SMA-13沥青混凝土在隧道“白改黑”路面的应用分析

黄广喜

(广西交通投资集团百色高速公路运营有限公司,广西 百色 533099)

0 引言

抗滑不足是影响隧道路面行车安全的重要因素之一。隧道内水泥混凝土路面具有较强的抗弯拉强度、较好的水稳定性、耐火性等,但经过长期的运营,由于隧道内汽车尾气、油污、水渍等的影响,严重影响水泥路面路表使用功能和品质,导致水泥混凝土路面摩阻系数大幅降低,细观构造深度逐年减少,抗滑性能不断衰减,从而因路面抗滑不足导致交通事故频发,因此隧道水泥混凝土路面改造迫在眉睫。本文通过百隆路某隧道水泥混凝土路面加铺SMA-13沥青混凝土面层施工,探讨已运营11年的隧道水泥混凝土路面加铺SMA-13沥青混凝土面层的施工技术和抗滑、平整度等性能的提升情况。

1 工程概况

加铺前该隧道洞高为7 m,净高为5 m,为水泥混凝土面层。根据检测机构2019年底检测数据显示,该路面RQI和SRI值分别为83.3和75.7;根据现场查勘发现水泥混凝土细观构造深度已明显降低。这说明长时间的运营导致隧道水泥路面使用功能出现明显下降,路面摩阻力也逐步下降,严重影响道路行车安全,故隧道路面抗滑性能和使用性能提升迫在眉睫。

2 方案对比分析

道路改造工程的全寿命周期费用体现资金时间价值,道路工程的运营费和维护费在整个项目费用中比重较大[1]。通过对加铺环氧树脂超薄磨耗层和加铺5 cm SMA-13沥青混凝土面层的运营费和维护费进行分析以确定该项目采用的施工方式。

2.1 加铺环氧树脂超薄磨耗层

环氧树脂超薄磨耗层厚度一般为6 mm左右,在旧路面上进行加铺可提升原路面的抗滑性、防水性、磨耗性等,一般作为隧道路面、桥梁路面、机场路面及特殊路面结构的抗滑保护层。环氧树脂超薄磨耗层混合料可在常温下进行施工,具有施工方便、快捷、周期短、造价低及因厚度小而不影响隧道净空等特点。但对原路面表面粗糙度、洁净度、强度等要求较高,否则会在车辆应力作用下发生推移而产生面层脱落现象。因该工艺仅能提升路面抗滑性能,因此对平整度差的路面无法提升平整度指标。且从同路段其他隧道加铺的效果看,目前已加铺超薄磨耗层的隧道路面存在较严重的脱落现象,且多次修补后脱落问题仍得不到解决,由此可见该方式的后期维修和运营成本较高。

2.2 加铺5 cm SMA-13沥青混凝土面层

SMA-13沥青混凝土路面通过粗集料互相嵌锁形成骨架结构从而具有较强的抗变形能力,同时也具有较好的高温抗车辙能力、低温抗变形能力和抗水损坏能力,且通过添加纤维稳定剂可提高其粘结强度。根据规范要求,隧道净空应≥5 m,如果加铺5 cm SMA-13沥青混凝土面层则需要对影响隧道净空的风机和照明设施进行改造,保证净空满足≥5 m的要求。该方案的优点是加铺沥青层厚,行车舒适性、抗车辙及耐久性好;缺点是需对机电设备进行先期改造,施工周期长,造价高。该处治方式的建设成本虽高,但是后期运营和维修成本相对较低。

为有效提升路面的抗滑性能和耐久性,提高隧道内道路行车安全性和降低维修占道次数,推荐采用加铺5 cm SMA-13沥青混凝土面层对隧道在役水泥路面进行抗滑处治改造。

3 原材料及配合比设计

3.1 改性沥青

表1 改性沥青各项检测指标表

3.2 集料

为提高路面表面层的抗滑能力及抗车辙能力,该项目采用新鲜、坚硬、耐磨、洁净且与沥青有良好粘结能力的硬质辉绿岩作为粗集料。其检测指标结果如表2所示。

表2 粗集料各项检测指标表

项目采用洁净、干燥、无风化、无有害杂质并有适当颗粒级配的辉绿岩石屑作为细集料。其检测指标结果如表3所示。

表3 细集料各项检测指标表

3.3 矿粉

矿粉由石灰岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到,矿粉应不含水分、无杂质,可以自由从储存仓中流出,禁止使用拌和楼的回收粉。其检测指标结果如表4所示。

表4 矿粉各项检测指标表

3.4 木质素纤维

沥青混合料中掺入的木质素纤维比例为沥青混合料质量的0.4%,其检测指标结果如表5所示。

表5 木质素纤维各项检测指标表

3.5 SMA-13沥青混凝土配合比设计

3.5.1 矿料级配

采用厚5 cm的沥青混合料对隧道水泥混凝土路面进行加铺,沥青混合料采用SMA-13沥青混凝土矿料级配。混合料矿料级配组成如表6所示。

表6 SMA-13沥青混合料矿料级配表

3.5.2 SMA-13沥青混凝土路用性能

通过选取5组不同的油石比制备马歇尔试件进行试验,以空隙率3.7%作为目标设计空隙率得出最佳油石比为6%,对应最佳沥青用量为5.66%。再以最佳油石比通过马歇尔试验检验SMA-13沥青混凝土的高温稳定性和水稳定性,检验结果如表7所示。

表7 高温稳定性和水稳定性检验结果表

4 隧道路面加铺SMA-13沥青混凝土施工工艺

4.1 原路面病害调查

完好无断裂破碎的板块,板底也可能存在脱空。目前判定板底脱空的方法主要有:(1)直接观察法,当观察到接缝错台、唧泥或重车驶过板块松动,即表明板下脱空,这种方法有一定的主观性和不确定性;(2)雷达探测仪法;(3)弯沉检测法,主要有FWD法、贝克曼梁法等[2-3]。

编制审核报告是咨询单位的常态化工作，但编制报告的过程并未创造新的价值，仅仅是为展示工作成果。编制报告的时间与做基础性审核工作的时间至少应该三、七开比较合理，即如果编制报告的时间安排三天，则图纸审核基础性工作时间至少应为七天。在报告编制上精益求精固然可取，但在基础性审核工作上投入的资源也应足够。

采用直接观察法和贝克曼梁检测法对水泥板病害进行调查。其中直接观察统计出路面裂缝约125.45 m、需要处理的缩缝约为411 m,无破碎板。对存在错台处采用贝克曼梁(长度为5.4 m)进行弯沉检测,通过计算得到测定静态总弯沉值,当弯沉值>14(0.01 mm)时,判定为板底脱空。检测结果如表8所示。

表8 贝克曼梁检测及板底脱空判定结果表

根据贝克曼梁检测结果可知,错台位置未存在脱空,因此不需进行处治。

4.2 水泥路面病害处治

为使加铺沥青混凝土面层后降低水泥混凝土路面裂缝及缩缝反射至沥青面层,先对裂缝松散物及垃圾等进行清理,再采用灌缝胶对裂缝进行灌缝处治,灌缝需饱满但灌缝料不能溢出,防止后期该处发生泛油现象。为调平水泥混凝土面层、增大其与加铺沥青层的咬合程度及更好地清理原面层的各类污渍,对水泥混凝土面层进行精铣刨处理。精铣刨过程中需控制标高、纵横坡和铣刨深度。精铣刨时铣刨机需沿被铣刨车道的方向及用于标记铣刨深度、宽度、纵横坡等线形行进。铣刨过程中应随时检查铣刨路面平整度及错台铣刨的程度,如出现偏差应及时调整。铣刨后应先清扫铣刨面,再采取高压水枪冲洗的方式进行路面清理。

4.3 SBS改性沥青粘层施工

对水泥混凝土面层进行清理,将浮尘、水渍及泥土等清理干净,待路面干燥后且温度≥10 ℃时,使用智能沥青撒布车均匀撒布SBS改性沥青,撒布量为0.5～0.6 kg/m2,沥青的喷撒温度宜为180 ℃～190 ℃。撒布后应临时封闭交通,避免粘结层的二次污染。

4.4 SMA-13沥青混凝土施工质量控制

4.4.1 SMA-13混合料拌和及运输

SMA-13沥青混凝土通过3000型沥青拌和设备进行集中厂拌模生产。其中各原材和混合料的适宜加热温度范围为:(1)矿料为190 ℃～220 ℃;(2)沥青为160 ℃～165 ℃;(3)SMA-13混合料的出厂温度为170 ℃～185 ℃,且混合料的贮存温度下降不得超过拌和出料后温度的10 ℃。SMA-13混合料生产过程中采用自动投料机进行木质素纤维投料。运料车装料前料厢应无泥土等杂物,防粘剂或隔离剂应均匀地涂抹在车厢板上,但不得有余液积聚在车厢底部。为减少混合料离析,装料时应勤挪动车辆位置。混合料运输过程中应用苫布覆盖保温、防雨、防污染。

4.4.2 SMA-13混合料摊铺

摊铺前需将粘结层清扫干净。采用履带式摊铺机进行全幅摊铺,摊铺速度应控制在2.5 m/min,且匀速前进,严格控制摊铺机及压路机的摊铺和碾压情况,严禁突然停止或碾压速度跟不上,从而导致压实度不足。摊铺时沥青混合料温度应≥165 ℃。摊铺后及时进行初压。为保证压实度,该项目采用4台双钢轮压路机分别进行初压、复压和终压,压实工艺如表9所示。

表9 碾压工艺表

路面摊铺完成后待面层混合料表面温度<50 ℃,即可开放交通。

5 加铺后路用效果评价

2020年9月对该隧道加铺5 cm SMA-13混凝土路面以来,该隧道沥青路面未产生任何病害且路面抗滑等指标也保持较高水平,2019—2022年路面指标如后页表10所示。

表10 2019—2022年路面指标表

由现场路面状况可知该隧道加铺SMA-13沥青混凝土路面后,目前路面仅存在小范围泛油,未出现反射裂缝等病害。通过对比2019—2022年该隧道路面技术状况指标可知,加铺SMA-13沥青混凝土路面后PCI、RQI、RDI及SRI均有不同程度的提升,且抗滑指标近年来下降较小,完全满足行车安全的要求。

6 结语

针对隧道水泥混凝土路面抗滑不足的情况,通过对水泥混凝土路面病害及面层精铣刨处治后加铺SMA-13沥青混凝土面层,并就工后两年的观察和路况检测数据看,隧道水泥混凝土路面加铺厚5 cm SMA-13沥青混凝土面层后,既能改善路面抗滑、耐久性及行车舒适性等路面性能,又能减少后期养护成本、提升道路行车安全性能。因此,隧道路面“白改黑”可推广采用加铺5 cm SMA-13沥青混凝土的方式。