浅谈同步碎石封层技术在黄河堤顶道路维护中的应用
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摘要：目前，黄河堤顶道路作为百姓出行的“交通生命线”以及防洪的“抢险交通线”在新时期被赋予特殊涵义，但其通行能力堪忧，堤顶道路损坏严重，难以顺利完成其使命。而同步碎石技术由于具有经济快速的施工方式以及良好的使用性能等多种优点，无疑是堤顶道路维护的一种有效养护手段。本文对同步碎石封层技术的材料选用、路用性能及施工工艺进行了探讨，为堤顶道路养护提供了一种全新的养护方法。
关键词：同步碎石技术同步碎石封层车材料要求
0引言
随着黄河堤坝大规模建设工程的完成，已经基本满足了“防洪保障线”的要求。随着经济的发展，黄河堤顶道路作为百姓出行的“交通生命线”以及防洪的“抢险交通线”，堤顶道路的建设将被赋予新时期的涵义，堤顶路面的修筑和维护将在黄河堤坝的未来建设中起到举足轻重的作用。堤顶道路目前的路面等级均按照三级公路标准进行设计，但随着交通量的迅速增长，致使堤顶路面出现了裂缝、坑槽、车辙、推移、拥抱、松散等严重的功能性和结构性病害，大大影响堤顶道路的通行能力和使用寿命，寻求一种快速、经济的养护和维修手段成为黄河堤顶道路运行的重中之重。我国近期从国外引进的同步碎石封层技术在近几年国内的道路养护中得到突飞猛进的发展，并且，同步碎石技术在施工中具有经济、快速等很多优点，满足堤顶道路的建设与养护要求。
1同步碎石封层技术工作原理［1］
所谓同步碎石封层，就是用专用设备即同步碎石封层车及粘结材料（改性沥青或改性乳化沥青）同步铺洒在路面上，通过自然行车碾压或轮胎压路机碾压形成单层沥青碎石磨耗层，他主要作为路面表处层使用，也可用于低等级公路的面层施工。同步碎石封层将粘结剂的喷洒与集料撒布两道工序集中在一台车上同时完成，可以使碎石颗粒立即与刚喷洒的粘结剂相接触。此时，由于热沥青（160℃以上）或乳化沥青流动性较好，能使碎石更深地埋入粘结剂内(约为碎石高度的2/3)，保证了沥青与石料足够的结合强度。
2同步碎石封层优越性
2.1同步碎石封层用于堤顶道路养护经济合理，延长使用寿命
同步碎石封层对集料没有特殊要求，可降低施工成本；还可以就地取材，降低运输成本；同步碎石封层本身的造价较低，同等条件下其成本只有3cm热沥青混合料罩面的50%左右，不到传统的稀浆封层或薄层封面的一半(图1)。
同步碎石封层还可以显著延长路面的使用寿命，根据国内外使用情况调查，同步碎石封层技术能使损坏比较严重的道路寿命增加13～15年。
图1 同步碎石封层技术经济比较图
2.2同步碎石封层施工工序简单、施工速度快、开放交通快
同步碎石封层现场机械组合只需要同步碎石封层车和碾压机械两种即可，施工中克服了各种工序间的耽搁与等待等因素造成的时间浪费和质量隐患。
同步碎石封层技术采用同步碎石封层车将碎石及沥青胶结材料同步洒铺在路面上，压路机碾压后即可放行，2小时后可完全开放交通，无需养护，后期通过自然行车碾压形成单层沥青碎石磨耗层，不影响道路的正常通行。
2.3良好的附着性和防滑性
同步碎石技术实质上是靠一定厚度的沥青膜（1mm～2mm）粘结碎石形成磨耗层，其表面无沥青，只有裸露的集料，形成坚固、平整、粗糙的表面，被沥青粘结到路面上的集料仍直接与轮胎接触，其粗糙度增大了与橡胶轮胎之间的摩擦系数，层间粘结强度和抗剪强度是普通封层的2～5倍，因此可显著提高路面的附着性和防滑性并降低能耗。
2.4良好的防水性
同步碎石封层无沥青与集料的搅拌过程，可以形成连续的沥青薄膜，也可以顺利渗入表面微裂缝深处，能增加路面抗裂性能、治愈路面龟网裂、减少路面反射裂缝，因此提高了路面防渗水性能，若使用聚合物改性沥青则效果更佳。
2.5良好的层间排水功能
采用同步碎石封层技术的路面，表面无沥青只有裸露的集料，具有足够的构造深度，提供了顺畅的降水或渗水排出通道，使道路表面不会积水，这是区别于其他类型封层的主要特点之一，减少了道路水损坏和滑溜事故的隐患。
3同步碎石封层技术的材料要求
3.1结合料―沥青
从同步碎石封层的原理可知，同步碎石封层用胶结料无论是沥青或乳化沥青必须具有足够的粘结性，以保证一定的粘结强度；要具有足够的爬升高度，以保证一定的裹覆面积；要具有较宽泛的适用性，以保证与石料的配伍性。对于种类没有特别的要求，如软化纯沥青、聚合物改性沥青、乳化沥青、聚合物改性乳化沥青、稀释沥青等均可，热沥青主要用于大规模封层。
在进行碎石封层路面施工时，适合的乳化沥青洒布量是非常重要的。最少的乳化沥青使用量应该是可以将集料固定住，并且将其粘结到旧路面上。同时乳化沥青也存在一个最多使用量。如果乳化沥青洒布过多，会导致在行车碾压过程中，沥青粘结料从石料的空隙中溢出，从而导致路面泛油，摩擦系数降低，在潮湿的天气里，问题尤为突出。为了达到理想的路面表现，乳化沥青的洒布量应该由不同类型的沥青选择、石料层的空隙容量、石料的形状及尺寸、交通量以及旧路面的状况来共同决定。在有坡度的情况下，乳化沥青的使用量应该做适当调节。
3.2集料
普遍采用间断级配结构，碎石封层所用石料粒径范围有严格要求，即等粒径石料最理想。考虑到石料加工的难易程度及路面防滑性能的要求不同，常用2～4mm,4～6mm,6～10mm,8～12mm,10～14mm等5档， 8～12mm和10～14mm两档主要用于低等级公路过渡型路面的下面层或中面层。碎石封层作为低等级公路路面时须2层或3层，各层石料粒径应互相搭配以能产生嵌挤作用，一般遵循下粗上细的原则。同时，还要满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40--2004)中对粗集料的物理、力学指标规定。
石料的撒布量应该是可以完全覆盖旧路面，石料之间应该是肩并肩紧密的构成一个平面，达到100%石料覆盖率。如果石料的覆盖率过低，过多的紫外线对沥青的照射会导致沥青变性老化，从而导致路面损坏情况发生；如果石料的覆盖率过高会导致过多的石料被挤压到沥青层中，从而导致一些已经粘到沥青层的石料脱落。一方面造成不必要的材料浪费，另外脱落的石料有可能会被车轮带起打碎汽车挡风玻璃。参照相关资料［2］，表1提供了不同尺寸的石料的撒布量。
表1 单石单层不同尺寸石料的撒布量
石料尺寸 石料的数量, kg/m2
19.0～ 9.5mm 22～27
12.5 ～ 4.75mm 14～16
9.5 ～ 2.36mm 11～14
4.75 ～ 1.18mm 8～11
当然，针对不同工程具体用量还需要经过现场试验确定。
4 同步碎石封层施工工艺
4.1 同步碎石封层设备
同步碎石封层技术的主要设备是同步碎石封层车，与1辆同步碎石封层车配套的主要机械设备有装载机1台、石料加工清洗设备1台、胶轮压路机1台、8t以上水车1台、路面除尘设备1台、小型铣刨设备1台。热沥青加（保）温车1台、（乳化）沥青运输车若干台。在同步碎石封层车的使用上，该项技术对操作手的要求较高，操作人员必须懂得机械的工作原理，同时操作要相当熟练，否则将铺不出高质量的路面。
4.2 同步碎石封层施工程序
同步碎石封层施工的基本程序为:原有旧路面的处理→施工材料的准备→现场施工→胶轮压路机碾压→开放交通→路面清扫，剩余集料回收。
4.2.1 原有旧路面的处理
首先，要对公路表面损伤进行诊断，明确将要进行修补的要害问题，对原路面的坑槽、严重网裂、结构裂缝等路面严重病害预先进行彻底处理，然后清扫路面，保证路面清洁干燥，以便沥青和旧路面的粘结，作为表处层或磨耗层的碎石封层，其使用条件是原路面平整度和强度满足要求。
4.2.2 同步碎石封层材料准备
乳化沥青和改性沥青我国已经有比较完善的制作和使用经验，对于大型工程尽量采用车间式生产。
碎石的技术指标应该满足规范的要求，必须干燥、洁净［3］。
4.2.3 现场施工
施工中，同步碎石封层车应以适宜的速度均匀行驶，在此前提下石料和粘结料两者的撒布率必须匹配；使用改性沥青作为粘结料时，为保证雾状喷洒而形成均匀、等厚度的沥青膜，必须保证沥青的温度在160℃～170℃范围内；同步碎石封层车的喷油嘴高度不同，所形成的沥青膜厚度会不同（因为各个喷嘴喷出的扇形雾状沥青重叠情况不同），通过调整喷嘴高度使得沥青膜的厚度符合要求。
撒布后10―15分钟用胶轮压路机碾压两到三遍。目的是使撒布的石料均匀密实，2―3小时后开放交通，初期应限制车速，防止快速行车造成石子飞溅，自然碾压4小时后，清扫回收脱落的石料再利用。
5 结语
同步碎石技术虽然在我国使用的经验较少，但是其性能和效益是有目共睹的，它不但节省材料、设备成本，降低工程造价，提高工作效率，而且在路面裂缝防治、改善路面的抗滑性能、提高路面的使用功能等方面都有其他养护手段不可比拟的优越性，同时由于同步碎石封层设备的高精确度，也使得劳动强度大大降低。施工完成后，2小时内即可通车，缩短了封闭交通的时间，提高了公路的运输效益。总之，同步碎石封层技术作为一种全新的养护手段，其经济性能和技术性能都十分优越。在堤顶道路这种一般等级道路的维护中更可以大显身手。我们应沿着引进、消化、吸收、改进、提高的技术路线将该技术早日推广到堤顶道路的建设和养护生产中。
参考文献：
［1］张裔佳 沈迪.同步碎石封层关键技术研究［J］.交通标准化， 2009（3）：190-192.
［2］陈广森.同步碎石封层技术在公路养护中的应用［J］，硅谷，200（23），217-220.
［3］张思梅，道路建筑材料［M］. 北京：中国水利水电出版社，2008
作者简介：
王淑红（1970～），女，硕士，毕业于大连理工大学结构工程专业，在黄河水利职业技术学院任教多年，主要从事道路工程养护与管理、道路桥梁工程教学工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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