稀浆封层在公路工程上的应用

毛 煊,沈丽丽

(浙江金筑交通建设有限公司,浙江杭州 310051)

稀浆封层是由连续级配集料、填料、乳化沥青、水和添加剂并按照设计的配合比拌匀后摊铺在路面的一层封层。在江西彭泽至湖口高速公路中稀浆封层用于新建公路的下封层。

1 沥青稀浆封层技术的基本特征

一般情况下,作为一种沥青封层,类似于细粒式沥青混凝土。由于这种沥青稀浆呈糊状且具有流动性和渗透性,因此在作为高速公路封层防水方面具有独特优点。不尽如此,在公路工程方面,如碎石路改为黑色路面,沥青路罩面作磨耗层等,同样显示出稀浆封层技术的优越性。沥青稀浆封层另一特征是施工速度快、效率高、用料(骨料)少、造价相对低、节省能源、减少环境污染。在江西彭泽至湖口高速公路上稀浆封层的施工是由专门机械——稀浆封层(摊铺)机自动连续作业完成的。从各种材料储藏——供料(计量系统 )——搅拌——出料——摊铺等, 都由一台机械完成,一台稀浆封层摊铺机即可以做为一个施工点单独施工。一般十几分钟即可铺筑 1500～2 000m2以上(厚度 6 mm)。摊铺后的稀浆层经过自然养生(乳液破乳、初凝、固化成型),2～4 h就可开放交通。再经车辆不断碾压,形成沥青处治层(一般不需要压实机械碾压)。当然,当气温较低 (如2009年底施工的稀浆封层)、温度大或封层厚度增加时,开放交通所需时间相应长些。

2 稀浆封层的主要作用和使用范围

稀浆封层的作用主要有以下几点:

(1)防水作用。它能与路面牢固地粘附在一起,形成一层密实的表层,可防止雨水和雪水涌入基层,保持基层和土基的稳定。

(2)防滑作用。由于稀浆封层厚度薄,并且其级配均匀性好,沥青用量适当,不会产生路面泛油的现象,具有良好的粗糙面,抗滑性能显著提高。

(3)填充和平整作用。稀浆封层混合料中有较多的水分,拌和后成稀浆状态,具有良好的流动性。这种稀浆有填充和调平作用,对路面上的细小裂缝和路面松散脱落造成的路面不平,可用稀浆封闭裂缝和填平浅坑来改善路面的平整度。

(4)减少应力和养生作用。稀浆封层混合料为柔性材料,应力不能直接地进行传递,传递过程会得到一定的消减,可以减轻半刚性基层形成的反射裂缝,稀浆封层还可以用于半刚性基层的养生,对半刚性基层起到保水作用,同时避免临时车辆对基层的损坏。

(5)稀浆封层具有良好的经济和社会效益,可以减少环境污染,改善施工条件,节约能源,延长施工季节等的优点。

综合以上稀浆封层的特点和优点,稀浆封层主要用于:

(1)旧沥青路面的维修养护。沥青路面由于长期暴露在自然环境下,受到日晒、风吹、雨淋和冻融的作用,同时还要承受车辆的重复载荷作用。路面经过一段时期的使用后,会出现疲劳,路面会呈现开裂、松散、老化和磨损等现象。如不及时维修处理,破损路面受地表水的侵蚀,将使基层软弹,路面的整体强度下降,导致路面的破坏。如果沥青路面在没有破坏前就采取必要的预防性养护措施――乳化沥青稀浆封层,将会使旧路面焕然一新,并使维修后的路面具有防水、抗滑、耐磨等特点,是一种优良的保护层,起到了延长路面使用寿命的作用。

(2)新铺沥青路面的封层。在新铺筑的粗粒式沥青混凝土路面上,为了增加路面的防水和磨耗性能,可在该路面上加铺一层乳化沥青稀浆封层保护层。其厚度为 5 mm,仅为热沥青砂厚度的一半,可以节省资金,并具有施工简便和工效高的特点。

(3)在砂石路面上的铺磨耗层。在平整压实后的砂石路面上铺筑乳化沥青稀浆封层,可使砂石路面外观具有沥青路面的特征,提高砂石路面的抗磨耗性能,防止扬尘、改善行车条件。在县、乡级农村公路改造上有广泛的应用前景。

(4)水泥混凝土路面和桥面的维修养护。乳化沥青稀浆封层对水泥混凝土具有良好的附着性,当水泥混凝土路面因多年行车后,路面产生裂缝、麻面或轻微不平时,采用乳化沥青稀浆封层后,可改善路面的外观,提高路面的平整度,延长水泥混凝土路面的使用寿命。在桥梁的行车表面层采用乳化沥青稀浆封层处治可起到罩面作用,并且很少增加桥面的自重。

(5)用于高速公路下封层。高速公路稳定土层施工完后,进行稀浆封层施工,再铺热沥青面层,能有效提高路面的防水性能。这项施工工艺在今后高速公路施工将中普遍使用,例如,笔者所在的江西彭泽至湖口高速公路新建工程就使用了这种稀浆封层技术(厚 6 mm),根据现在的情况来看,已在防水、联结、经济等方面取得了良好的效果。

3 稀浆封层施工技术

下面着重结合江西彭泽至湖口高速公路新建工程介绍下稀浆封层技术(厚 6mm)的施工。

本项目稀浆封层施工开始于 2009年 12月,工程量为 759 694m2,厚度 6 mm。施工队配备了两台稀浆封层摊铺车进行施工。

3.1 稀浆封层混合料的组成

稀浆封层由良好级配的矿料、乳化沥青、填料、水及添加剂等组成,选用的材料事先需由试验室试验确定,各种材料的配合比也应由试验室决定。为了保证实际所用的材料及材料的配比与试验室相符,在施工前必须进行选择评价。

3.2 矿料的选择

矿料在稀浆封层混合料中起骨架作用,其最大粒径决定稀浆封层的厚度。矿料用矿质材料,可采用石屑、机制砂等。要求材质坚硬、干净、粗糙、超规格粒径的颗粒要彻底清除。

3.3 乳化沥青的选择

稀浆封层混合料中起粘结作用的是所用乳化沥青中的沥青材料,因此,乳化沥青中的沥青应符合道路石油沥青标准。施工用的乳化沥青必须进行质量检测,检测的内容及标准必须符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中 BC-1、BA-1型乳化沥青的技术要求和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中有关乳化沥青的试验规程。

3.4 水的选择

水是构成稀浆混合料的重要组成部分,它的用量的大小是决定稀浆稠度和密实度的主要因素。

稀浆混合料的水是由矿料中的水、乳液中的水和拌和时的外加水构成的。任何一种混合料都可由集料、乳液及有限范围的外加水组成稳定的稀浆。总含水量(包括外加水、乳液中含水和矿料中含水)应控制为矿料质量的 12%～20%。

3.5 填料的选择

填料可分为具有化学活性的填料和不具有化学活性的填料。不具有化学活性的填料一般指矿粉等,具有化学活性的填料包括水泥、石灰粉、硫酸铵粉、粉煤灰等。在添加具有化学活性的填料时,应充分考虑填料与矿料、乳化沥青的反应及相容性,应有利于稀浆混合料的拌和、摊铺和成型,保证封层的整体强度。

最常用的矿物填料是水泥,其次是石灰。矿粉的质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ 032-94)的有关规定。

3.6 添加剂的选择

乳化沥青稀浆封层混合料中的添加剂视需要而定。添加剂可分为促凝剂和缓凝剂,其作用主要是加快或减缓乳化沥青在稀浆混合料中的破乳速度,满足拌和摊铺和开放交通的需要。添加剂的类型应在室内试验时确定,或由乳化剂生产厂配套指定。

4 稀浆封层实施步骤

4.1 人员配备及分工

稀浆封层施工质量的好坏,有赖于一支高素质的施工队伍,取决于他们的知识、经验和技巧。施工队的人员基本组成,应包括队长一名、操作手一名、驾驶员四名(稀浆封层、装载机、油罐车和水车驾驶员各一名)、工人若干。

稀浆封层机的驾驶员,不仅要有熟练的驾驶技术,还必须充分了解机械后方能进行操作。驾驶员必须熟知操作手发出的(事先约定的)手势或喇叭声,并能及时起动、停止、加速、减速、向左、向右。对于边线与接缝,与操作手的密切合作就显得更为重要。驾驶员应很快将机械进入位置,确保摊铺箱位置准确。作为一名熟练的驾驶员,应能通过后视镜密切关注后方的工作进程,随时按需要调整机械的前进速度,以保持摊铺箱内稀浆为一定数量。

操作手除了必须与驾驶员配合默契之外,还必须熟悉标定原理和标定方法,能随时根据材料的情况,调整配合比。更为重要的是,能准确判断流入摊铺箱及摊铺箱内的稀浆稠度。从拌和缸中流出的稀浆,必须是稳定的,乳液能均匀地分布在粒料上,并含有足够的水,使它能容易分布,但又不会离析。要有效地完成这一工作,需靠操作手以往的经验,以及从拌和缸与摊铺箱里的稀浆混合料的外观和形状,来判断这些混合料是否稳定及拌和比例是否适当。操作手的技巧也表现在恰如其分地起动、停止,以及混合料在摊铺箱中的左右分布,取得完美的接缝和边线处理。当队长不在现场时,则由操作手负责现场工作。

装载机驾驶员的任务除了给稀浆封层车上料外,还应经常观察矿料的质量,尤其是注意粗细料的均匀性和含水量的一致性,当料堆表面的矿料与堆中的矿料有不同时,应立即翻堆。

若干工人的工作主要包括:筛料、协助装料(包括矿料、乳化沥青、填料、水和添加剂)、安放及搬运隔离墩、摊铺后起点终点的处理、边线与接缝的刮平、摊铺箱的清洁、原路面的清扫以及一些必需的手工作业。

4.2 交通管理与控制

刚摊铺的稀浆封层,必需有一段养护成型期。在养护成型期内,应严禁车辆和行人进入,因此交通的管制非常重要。

4.3 施工准备工作

施工前的准备工作,包括材料、机械设备、原路面补强与清扫、交通管制等都已按要求完成。

4.4 施工条件

(1)施工养护成型期内气温＞10℃。

(2)雨后路面积水未干或未清除以前,不可施工。

(3)施工养护成型期内可能会降雨,则不可施工。

(4)施工队伍人员配备整齐,一支训练有素的专业施工队伍是稀浆封层施工质量的保证,他们应该技术熟练,配合默契。

(5)落实交通管理,并有专人负责。

4.5 施工程序

一般稀浆封层施工采用以下程序:

基层检测——封闭管制交通——清扫路面——放样放线——摊铺——修补修边——早期养护——开放交通。

当准备工作和施工条件均符合要求后,可以正式施工。机械摊铺施工程序如下:

(1)放样画线。

根据路幅全宽,调整摊铺箱宽度,使施工车程次数为整数。据此宽度从路缘开始放样,一般第一车均从左边开始,画出走向控制线。

(2)装料。

将符合要求的矿料、乳化沥青、填料、水、外掺剂等分别装入摊铺机的相应料箱,一般应全部装满,并应保证矿料的湿度均匀一致。

(3)摊铺。

1)将装好料的摊铺机开至施工起点,对准走向控制线,并调整摊铺箱厚度与拱度,使摊铺箱周边与原路面贴紧。

2)操作手再次确认各料门的高度或开度。

3)开动发动机,接合拌和缸离合器,使搅拌轴正常运转,并开启摊铺箱螺旋分料器。

4)打开各料门控制开关,使矿料、填料、水几乎同时进人拌和缸,并当预湿的混合料推移至乳液喷出口时,乳液喷出;应安排一名施工人员用铁锹将最初排出的材料接走,倒入旁边的废料车中。

5)调节稀浆在分向器上的流向,使稀浆能均匀地流向摊铺箱左右。

6)调节水量,使稀浆稠度适中。

7)当稀浆混合料均匀分布在摊铺箱的全宽范围内时,操作手就可以通知驾驶员启动底盘,并缓慢前进,一般前进速度为 1.5～3.0 k m/h,但应保持稀浆摊铺量与生产量的基本一致,保持摊铺箱中稀浆混合料的体积为摊铺箱容积的 1/2左右。

8)混合料摊铺后,应立即进行人工找平,找平的重点是:起点,终点,纵向接缝,过厚,过薄或不平处,尤其对超大粒径矿料产生的纵向刮痕,应尽快清除并填平。

9)当摊铺机上任何一种材料用完时,应立即关闭所有材料输送的控制开关,让搅拌缸中的混合料搅拌均匀,并送入摊铺箱摊铺完后,即通知驾驶员停止前进。

10)将摊铺箱提起,然后把摊铺机连同摊铺箱开至路外,清洁搅拌缸和摊铺箱。施工人员应将施工末段4m范围内不符合要求的材料立即清除,倒入废料车中。

11)查对材料剩余量。

(4)接缝。

纵向接缝与摊铺方向及路线方向平行,是一条很长的线,是影响封层总体外观的重要方面,因此纵缝的处理非常关键。为了保证接缝的平整,搭接宽度不宜过大,一般控制在 30～70 mm之间较为合适,接缝处高出量≤6 mm。在先铺筑的接缝处进行预湿水处理有助于两车稀浆混合料的连接,而用橡胶刮耙处理接缝的突出部分非常有效,再用扫帚进行扫平,使纵向接缝变得平顺,总体外观更佳。

横向接缝应做成对接接缝,施工步骤为:

1)用油毡将前一施工段末端 1～3 m覆盖,保证油毡末端与稀浆封层材料边缘平齐。

2)摊铺车后退,使摊铺槽后缘落在油毡上。

3)起动摊铺车开始摊铺。

4)将油毡连同上面的稀浆封层混合料一道取走,倒入废料车中;清洗油毡,以备下次使用。

这样可以保证一个非常平整的起点和良好的外观。当摊铺机所携带的任何一种材料(一般是矿料)已经用完时,操作手应力求摊铺箱内混合料分布均匀。当该路段进行最后一车施工时,其终点的处理应该采取人工整平,并做出一条直线。

4.6 成型养护

刚摊铺的稀浆混合料,在养护成型期间内,严禁任何车辆和行人进入,否则将带来不良的外观。但有时一些路段在摊铺后必须立即开放交通的,必须采取一些措施,尽可能减少对稀浆封层的损坏。撒砂保护是一个可取的办法,在需要开放交通的路段撤上一层薄砂,将避免粘轮现象的发生。撒砂的时间最好在稀浆破乳之后进行,太早也将产生轮迹。在这些路段上最好应避免急刹车和急转弯,否则将破坏路面。

有时成型的稀浆封层上会出现发亮、发粘,甚至是一层油膜的现象,处理的办法是在开放交通前撒砂进行保护,撤砂后进行碾压将更好。

施工时产生的一些缺陷,如漏铺、刮痕、脚印等,均应在开放交通前进行修补,以防病害扩大。

5 结束语

稀浆封层施工后,应对现场进行清理,路面上不应留有任何松散或成堆废弃物。不慎漏出的乳化沥青或施工终点多余的乳化沥青所产生的光滑表面应撒上一层石屑,并扫平。料场的整洁也特别重要,尤其装乳化沥青的地方,被漏出的乳液污染的可能性很大,应及时清理。开放交通后的稀浆封层路面上不应留有任何障碍,保证交通顺畅。

[1] 张克龙.高速公路稀浆封层机械设备的施工组织[J].山西建筑, 2002(6):31-34.

[2] 杨枫.稀浆封层技术在高速公路路面下封层中的应用[J].公路交通技术,2003(3):119-123.