旧水泥路面微裂均质化再生技术在G359高明段改造中的应用

孔启忠

(佛山市高明区交通运输事务中心,广东 佛山 528000)

1 工程概况

1.1 工程背景

(1)道路概况。

项目位于G359高明段,为一段长约5 km的水泥混凝土路面改造项目。原道路属于合和大道中的一部分,为一级公路,双向4车道,路面宽22 m,路基宽25.5 m。合和大道自2004年通车以来,前14年仅进行日常养护,未进行大、中修。由于车流量大、超载严重,原水泥混凝土路面出现严重破损。

(2)工程改造的需求。

工程改造的主要需求包括:对严重破损的旧水泥混凝土路面挖补修复,特别是纵向裂缝较多的板块和破碎板;解决路面结构层厚度不均、基层松散等问题,以提升道路整体承载能力,适应特重交通荷载等级;同时改善路基排水情况,避免道路长期饱水和受车辆超载的影响,提高道路使用寿命[1]。

1.2 施工技术选择

(1)微裂均质化再生技术介绍。

微裂均质化再生技术是一种针对水泥混凝土路面的改造方法,具体包括以下步骤。

微裂施工:采用智能连续强夯机进行微裂再生,通过此过程使路面表面微裂而非碎裂,从而保持板块的稳定性和粗糙度。

注浆加固:针对道路承载能力不足的位置进行注浆加固,利用地聚合物注浆材料进行加固补强。

挖除置换:对弯沉实测值>35(0.01 mm)的整个板块,包括板角、板中和板边进行挖除,然后进行基底夯机夯实补强和平板夯压实。

沥青加铺:最后进行沥青面层的加铺工作,包括AC-13改性沥青混凝土、AC-16改性沥青混凝土以及AC-10橡胶沥青混凝土等材料。

(2)工程具体方案。

微裂施工:内外侧车道分别进行微裂施工,夯击参数根据实际情况不断调整,保证施工效果。

注浆加固:针对弯沉实测值<30(0.01 mm)的整个板块,包括板角、板中和板边进行注浆加固,提高道路结构层的承载能力。

挖除置换:对于破碎或承载能力不足的板块进行有序挖除,随后进行夯实补强和混凝土填充工作,以增强受损区域的结构完整性。

沥青加铺:采用4 cm AC-13、6 cm AC-16和3 cm AC-10橡胶沥青混凝土,通过逐层铺设的方式,确保路面平整并提升整体耐久性。

通过这一工程方案,旨在彻底解决原水泥混凝土路面的破损问题,提高道路的整体性能和使用寿命。

2 旧路现状分析

旧路现状调查表明,横向裂缝是主要的路面病害之一,具体数据如下。

横向裂缝:共计1 690条,总长约19 555 m。

纵向裂缝:总长约7 203 m。

在横向裂缝中,占单个评定段比例最大的约为92%,最小约为31%。横向裂缝宽度>3 mm以上的比例达100%,而纵向裂缝>3 mm以上的比例为84%。

横向裂缝的间距普遍为4.8～5 m,分布较为规律,且车行道内均为贯穿式横缝。

这些数据说明旧路面存在较多的横向裂缝,其中裂缝宽度和分布呈现一定的变化。在后续的道路维护和改造中,需要根据这些裂缝的具体情况采取相应的修复和加固措施,以提高路面的整体质量和使用寿命。

2.1 原水泥混凝土路面结构

(1)结构层厚度分析。

原水泥混凝土路面结构层存在厚度不均匀的问题,具体表现如下。

局部过薄:部分路段的结构层厚度未达到设计标准,因此无法满足道路的正常承载需求,容易导致路面破损和损害。

变形严重:部分路段的结构层发生沉降和变形,导致路面不平整,不仅影响了行车的平稳性,还可能对行车安全造成潜在威胁。

(2)石渣垫层问题。

原路面中的石渣垫层在支撑和排水方面存在一些问题。

石渣流失:部分路段的石渣垫层受到外界因素的影响,发生了流失现象,降低了整体的支撑性能,增加了路面的脆弱性。

排水不畅:部分路段的石渣垫层存在厚度不均匀的情况,导致排水通道不畅,使得水分在路面下无法迅速排除,加速了路面病害的发展,进而影响路面的使用寿命。

2.2 病害分析

(1)纵向裂缝和破碎板。

纵向裂缝和破碎板是该路面的主要病害之一,其主要形成原因包括两个。

交通荷载:长期承受超载交通荷载导致了局部的疲劳裂缝和板块破碎,使得路面结构逐渐失去稳定性。

基础问题:部分路段的土基条件较差,导致了路基的沉降,进而诱发了裂缝和板块破碎。土基的差异性直接影响了路面的整体稳定性。

(2)路面结构层偏薄问题。

路面结构层整体偏薄会引发多方面问题,主要体现在承载能力不足。部分路段结构层偏薄,无法满足当前和未来的车流荷载要求,导致路面在交通荷载下出现过度变形,进而影响道路的使用寿命。

(3)土基条件不足。

土基条件的不足引起了两个问题。

沉降严重:由于土基条件不足,部分路段的路基发生了沉降,加速了纵向裂缝和破碎板的形成,对路面结构稳定性造成了严重影响。

排水困难:土基条件的不足影响了路基的排水性能,使得排水通道不畅,加剧了纵向裂缝和破碎板的发展。

通过对旧路现状的深入分析,能够更好地了解病害形成的原因,为后续的工程改造提供科学依据。

3 现场调查与技术分析

3.1 交通情况分析

通过实地调查,对道路上的车流量和超载情况进行了综合分析。部分路段在工作日的交通高峰时段存在较大的车流量,这尤其需要在施工过程中精心考虑,以最小化对交通的干扰。同时,针对部分大型车辆存在超载现象,需要在工程设计中特别关注,以强化相关路段的承载能力[2]。

交通状况对道路的影响主要体现在两个方面。首先,由于部分路段存在车流量大的情况,会导致交通拥堵。在施工期间,需要合理规划交通流向,以减少拥堵对交通的不利影响。其次,一些交叉口存在交通流不畅的情况,因此需要在工程中综合考虑交叉口的改造,以优化整体交通组织。通过充分了解交通情况,可以更好地制定施工计划,确保施工期间交通的顺畅和安全。

3.2 施工前详细调查

在施工前期,通过局部开挖进行了详细的调查,主要集中在以下几个方面。首先,对路基进行了仔细的检测,确保在开挖过程中能够保持路基的稳定性和承载能力,从而为工程施工奠定基础。其次,查清了道路下方的管线排布情况,旨在避免施工过程中对管线造成损害,确保道路的整体安全性。此外,进行了地质勘探,对土质、岩层等地质情况进行详细勘探,为后续工程施工提供科学可靠的依据。通过这一步骤,能够更好地了解地下情况,从而有针对性地应对可能出现的地质问题。

通过无损检测手段获取了必要的数据支持,对混凝土路面进行了全面调查和技术分析。在考虑可靠度系数的基础上,得到以下关键数据。混凝土面层荷载疲劳应力:4.05 MPa。混凝土面层温度疲劳应力:0.33 MPa。混凝土面层综合疲劳应力(考虑可靠度系数后):4.95 MPa(小于面层混凝土弯拉强度)。混凝土面层最大荷载应力:3.11 MPa;混凝土面层最大温度应力:1.17 MPa。混凝土面层最大综合应力(考虑可靠度系数后):4.84 MPa(小于面层混凝土弯拉强度)。

充分的现场调查和技术分析确保在施工前期对各项因素有全面深入的了解,为后续工程的顺利进行提供了坚实保障。

4 施工过程与技术应用

4.1 微裂施工

微裂施工是道路改造中的关键步骤,为确保施工效果,需要具体调整以下工艺参数:根据实际情况,将裂缝密度控制在5～8条/m2,以确保裂缝分布均匀[3]。设定裂缝深度在2～5 mm之间,以实现更好的修复效果。

在施工速度方面,需要控制施工速度,确保在保证质量的前提下尽可能缩短施工周期。控制微裂施工速度在50～80 m/h,以提高工程的整体效率。

微裂效果验证阶段需要具体监测多个方面。对于裂缝形态,要求裂缝的宽度控制在1～3 mm之间;对于道路平整度,可以在高程变化不超过5 mm/m的标准下进行评估;而在材料粘结性方面,要求微裂材料与原路面的剪切强度达到5 N/m2以上,以确保施工层与基层之间的牢固连接。通过这些具体的数值设定,可以更科学、精准地指导微裂施工的实施。

4.2 注浆加固施工

在注浆加固施工中,进行弯沉检测是保证工程质量的重要步骤。

在施工前,利用先进的弯沉检测设备测量路面的沉降。测得路面在某路段的沉降为20 mm。通过分析路面的变形情况,分析发现沉降主要集中在路面中央,形成了一个凹陷区域,变形情况明显。完成注浆施工后,对注浆效果进行全面评估,具体包括两点。

强度测试:测试注浆后路面的承载强度。经测试发现注浆后路面的承载能力达到300 N/cm2,满足设计要求。

密实性检测:检测注浆材料的密实性,防止因注浆不均匀导致的结构问题。通过密实性检测确认注浆层的相对密实度为95%,达到设计标准。

4.3 挖除置换施工

在挖除置换施工中,对破损路段的具体处理涉及多个方面,以下是相关的数值和实施步骤。

破损路段定位:在施工前,通过精确定位,确定路段长度为50 m,存在严重破损。

材料补强:对破损路段采用高强水泥混凝土进行补强,确保其承载能力达到5 000 kg/m2[4]。

在拉网式筛查与施工过程中,具体的数值和控制措施包括两方面。

拉网筛查:采用拉网方式对道路进行全面筛查,找出隐患和破损点。通过拉网筛查确定道路上存在10处破损点,包括裂缝和坑洼。

施工过程控制:在挖除置换过程中,实施严格的工程控制,确保施工的精准性和高效性。规定每日挖除长度不超过10 m,保证施工进度和质量。

通过以上施工过程和技术应用,实现对道路的全面改造和提升,确保道路的安全性和耐久性。

5 沥青混合料加铺

5.1 加铺方案

在制定加铺方案时,需要考虑多个方面的工艺控制。

沥青选用:选择优质沥青材料,确保性能符合要求。选择黏附性好、耐高温、耐磨损的沥青,有机挥发物含量低于5%。

厚度设计:根据具体情况科学设计沥青混合料结构层的厚度。据交通流量和车型,确定沥青混合料的设计用量,确保厚度在3～5 cm之间。

施工工艺:制定详细的施工工艺流程,确保施工过程的合理进行。规定沥青混合料摊铺时的温度为140 ℃,压实温度为160 ℃,以确保沥青层的质量。

环保考虑:在沥青选择和施工过程中注重环保。选择低挥发性有机物含量低于3%的环保型沥青,采用冷拌热敷技术,减少对环境的不良影响。

通过以上具体的工艺控制,加铺方案能够更科学地满足道路改造的需求,提供耐久性和承载能力良好的路面结构。

5.2 摊铺过程与效果评估

在进行沥青混合料加铺过程和效果评估时,需要关注以下四个方面的工艺控制。

摊铺过程控制:严格控制摊铺机的速度和温度。控制摊铺机的速度在2～3 m/min,摊铺温度维持在适宜的摊铺温度,确保沥青层的均匀性和一致性。

密实度监测:在摊铺完成后,进行密实度监测。采用密实度检测设备,确保沥青层的密实度达到设计要求。要求密实度达到95%以上,以提高路面的承载能力。

平整度评估:对沥青路面进行平整度评估,可采用激光测量等技术手段。平整度控制在正常行车要求范围内,确保道路平整、平顺,提高驾驶舒适性。

耐久性验证:利用试验室测试和实际使用情况观测验证沥青路面的耐久性。通过模拟交通负荷和不同气候条件,验证沥青路面在使用过程中的耐久性。

通过以上的具体工艺控制,能够确保新铺设的沥青路面在质量和性能上达到设计要求,以满足不同的道路使用要求,提高道路的安全性和耐久性。

6 观测评估与讨论

6.1 工程效果评估

旧水泥路面改造后的弯沉检测结果如表1所示。

表1 弯沉检测数据对比 单位:0.01 mm

通过表1数据对比,可以明显观察到改造后道路的弯沉量明显减少,表明改造工程在水平和垂直变形方面取得了显著的改善效果。表2为注浆加固前后的路面强度。

表2 注浆加固前后数据对比 单位:MPa

改造前后进行的路面强度测试结果表明,注浆后路面的承载能力显著提升。表3为挖除前后弯沉对比。

表3 挖除置换效果评估 单位:0.01 mm

通过以上的扩展数据分析,注浆加固和挖除置换在提升路面强度和减缓变形方面取得了显著的效果,为道路改造工程的成功实施提供了全面的技术支持。

6.2 技术应用的优势与局限性

微裂均质化再生技术在道路改造工程中显现出明显的优势。首先,该技术具有卓越的环保性,通过微裂技术实现路面再生,能够有效减少对新材料的需求,从而降低对环境的不良影响。其次,微裂均质化再生技术相比传统的路面改造方式,能够更好地实现节约能源和减少排放,具备显著的节能减排效果,符合可持续发展的理念。

在实际工程中,微裂均质化再生技术也面临一些挑战和局限性。其中一个主要问题是土基条件的不足可能影响道路的整体承载能力。为解决这一问题,未来工程可以进一步加强土基处理,采取合适的方法改善土基条件,确保道路在长期使用中具有稳定的性能。

另外,施工过程中可能会遇到一些难点,例如施工流程不够顺畅、施工效率有待提高等。为了优化施工过程,未来可以通过技术创新和流程的优化来提高施工效率和工程质量,确保道路改造工程取得更好的整体效果。

通过对微裂均质化再生技术的优势和局限性的总结分析,并结合工程实际情况进行改进,可以为未来类似的道路改造工程提供经验和技术参照,推动工程质量和可持续性发展的不断提升。

7 结 语

综上所述,微裂均质化再生技术在G359高明段水泥混凝土路面改造工程中应用效果良好。通过详实的施工过程和效果评估,验证了该技术在提升道路强度、减缓变形和环保等方面的显著优势。此外,也要面对土基条件不足等局限性挑战,为此提出了加强土基处理、优化施工流程的建议。