海南省文临高速公路建设质量提升措施研究

2024-01-03 04:46张成龙

工程与试验 2023年4期

张成龙

(中国铁建大桥工程局集团第一工程有限公司,辽宁大连 116000)

1 引言

伴随着国家对海南省的大力投入,海南省自贸港建设持续推进。截至2022年,海南省高速公路建设里程已超过1450km,未来预计建设里程1140km[1],海南省公路项目建设处于大发展、大建设时期[2]。随着路面服役时间增加,受到海南省常年高温、高湿、多雨等气候影响,加上某些项目重载交通较多,一些路面陆续出现坑槽、车辙、抗滑性能不足[3-6]等病害,有些病害甚至是通车后两年就出现[7]。路面病害产生的原因很多,其与路面原材料及施工期间质量控制有较大的关系。路面原材料差导致产生病害问题是公路建设项目的共性问题,因此,沥青和集料的质量显得尤其重要。随着我国化工技术的快速进步,石油提炼技术越来越先进,路面关键原材料沥青的品质发生一些波动[8,9]。同时,由于海南省地材特点,本地玄武岩集料内掺杂有多孔玄武岩成分,造成路面施工难度增加。

随着科技不断发展,目前基于红外技术和激光技术的新型高科技仪器已应用于高速公路路面质量检测评估中[10,11],其具备快速、无损和可视化的特点,在众多省份得到推广和使用,并取得了较好的效果[12]。本文从海南地域特色出发,结合本地原材料特点,在原材料控制和施工工艺提升等方面开展研究,为后续公路项目建设提供参考案例。

2 项目概况及难点

2.1 项目概况

海南省国道G360文昌至定安、定安至临高公路是国家发展改革委、交通运输部、国务院扶贫办确定的“十三五”交通扶贫“双百”工程项目之一,是海南省国省道路网“丰”字形公路主骨架中“丰”字的第一横,是海南主骨架公路网的重要补充,是确保海南省经济持续健康发展和确保全面落实改革开放各项政策的两个确保百日大行动的重点项目,是高质量、高标准建设海南自由贸易区、自由贸易港的重要基础工程,项目建设必将提升琼北部各市县之间的交通服务水平,改善投资环境,强化区域内的联系,促进各市县之间的政治、经济、文化相互交流,推动沿线经济社会和旅游业全面发展。

本项目位于海南省北部,处于低纬度地区,属热带海洋性气候,春季温暖少雨,夏季高温多雨,秋季多台风暴雨。全年日照长,辐射能量大,年平均日照时数超2000h,太阳辐射量可达11～12万卡。年平均气温为24.5℃,最高年平均气温约29.3℃,最低年平均气温约20℃;年平均降水量1664mm,年平均蒸发量1834mm,平均相对湿度85%。本项目采用四车道干线一级公路标准,设计速度100km/h。整体式路基宽26m,分离式路基宽13m,匝道双向双车道路基宽16.5m,匝道单向双车道路基宽10.5m,被交路双向双车道路基宽12.0m。

2.2 工程难点

本项目优质石材匮乏,沥青混凝土中、下面层碎石等材料选材困难,从而造成材料供应点多、材质多样且质量参次不齐、供应量难以保证等问题,不但大大增加了施工管理、组织的难度,而且对路面质量控制、混合料配合比设计、施工过程中配合比的动态控制与调整产生了较大的影响。针对实际情况,为保证路面质量达到设计要求,主要通过加强料源选择,尽量选用规格、强度等关键指标满足要求的石料。同时,加强拌和站料仓管理,不同料源的材料分开储存,严禁混仓;其次,也是关键的、行之有效的措施,即因地制宜进行配合比设计,尽可能发挥即有材料的长处,降低甚至消除材料质量缺点对混合料及路面质量的影响,且加强施工过程中配合比的动态调整,从而实现质量控制目标。

3 质量提升措施

3.1 沥青质量控制

沥青红外光谱检测仪通过测量沥青样品不同官能团的吸光率,确定沥青样品的特征官能团和混合物中特定官能团的含量,进行沥青快速检测[13,14],该技术具有测试准确、快速、环保、方便、可靠等特点,可实现对沥青多方位、全面检测[15]。沥青路面使用的沥青材料运至现场后,必须对其质量进行抽样检验,经检验合格后方可使用。

传统的沥青物理指标检测,从取样、送样、全套指标检测一般要2天以上。沥青路面的铺筑施工是整个工程的最后阶段,一般会面临工期短、任务重、通车压力大等问题。为快速判定沥青材料质量的优劣,保证沥青路面建设质量,开展沥青质量快速检测与评价非常必要。每种沥青都有其特殊的分子和结构组成,对应了独有的指纹图谱。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)可以对沥青的指纹图谱进行识别,判断其结构组成、添加剂(SBS、SBR)的掺量、纯洁度、老化程度等,是当前用于沥青定量、定性分析最先进的技术。

本项目红外光谱仪产品类型为安捷伦Cary 630 FTIR光谱仪,如图1所示,沥青检测制样见图2。标准样品中SBS含量按下式计算:

图1 安捷伦Cary 630FTIR光谱仪

图2 沥青浇模

式中,CSBS为改性剂掺量(%);mSBS为改性剂添加质量(%);mBrr为基质沥青质量(g);mADD为添加剂质量(g)。

(1)基质沥青溯源比对。

对本项目的96批基质沥青检测结果进行统计分析,制成基质沥青相似度分布图,如图3所示。其数理统计结果为:最大值为99.9%,最小值为99.4%,相似度平均值为99.5%。标准差为0.681,变异系数为0.0683%。因此,该项目所用基质沥青稳定可控,变异系数仅为0.0683%,基质沥青整体质量稳定可靠。

图3 基质沥青相似度分布

(2)SBS改性沥青质量控制。

按照指南,制作改性沥青不同SBS掺量标准曲线。本项目标样曲线见图4,可以看出,沥青检测标准样本中SBS掺量与特征峰面积比值存在较好的线性相关性,拟合后得到关系式Y=12.735X-1.0767,其中R2达到99.05%。对本项目的改性沥青样品SBS掺量检测结果进行统计分析,制成分布图,如图5所示。改性沥青SBS掺量与其性能有较大关联,根据海南省之前的统计结果,当SBS掺量低于4.5%时,沥青PG分级很难满足PG76要求。由图5可知,本项目改性沥青SBS掺量分布基本都大于4.5%,平均值为4.6%。

图4 改性沥青标样曲线

图5 SBS掺量改性分布

3.2 集料质量控制

本项目所用集料为玄武岩,每挡粗集料中含有部分多孔玄武岩碎石(如图6所示,其微观形态见图7),集料的密度大,硬度高。含有多孔玄武岩粗集料的颗粒多棱角,增加了沥青混合料的内摩阻力,用马歇尔击实仪法难以进行配合比设计。因此,本项目采用Superpave沥青混合料配合比设计方法,采用旋转压实仪(见图8)代替马歇尔击实仪进行成型,采用控制点和限制区的概念来限定,优选试验级配设计,成型后的芯样剖面见图9。这是该项技术首次在海南地区高速公路建设中使用。

图6 多孔玄武岩集料

图7 多孔玄武岩微观状态

图8 旋转压实仪

图9 代表芯样剖面

3.3 摊铺工艺提升

为提升本项目摊铺施工质量,使用基于激光和红外扫描技术的快速无损检测设备,对本项目摊铺效果进行检测评估,根据检测评估结果及时调整施工参数。

快速检测设备参数如下:手推式高精度断面仪(见图10),测试长度500m,测试方案如图11所示。激光纹理仪(见图12)通过向路面投射激光,其检测结果为路面的平均剖面深度MPD,测试长度及方案,参照手推式高精度断面仪。

图10 手推式高精度断面仪

图11 测试方案

图12 激光纹理仪

全断面渗水状况测试纵向按5m间距、横向按1m间隔划分路面测试单元,得到全断面渗水分布状况。根据设计文件,中面层渗水系数划分范围见表1。

表1 中面层渗水系数范围划分

(1)平整度控制。

根据文献[12],路面平整度不佳的主要原因之一是施工不连续,摊铺机启动和停止对路面造成的压痕引起平整度变差。因此,在施工中,通过合理的施工调度,由专人指挥料车卸料,尽量做到不停机卸料。根据表2的平整度系数可以看出,采用不停机施工方案,其摊铺结果对路面平整度有较大提升,平整度系数σ由0.80mm下降至0.53mm,降幅为33.8%。

表2 平整度系数σ(mm)

(2)均匀性控制。

路面不均匀,对沥青路面整个服役周期均会产生不良影响。随着使用年限增加,沥青混合料在汽车轮载作用下逐渐产生疲劳破坏,破坏点很可能出现在路面不均匀位置。同时,路面纹理不均匀还可能导致车辆行驶过程中抗滑性能的差异,带来交通安全隐患。选择本项目施工期间的两次中面层快速检测结果进行对比。根据图13,横向对比4个测试激光构造深度,可以看出,距中4m和6m位置路面构造深度一般低于两侧距中2m和距中8m位置,且路面均匀性也好于边部位置。实际施工中,路幅中间位置受压路机碾压遍数一般大于边部,往往造成中间过压或边部欠压,引起路面均匀性差异。为改善路面施工均匀性,本项目使用红外摄像仪,并由专人指挥碾压施工。根据图14-图16可知,路面施工均匀性得到较好改善。