修补坑槽是高速公路沥青路面局部维修常见且普遍的工作,应尽量采用机械化施工快速修补好路面,以免交通中断。沥青路面坑槽修补的施工工艺主要是对坑洞、局部网裂、龟裂等病害的修补和加强,对局部沉陷、拥包、滑移裂缝等病害的修补。沥青路面坑槽修补质量,除了与修补材料的性能有很大关系外,很大程度上还取决于坑槽修补的工艺过程和要求,可以根据施工的实际要求和条件确定坑槽的修补工艺。合理的坑槽修补工艺会使所修补坑槽的寿命得到极大的提高。
坑槽修补通常分为两个阶段。第一个阶段是冬季修补,此时温度很低,基层材料都已冻胀,并且还有春天融雪之前的潮湿和冻融循环期。第二阶段是春季修补,此时基层材料潮湿柔软,很少有冻融循环情况。
1.坑槽修补方法
路面养护中,坑槽修补的方法较多。当路面基层完好仅面层有坑槽时,可以采用热补法、冷补法、喷补法、热再生法等方式进行修补。若因基层局部强度不足等原因导致基层破坏而形成坑槽,应先处治基层,再修补坑槽。除了美国的专利施工技术——喷补法以及沥青混凝土预制块修补法应用较少外,开槽填补的修补方法应用比较多。
(1)热补法。
热料填补工艺是最常见的一类路面坑槽修补工艺,根据《公路沥青路面养护技术规范》(JTG 5142—2019),采用“圆洞方补,斜洞正补”的原则,直接将沥青路面损坏部分凿除,然后喷洒乳化沥青黏结层,填充新的热拌沥青混合料,最后碾压成型。热补法基本适用于全天候修补坑槽,坑槽修补后无接缝,与原路面保持平整,修补效果好,修补所需时间短,废料可以再生利用,利于环保节省资源。但对于较深的坑槽其修补质量不易保证。
国内外有很多用于热补法的设备,如美国KM热再生设备,加拿大大能沥青路面修补车、SWEEPRILE公司的PHP500型沥青路面补坑机,美国修路王以及我国美的的维特微波养护车等。
(2)冷补法。
冷补法是采用改性乳化沥青或稀释沥青拌制的沥青混合料对坑槽进行填补的方法,主要用于无法采用热拌沥青混合料修补的坑槽或临时性坑槽。冷补法可在任意温度下对不同深度的坑槽进行修补,但是坑槽修补后存在明显的接缝,如果处理不好易渗水,接缝处出现唧浆,造成新的损坏,且修补所需时间长,雨天及寒冷季节修补的质量得不到保证。冷补法的设备在国内外应用比较广泛的有美国H.D.公司的PROPATCHTCM415-160型、WILD CAT公司的ROADPATCHER沥青路面综合修补设备。
(3)喷补法。
喷补法即喷洒填补(spray-injection)法也被称为喷射填补法,这种方法是利用高压喷射的方式,将乳化沥青经过喷管与输送来的骨料相混合,通过调节喷管上的乳液、骨料和压缩空气3个控制开关,把混合料均匀、高速地喷洒到坑槽中,达到密实黏结效果,无须碾压,无须沥青混凝土拌和厂配合,不受气候变化影响。
SHRP对这种方法给予了很高的评价,但是这种技术比其他工艺需要更多的设备费用投入,喷洒的单位成本随填补尺寸、准备工作量和其他因素变化很大,但是它的效率更高。目前有两种类型的喷洒装置:拖车喷洒装置,需要操作员在后面接一个喷洒延长杆;自动装置,即一个操作员在卡车驾驶室内通过移动遥控可控制喷洒。两种方法的性能都取决于操作员。
喷补法工艺的主要流程如下。①清理坑槽中的水和碎屑等杂质。②在坑槽的壁面和底面喷洒一层沥青黏层。③将沥青和集料喷射入坑槽中。④在坑槽区域表面覆盖一层集料。⑤养护人员和设备清理完毕后即可开放交通。
需要注意集料和乳化沥青的比例,沥青含量过少会导致结块,沥青含量过多则会导致斑点和泛油。另外,施工机械需要经常维护,因为破碎的集料和乳化沥青混合料会阻塞喷口,如果机械使用频率过高,则不易发生阻塞。
采用喷补法维修的裂缝的预期寿命取决于可达到的密度。因为此方法利用气压实现压实并将集料和乳化沥青喷入坑槽,所以混合料很难到达较小区域。密度不足会导致混合料在交通荷载的作用下产生推挤,使填补寿命缩短。此外,混合料设计欠佳和路面潮湿也会导致填补寿命不足。如果操作正确,喷补法修补的路面寿命可达5年以上。
(4)热再生法。
随着养护设备的发展,维修工程开始采用加热设备对路面进行现场热修补,其能较好地解决接缝问题,并且能够明显地提高施工质量。目前,工程上使用的热再生法设备的主要原理是采用100%高强度辐射热加热墙,先将沥青路面加热耙松、喷洒乳化沥青使旧沥青料再生,再加入热的新料,用自带的压路机将其压实,从而达到很好的修补效果。
这种路面维修工艺本质就是一种小范围的沥青混合料现场热再生技术,可以减少对环境的污染,降低维修成本,修补作业不再受气候变化的影响。但是由于这种方法的加热深度只能到达路表以下20~50 mm,因此一般只能用于沥青上面层坑槽的维修,对于过深的或基层有病害的坑槽的维修并不适用。
(5)沥青混凝土预制块修补法。
沥青路面破损处开凿的修补尺寸应等于预制块的倍数,预制块之间的接缝用填缝材料填塞。这种坑槽修补方法比较简单,修补料的配比较易控制,密实度能得到保证。
日本研究出一种荒川式斜削施工法,是在返土、压平和补铺沥青混合料前,先将被切坑槽的边缘用特制工具切成45°斜坡形,然后再用喷燃器将边缘加热烧成粗糙形状,接着再铺压沥青混合料。这样可使新料和旧料紧密吻合在一起,不易出现裂缝。
2.坑槽修补工艺
坑槽的修补工艺按修补材料可分为冷料冷补、热料冷补、热料热补等。冷料冷补作为应急性修补具有很好的适用性;而热料冷补适合雨天大量坑槽的修补;热料热补尽管初期设备投入较大,但是通过合理安排修补工作,每次的养护成本并不高,并且修补的质量明显优于其他工艺,应作为高速公路养护单位日常养护的首选工艺。
按永久性修补要求,坑槽修补的主要施工工艺过程分为以下几步:坑槽的成型;坑槽的清理和干燥;涂黏结层;修补材料的准备和摊铺;坑槽的压实;封边修整工作。(www.xing528.com)
(1)坑槽的成型。
在修补沥青路面的局部破损前,应先将破损处开槽成型。破损、切削坑槽可使坑槽的壁槽破碎达到垂直,这样可以提供良好的黏结表面,保证压实过程中填充料的完全结合。一般情况下可将形状不规则的局部破损开挖成与行车方向一致的正方形或长方形坑槽,这种形状的坑槽整齐、美观,而且更利于提高路面行驶的平顺性和舒适性。切削时应连续作业直到破碎整个破损的面层或露出基层材料。如果进行路面材料的再生利用,应注意避免混入底层和路基材料,防止沥青混合料性能变化。
具体施工过程:确定路面破损部分的边界和深度,按“圆洞方补”原则,划出与路中心线(即行车方向)大致平行或垂直的开槽修补的轮廓线(正方形或长方形),每边至少应外延至未破损的路面300 mm(即挖去路面松散、破碎的旧料直至坚实部分),然后沿划好的修补轮廓线开挖坑槽,成型后的坑槽壁面应尽可能与路平面保持垂直,并且坑槽底部平整、坚实。
采用永久性修补方法的坑槽修补结构方式:这种坑槽成型后与壁面垂直,坑槽内修补材料密实度均匀且较易控制和保证,受力状况较好。与坑槽壁面成45°斜坡的坑槽修补结构方式:这种方式新旧料间的接缝为斜接缝,比上一种方式的垂直接缝更长一些,新旧料间的结合面更大,两者间的黏附性能有所提高。但是,这种方式斜坡上修补材料的松铺厚度不一致,碾平后很难保证不同厚度处修补材料的密实度是否相同(因不同松铺厚度的压实难易程度不同),故造成坑槽内修补材料密实程度和承载能力不一致,从而使得坑槽整体的受力状况变差。同时,由于开凿45°的斜坡坑槽工艺比较复杂,这种坑槽修补结构形式很少采用。不开槽进行坑洞修补的结构形式,一般在应急性修补方法和热再生修补方法中经常采用。
坑槽的成型的设备通常有路面破碎机、混凝土切割机和路面铣刨机等。采用路面铣刨机(包括卧式和立式)开槽是一种较好的方法,这种设备不仅效率高,不易对坑槽周边路面材料造成破坏,坑槽壁面较为整齐,而且开槽的深度能够得到保证,坑槽底面也较平整。
(2)坑槽的清理和干燥。
为了使修补材料与坑槽壁面和底面的黏附性更加良好,保证坑槽修补的有效性和耐久性,坑槽壁面和地面必须完全干燥、清洁。清理坑槽最好采用压缩空气装置进行清扫。压缩空气可以有效地吹走坑槽中的灰尘、碎屑、杂物和少量水分,热空气还能将一些水分蒸发掉,使坑槽干燥。若坑槽到达底层或路基,必须进行压实,保证填充料在以后的行车荷载作用下不沉陷。如果坑槽内有积水,应采用压缩空气、火焰、破布、扫帚等工具进行干燥,以保证混合料的黏结性,同时必须清除坑槽周边的松散材料。
为了使坑槽完全干燥,壁面和底面材料能被加热并软化,应采用红外线辐射加热、明火加热、热空气(即燃气)加热等方式。加热坑槽可以使新旧料间的接缝由冷接缝变为热接缝,促进新旧料间的相互嵌挤和融合,提高坑槽修补的耐久性。另外,利用加热装置对坑槽加热,可使坑槽的修补不受潮湿、气温低等条件的限制,除雨天外,可以随时对坑槽进行修补作业。
一般对较浅坑槽加热时,可以将坑槽壁面和底面材料加热至140~160℃,对深至50 mm的坑槽加热至70~80℃较为适宜,同时最好使加热区域比坑槽外轮廓宽100~150 mm,以确保碾压时修补材料能与原有路面材料很好地融合。坑槽的清理和干燥在整个修补工艺过程中最为重要。这一步工艺可以为后面的工艺(包括黏结层的喷涂、修补材料的摊铺)提供一个完全清洁、干燥且具有较高壁面温度的坑槽,从而大幅提高修补坑槽的使用寿命。
(3)涂黏结层。
对沥青路面坑洞破损部分开槽成型后,坑槽壁面和底面上就会裸露出光滑的、未黏结沥青的石料断面。若这时直接填入级配良好、油石比恰当的修补材料,就会因坑槽壁面和底面石料缺少黏结材料,造成修补材料与原有路面材料间的接缝处油石比偏低,使新旧料间黏附性不强。因此,在摊铺坑槽修补材料之前,应在坑槽壁面和底面均匀地喷涂一层黏结材料。喷涂的黏结层可以浸润坑槽内表面裸露出的石料,提高修补材料与原有路面材料间的黏结效果。喷涂的黏结层材料必须与旧沥青混合料中的石料有很好的相容性。
热沥青、热改性沥青、乳化沥青及改性乳化沥青都可作为坑槽壁面的黏结层材料。对于永久性修补采用的热拌沥青混合料,应以热沥青、热改性沥青作为黏结层材料;而对应急性修补采用的冷拌沥青混合料,可以省去涂黏结层这步工艺。黏结层材料与裂缝填缝材料的准备方式一样,不同类型的黏结层材料,其备料方式不同。黏结层材料的喷涂方式:一般采用泵吸或气压的方式将其从储料罐中吸出,通过专用的沥青喷洒杆,均匀地喷涂在坑槽壁面和底面上。一般要求黏结层材料的喷洒量为0.4~0.6 kg/m2,喷洒量不能过多,过多会使黏层油堆积在坑槽底部,易使坑槽修补后出现泛油现象,破坏新旧料间的黏结效果。涂黏结层的工作对提高坑槽修补的耐久性非常重要。在这个工艺的进行过程中,应始终注意保持路表面及坑槽的清洁,避免灰尘、碎屑和杂物进入坑槽造成黏结层污染,影响新铺的修补材料与原有路面旧料之间的黏结效果。
(4)修补材料的准备和摊铺。
修补设备在进行坑槽修补前必须提前启动,装载修补所需的各种材料,如黏结层材料、沥青结合料、骨料或预先拌好的沥青混合料。材料的装载量应至少满足正常工作日的坑槽修补需求量,并且使各种修补材料保持所要求的使用温度。坑槽修补设备的组成由修补材料决定。若采用预先拌制好的材料为坑槽修补材料,坑槽修补设备所提供的修补材料应具有良好的级配和合适的油石比,性能质量比较稳定、可靠。另外,可以将沥青结合料和骨料就地拌和用于现场修补。这种供料方式虽然使修补材料的制备易于控制,但是需要庞大而复杂的修补设备,并且现场拌制的修补材料的矿料级配和油石比都不易控制,会使得修补材料性能和质量不佳,影响坑槽修补的效果。对于永久性修补工艺,坑槽修补材料大多采用热拌沥青混合料,因此需要具备保温、加热功能的混合料箱。
保温箱对修补材料进行储存,一般储存时间不宜超过72 h。而应急性修补工艺中采用的冷拌沥青混合料则不需要保温和加热,一般可采用袋装、桶装或不带保温加热功能的混合料箱装载,若密封工作做得好,储存时间可超过10 d,甚至1个月。修补材料拌制好后,可通过自动卸料装置(更多的是采用螺旋输送器)将修补料卸入待修补的坑槽中。然后采用人工摊铺的方法,用整平板将修补材料均匀地摊铺整平,在摊铺时应缓慢、均匀、连续,尽量避免修补料离析。
摊铺热拌沥青混合料时的温度可以稍微高一些,因为一般修补坑槽的用料量很少,修补材料填入坑槽后,料温会很快下降,因此为保证下一步工艺操作时修补材料具有较高的压实温度,必须将摊铺时的料温提高一些,一般将修补材料的摊铺温度设在165~170℃较为合适。坑槽修补与新建沥青路面不同,大部分修补材料都在开挖成型的坑槽内,高温压实时不仅不用担心修补材料产生推移,反而料的推移还有利于促进新旧料间的嵌挤、融合,提高坑槽修补质量。一般以坑槽的深度作为修补时摊铺和压实的依据。当坑槽深度较大(大于70 mm)时,应将沥青混合料分两次或三次摊铺压实,以保证坑槽内修补材料的密实度及修补后坑槽的承载能力。
新填补的混合料应高于原路面。坑槽修补时的投料量(或称松铺量)应保证坑槽修补部分经充分压实后,其高度正好与原路面一致。坑槽修补的投料量与坑槽的几何尺寸、修补材料的级配类型、矿料配合比、沥青用量、各组成材料种类及修补后坑槽的预期压实度有关。称量装置称量修补材料后,将其定量投入坑槽并进行摊铺、整平,经充分压实后便可使修补的坑槽的密实度和平整度都能得到保证。
(5)坑槽的压实。
对定量投入坑槽的修补材料进行摊铺、整平后,必须再对修补材料进行充分压实,保证修补材料裹覆了沥青的矿料颗粒,相互嵌挤达到一个稳定的密实结构,最终获得一个较佳的空隙率,从而提高修补坑槽的耐水性和耐老化性。目前常用的压实装置主要有小型振动平板夯、小型振动压路机和手扶式振动碾。
对坑槽进行压实时,首先压实坑槽边缘的修补材料,使其填入坑槽中,再压实中间的材料,并连续不断地向边缘移动压实,且每次应重叠压实一定宽度。这种压实方式不仅使边缘的材料不会掉出坑外,而且有助于将坑槽内的修补材料向四周挤压,与原有路面的壁面嵌紧。压实装置的压头最好不要超过坑槽的尺寸,这样有利于增加压实应力,提高压实效果。压实施工时,应尽量在要求的温度范围内将修补材料压实到需要的密实度。
(6)封边修整工作。
为了提高坑槽边缘新旧料接缝的耐水性和黏结强度,需要对接缝进行封边处理。坑槽修补的封边材料与裂缝填缝材料类似,可以采用热沥青、热改性沥青(用于采用热拌料的永久性修补),也可以采用乳化沥青和改性乳化沥青(用于采用冷拌料的修补)。施工时通过专用的喷洒杆将封边材料均匀、连续地喷洒在新旧料接缝上,再用U形或V形橡胶辊将封边材料碾压成无槽贴封式的结构形式,可以在宽度不变的情况下减少厚度。为了防止封边材料出现轮印或引起溜滑,可以在其上均匀地、薄薄地覆盖一层干净的砂或石屑,对其加以保护。通过撒砂处理,可加快封边材料的凝固,提高路表面的抗滑能力。对热拌沥青混合料填补维修的坑槽,应采取自然冷却的办法,待坑槽表面修补材料的温度低于50℃后方可开放交通。
冷拌沥青混合料的施工除拌和与热拌沥青混合料不同外,两者其他方面没有太大差别。但是由于冷拌沥青混合料有一个破乳、水分蒸发的过程,所以填料必须在破乳前完成,压实必须在水分蒸发前完成。开始必须用轻碾碾压,待水分蒸发后再进行补充碾压,而后方能开放交通。
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