案为“先铣刨掉沥青面层，后重新铺筑”。
(2)针对轻微龟裂病害(裂缝宽度小，凹陷变形不明显)，养护方案为开普封层预防性养护。
针对本工程，本文仅对轻微龟裂病害开普封层预防性养护为研究对象进行分析与探讨。在重载渠化交通下，传统的开普封层技术存在一定缺陷，比如极易产生脱皮、泛油、车辙，且噪音相对较大等缺点。针对此类问题，本文进行了一定优化改进。即通过增加层间粘结、优化微表处矿料级配、采用橡胶沥青等方面入手，进一步提高开普封层的路用性能。
开普封层施工当中，主要分为三层，即乳化沥青底涂层、橡胶沥青碎石下层和低噪音微表处上层。底涂層的作用是为了增强热橡胶沥青碎石层和旧路面之间的粘结性能。在本工程当中，采用热橡胶沥青碎石封层作为下层，热橡胶沥青可以进入裂缝内，填充裂缝空隙，且还能当作应力吸收层使用，进一步控制了反射裂缝的产生与发展。采用低噪音的微表处作为上面层，具有良好的抗滑、防水等功能。具体如下。
(1)乳化沥青底涂层、根据本工程实际情况，可采用洒布量为0.3 kg/m的改性乳化沥青用于底涂层施工。
(2)橡胶沥青碎石下层。在橡胶沥青碎石下层施工当中，碎石材料可采用玄武岩、辉绿岩等材料，其粒径可控制在4.75～9.5 mm或9.5～13.2 mm之间，并在150 ℃控制石料加热温度。橡胶沥青以70、90基质沥青为主，保证橡胶沥青材料的各项性能满足规范技术指标要求。在具体施工当中，1.0～1.5 kg/m为橡胶沥青用量范围，可根据原路面实际情况和石料粒径等条件对用量进行适当调整。
(3)低噪音微表处上层。采用玄武岩等石料作为低噪音微表处集料，以BCR改性乳化沥青为沥青，保证各项指标满足技术要求。
在开普封层预防性养护施工当中，具体施工流程为施工准备—病害处治—橡胶沥青碎石封层—碾压成型—微表处—开放交通。主要技术要点如下。
5.1 施工准备
为保证施工质量，施工前，先做好施工区域的交通管制工作，并对施工机组的运行情况进行详细检查，保证机械运转正常。同时，要清理干净原路表，不得存有杂物、垃圾等。
5.2 病害处治
按照已确定的施工方案，针对原路面的严重龟裂病害，需先做好銑刨处治，随后重铺施工。针对轻微病害，则采用开普封层施工进行养护处治。待病害处治后，才能进行下一工序施工。
5.3 橡胶沥青碎石封层
乳化沥青底涂层喷洒后，即可进行橡胶沥青碎石封层施工。在确保橡胶沥青、碎石等材料配合比设计符合规定的前提下，需通过同步碎石封层车完成橡胶沥青碎石下层施工，在整个施工过程中要保持匀速前行，且撒布质量良好。对于局部洒布不均匀等现象，需补洒处理。洒布过程中也要随时观察混合料的稠度，保证洒布的均匀性。洒布时让稀浆封层机同时喷水，以保持路面处于湿润状态；
在洒布过程中，如果发现质量问题应该及时停止洒布，在处理后重新施工。
5.4 碾压成型
完成上述施工作业后，即可进行碾压成型阶段。根据施工要求，碾压时可采用25 t以上的胶轮压路机进行多次碾压，碾压后需及时回收多余集料，防止出现夹层。
5.5 微表处施工
微表处施工受材料、气候、施工现场条件影响很大，因此，必须严格遵循相关施工技术规范进行施工，保证施工工序合理、科学。摊铺之后，要指派专人紧跟封层车进行检查，若出现漏铺等情况，需及时修补。在混合料摊铺过程中很容易因为超粒径石料等问题产生刮痕，这种情况下，需及时消除，并填充新料、整平，保证微表处摊铺表面平整、美观。
5.6 质量检测
(1)碎石封量检测
碎石封层施工应重点控制沥青用量、石料撒布率、施工温度等指标，进行质量检测控制，适时调整生产参数，将各项指标控制在合理范围，具体检测项目见表1。
表1 碎石封层质量检测标准
(2)稀浆封层质量检测
稀浆封层施工应随时对乳化沥青、集料、油石比等试验检测和外观检测，全过程实施质量控制，具体检测项目见表2。
表2 稀浆封层质量检测标准
(3)验收质量检验要求
开普封层竣工后，对其进行质量检测，验收要求如表3所示。
表3 开普封层交工质量验收要求
表3(续)
(4)跟踪调查分析
在开放交通1个月之后，对开普封层施工前、后的路用性能进行了测定，具体如表4所示。
表4 开普封层施工前后性能检测结果
由此可见，本路段采用开普封层预防性养护施工之后，路面性能得到了有效改善，且具有良好的施工效果。
综上所述，工程技术水平的不断提升，使预防性养护技术在公路早期病害处治中得到了广泛应用。开普封层技术是碎石封层和微表处的结合，通过该技术的应用，可以有效提升抵抗反射裂缝的能力，改善路面表面功能，防止集料脱落，提高行车安全。因此，本文结合具体案例，通过工后路面铺筑质量检测分析，最终得出开普封层应用效果显著，可提高路面的使用性能，延长工程使用寿命。
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