高速公路沥青路面预防性养护技术探讨

高速公路沥青路面预防性养护技术探讨

洪健涛

(广东粤东高速公路实业发展有限公司,广东揭阳市515525)

摘 要:结合某高速公路沥青路面典型早期病害的特点、产生机理,探讨预防性概念的理解及预防性养护技术实例。

关键词:高速公路;沥青路面;预防性养护

中图分类号:U416.217U448.34

随着高速公路建设的快速发展,在我们集中主要精力忙于建路、收费之时,我们忽然发现,许多高速公路过早出现病害,早得远远超出设计预期,因而维修费用逐年攀升,有的甚至提前花巨资进行大修。其中缘故,车辆超载无疑是首要原因,但养护不当应该是重要原因之一。

1 预防性养护概念的理解

传统养护办法往往是出现病害后才进行处理,易导致 头痛医头,脚痛医脚的弊端,重复投入也较大。进行预防性养护,则会很大程度上减轻这样的弊端。我们认为高速公路公路预防性养护定义为在合理的时间对合适的路段实施合式的维护方法。这就是说,我们在养护工作实践中,要把公路病害或造成病害的因素发现在前,处理在萌芽状态,从而取得工作的主动性。围绕建设与养护、维修与预防的关系,我们认为,随着路网的不断完善,只有长期保持良好的路面使用性能,高速公路建设的巨额投资才能充分发挥其投资效益,而长期保持路面良好的技术状况必须有一个强有力的养护维修支持系统来保障,从这一意义上来说,养护维修实际上是公路建设的一种继续。在路面养护和维修的关系上,长期以来人们总是习惯于等到路面开始出现损坏后,才想起要对它进行维修,而对于路面还处于良好状态下进行预防性养护的意义则往往认识不足。预防性养护实质上是一种周期性的强制保养措施,它并不考虑路面是否已经有了某种损坏。预防性养护最佳实施时机应该是在路面尚处于良好状况,或者只有某些病害先兆时进行。虽然预防性养护需要投入某些费用,但它是一种费用!!!效益比非常良好的养护措施。2 高速公路沥青路面典型早期病害原因分析

开展高速公路养护技术研究及预防性养护,就是要针对路面病害、缺陷的类型和损害程度,选择正确、合理地路面养护维修措施,这对确保路面养护质量,节约养护费用,提高资金的投资效益具有十分重要的意义。下面结合某高速公路典型早期病害及其原因分析:

(1)坑槽。

某高速公路于2001年12月建成通车,根据路况调查,目前高速公路沥青路面呈现的早期破坏主要表现为水损害、车辙、沉陷等,损坏主要发生在雨季,特别是梅雨和台风暴雨季节;行车道比超车道破坏严重;发生水损害的地方一般在排水不畅通的部位,并且透水较为严重,挖开路面面层,可见下面有积水;破坏之初一般先有小块的网裂,然后松散成坑洞。初步分析原因,主要是:?本路段的结构层没有设置排水系统。造成水分长期滞留在面层中。

#在弯道路段超高排水是通过中央分隔带的开口,使到路面水从路面高的一幅排到另外一幅。这样水经常会滞留在路面,特别是中央隔带的周围,造成路面积水。

?沥青的老化严重,抗剥落性差,出路面露骨、泛白。对于沥青路面出现的坑槽,采用事后进行修补,目前大多有冷补,但效果不理想,耐久性差;有热补方式(如热再生),其效率低,经济效益较差。上述的传统方法都不能根本上解决沥路面早期损坏的问题。

(2)裂缝。

裂缝是本路段沥青路面常见病害之一。特别是

第22卷 第6期2006年6月 甘肃科技

Gansu Science and Technolo gy

V ol.22 N o.6

J un. 2006

在中小桥的桥头搭板与填方路基处,出现规则的裂缝。初步分析原因是本路段的中桥没有设置伸缩缝。由于桥梁结构物与路基的刚度不同,两者的温度伸缩率,在温度应力的作用下,势必在路面的薄弱环节出裂缝(即在两种材料的突变处,这是因为桥梁刚性结构的弹性模量E与惯性矩I远大填方路基的路面结构)。造成其它横向裂缝的原因,多是路面结构、路面材料和底基层缺陷引起的。我国目前公路路面底基层多采用高强度、高密度的半钢性结构设计,虽然强度高、变形小、整体性能较好,但因温差张缩对路面的影响十分明显,容易造成路面横向裂缝。当路面铺筑材料级配控制不严,在混合料存在含水量、粉尘含量、骨料的针片状含量超标的情况下,通车后在车载、车速变化、交变轮荷的剪切冲击作用下,容易产生横向裂缝。形成纵向裂缝的原因主要在路基部分,高填方路段密实度不够,在路基土自重和车辆载荷的作用下,产生不均匀沉陷,路基发生滑动;或路面厚度不均匀,路边缘碾压密实度不够等,将路面拉裂而形成纵向裂缝。对沥青路面进行封(灌)缝处理,特别是对软基路段还未达到稳定的情况,是一种较好的处理沥青路面裂缝的养护作业,对延长沥青路面的使用寿命有着非常重要的意义。

3 预防性养护措施、新技术、新工艺、新材料的应用

沥青路面的养护效果取决于材料、工艺、设备三方面的因素,它们是紧密联系、相互促进和相互制约的。因此沥青路面的养护技术具有很强的综合技术的特点。为了改进和提高养护技术必须加强材料、工艺、设备三方面综合技术的研究。开展高速公路养护技术研究,就是要针对路面病害、缺陷的类型和损害程度,选择正确、合理地路面养护维修措施,这对确保路面养护质量,节约养护费用,提高资金的投资效益具有十分重要的意义。因此今年我们的养护工作是以路面养护为中心,开展路面预防性养护工作。我司参考其他单位的成功经验并咨询专家意见,主要选用了以下几种方案:

3.1 H AP雾封层

H AP是一种以高性能沥青路面防护系列产品的生产和施工为核心的一项技术,它包括产品配方及生产工艺的研制、%沥青路面表层养护产品性能指标&企业标准的制定及检验、沥青路面防护剂施工技术(含施工机械、施工工具及施工工艺规程等)、沥青路面防护剂施工质量检验仪器及方法等内容。通过两年多研究试验,该技术已逐渐成熟,已成功应用于沥青路面的预防性养护及桥面防水粘结层施工,并已形成沥青路面防护、桥面防水粘结层及路面裂缝处理三系列的产品及配套技术。它具有以下优点:

(1)防水性能好:专门针对沥青砼的特点而开发,具有较强的渗透性,能有效防治水损害。

(2)固结性能好:由于各种原因造成集料松动及裂纹,喷洒该产品后,经过渗透充填松动的空隙,能使集料得到固化,避免沥青剥落和掉粒。

(3)防柴油:这种材料喷涂于沥青砼表面,能有效防止柴油对涂层内部沥青砼产生进一步的损害。

(4)抗老化性能好:材料生产的特殊工艺和配方,能有效减缓沥青砼直接受到紫外线照射、臭氧、温度交变及潮气等造成的危害。

(5)粘结强度高、适合于作水泥桥及钢桥面的防水粘结层。

(6)环保性能好。由于原材料配方中所有材料均为环保产品,固化剂为水,加工过程为物理作用,所以该材料的生产和施工均不会对环境造成二次污染。

(7)美化环境:由于该产品上色后具有不可复原性,且其粘结性好,可以处理受污染的路面,或对路面进行整体翻新,比新沥青砼有更好的观感和耐久性。

该技术已在西部沿海高速公路新会段、广佛高速公路、华南快速干线、河惠高速公路进行过施工试验,但为了更全面检验各项性能指标、并完善施工工艺及检测方法,在本路段进行该项技术的施工试验研究。在的K20+300-K21+700右幅及K37-K38右幅的主车道进行施工,为期两天,施工面积18450m2,质量检验结果良好,施工前后对比明显,特别是涂布后渗水系数大部分为零,施工后检验结果:构造深度几乎不变,渗水系数也达到要求。

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H AP路面养护剂主要技术指标

序号项目标准值检验结果检验依据

1物

理

性

能

1)离心稳定性<20%16%3500rpm*15m in

2)细度( )<20 <7 显微镜读数

3)粘度(M pa.s)>5082旋转粘计、25?

4)抗拉强度(M pa)>0.30.6直拉试验

5)抗剪强度(M pa)>0.5 2.655?45(斜剪试验

6)疲劳试验(万次)>1001200.3mm缝震动试验

7)固体物含量>45%>47%自然风干48小时

8)延伸率>150%320%

9)颜色深棕转黑深棕转黑

2化

学

性

能

1)耐碱性无变化无变化2%Ca(O H)2溶液浸泡15天

2)耐酸性无变化无变化2%硫酸溶液浸泡15天

3)耐油性表面不熔解表面不熔解0#柴油涂抹6小时

4)耐盐性无变化无变化10%氯化钠溶液15d

3路

面

性

能

1)软化点>85>175

2)渗透浓度>10mm16mm切割检查

3)透水率不渗透不渗透

4)厚度0.1-0.3mm0.2mm公称厚度

5)空隙率变化值<15%11%

6)构造深度变化值<15%5%

7)低温性能无裂纹无裂纹1mm厚、绕 10mm钢筋,-15?

8)耐久性试验>2年>2年已做试验

9)粘附性试验5级5级

4施

工

性

能

1)机械化施工可以可以以机械为主

2)人工施工可以可以辅助作业

3)表干<1小时0.5小时指压不粘手

4)实干<48小时42小时重车起步不粘轮

5)开放交通时间<24小时22小时不急刹车、掉头

6)施工速度>20000m230000m21台车9个人

3.2 压缝带

裂缝是沥青路面常见病害之一。道路早期裂缝多以横向裂缝和纵向裂缝为主。造成横向裂缝的原因,多是路面结构、路面材料和底基层缺陷引起的。我国目前公路路面底基层多采用高强度、高密度的半钢性结构设计,虽然强度高、变形小、整体性能较好,但因温差张缩对路面的影响十分明显,容易造成路面横向裂缝。当路面铺筑材料级配控制不严,在混合料存在含水量、粉尘含量、骨料的针片状含量超标的情况下,通车后在车载、车速变化、交变轮荷的剪切冲击作用下,容易产生横向裂缝。形成纵向裂缝的原因主要在路基部分,高填方路段密实度不够,在路基土自重和车辆载荷的作用下,产生不均匀沉陷,路基发生滑动;或路面厚度不均匀,路边缘碾压密实度不够等,将路面拉裂而形成纵向裂缝。对沥青路面进行封(灌)缝处理,是一种较好的处理沥青路面裂缝的养护作业,对延长沥青路面的使用寿命有着非常重要的意义。我们在k27处试用了"魁道"压缝带,它无需任何机械设备的投入,在不改变裂缝原有结构的情况下可直接沿裂缝贴上去,施工完后,立即可以开放交通。此外我们还使用了其另一种加热封缝带产品,这两种产品都具有低温柔韧高温坚硬的特点,在低温下柔韧有弹性,不会在冬季脆裂,在高温下有高强度和硬度,不会在夏季柔软和流粘。经过雨季和炎热天气的考验,证明其封水效果和耐久性令人满意。现已全面投入使用。

3.3 微表处

我们在养护工作中除了对坑槽进行规范修复外,对坑槽较多和水损坏比较严重的路段采用H AP 雾封层技术,其可起到恢复路表沥青(下转第67页)

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第6期 洪健涛:高速公路沥青路面预防性养护技术探讨

其中=min

,当 e i >E m

max,当 e i

在实验中发现,加入微分控制时,系统有时不稳定,而去掉微分控制,经实验,比例和积分控制可以

满足控制要求。根据伺服阀控制的特点,当采用10位D/A板-5v到+5v控制时,输出0v时,伺服阀在关闭状态,作动器保持不动,维持原来的压力和位移,因此控制输出的基准是0v,在此基准上加上控制偏差量,当控制达到要求时,只要输出0v,即可保持住输出,达到没有稳态误差效果,故PID控制器不需要积分控制规律。为了加快系统响应速度,采用在不同的系统误差采取不同的控制参数,达到变结构的目的。当系统反馈值和设定值的系统误差很大时,修改加大P参数的值,使控制输出量加大,作动器响应加快,当偏差较小时,减小参数P,使控制作用减小,作动器响应变慢,以较慢的速度接近设定值,避免出现较大超调,当误差为0时,输出基准值0v,使输出维持在设定值上。

另外,作动器初始静止而系统误差不大时,由前述方法所得控制量也不大,加上伺服阀的迟滞作用,作动器可能出现停止不动现象,为了克服此种情况,采用踏步等待法来修正P参数。当采样几个周期反馈量变化不大,此时按一定比例增大P值,加大输出量,再过几个周期检查反馈值,

若无变化继续加大P值,直到允许最大值,如此时作动器还不动作,过几个周期缓冲后,按错误并上报监控机。而当作动器动作一开始,马上减少P值,一方面克服了迟滞效应,另一方面可避免超调过大。控制效果如图

2,响应为阶跃响应,输入幅值30。

4 总结

本文针对了电液伺服系统的特点,提出了改进PID控制算法,并应用于实践,已经投入使用,取得了满意的结果。

参考文献:

[1] 刘长年.液压伺服系统的分析与设计[M].北京:科学

出版社,1985

[2] 丁国锋,王孙安.模糊P ID串级控制在电液伺服系统

中的应用[J].机床与液压1996(2):10-11

[3] 丁国锋,王孙安.电液伺服系统的二自由度PID控制

[J].机床与液压2001(6):54-55

(上接第159页)粘附力、填补微小裂缝和空隙、防止下渗水等目的,将路面性能维持2-3年时间,推迟了造价更高的养护工程,提高了道路的经济效益的作用。但雾封层对于填补长期裂缝没有太大效果。当道路抗滑性低、裂缝大、有车辙、拥包等问题时,雾封层都不能成为解决方案。对于有轻微车辙现象及水损坏严重的地方(K44+500-K47+500及K11+600-K12+060),我们则采用 微表处技术, 微表处能改善原路面使用性能,对原路面出现的车辙、拥包等病害能进行改善,且相对沥青混和料施工方便,价格低。使用路面微表处能改善路面环境,提高了路用性能,对路面的摩擦系数有了很大改善,还可延长路面使用寿命,路面微表处具有防水的功能,能有效防止路面积水下降至路面基层,有效地防止路面的加剧破损。

4 效果评价情况

H AP雾封层和微表处工程,委托华南理工大学道路工程研究所进行效果评估检测报告,结果显示均能满足相关设计规范或评定标准的要求,满足路面功能性要求。对于路况的改进效果明显、施工简便快速。1、从经济角度来看,投资额不大。H AP雾封层11元/M2,微表处工程18.5元/M2,相对于铣刨重新摊铺沥青砼30多元/M2,比较经济实用。2、从工期方面:H AP施工可用人工或沥青洒布机,设备机械人员为为简单,就本项目而言,从施工准备到开放交通仅需一天时间。微表处施工同样简便快捷.3、质量方面,经过一年使用情况看,效果较好,较为适用沥青路面早期浅层水破坏。

但对结构性、深层次的坑洞的病害还未能彻底解决,有待对高速公路病害综合诊断及预防性维修的进一步专题研究。

参考文献:

[1] %高速公路沥青路面早期破坏现象及预防&北京:人民

交通出版社。

[2] %高速公路养护管理&北京:人民交通出版社。

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第6期 王向权:多通道电液伺服协调加载系统PID算法的研究