防裂土工布在沥青路面中修工程中的研究应用.doc

防裂土工布在沥青路面中修工程中的研究应用.doc 防裂土工布在沥青路面中修工程中的研究应用 12 3333 吴中怡 杨建林吴开权卢勇张军胡兆德 (1湖北省公路局430000 2神农架林区公路段 442400 3当阳市公路段444100) 摘要:土工布沥青薄层封面，施工工艺简便，工期短，投资较少，效果明显，为了延长沥青路面使用寿命，在养护资金短缺、不能及时大修路段采用土工布沥青薄层封面是一种解决沥青路面老化和处置裂缝、网裂病害较为有效的措施之一。 关键词:土工布薄层封面 处治病害 一、引言 裂缝是沥青路面目前常见的一种病害，沥青路面出现网裂及裂缝必须及时进行养护，否则裂缝渗水会使路面发生更多的病害，加速缩短路面的使用寿命。目前对裂缝无论是采用重交石油沥青还是改性乳化沥青灌缝，随着表层及基层的温度收缩，最多不超过1年，维修后的裂缝又会在原灌缝位置重新裂开，其失效率占86%以上，只好第二年再重新修补。这样经常的维修，不仅增加了养护费用，而且频繁的养护作业会造成行车的诸多不便和不安全因素。另外，目前中修工程处治沥青路面裂缝一般常用沥青混合料、乳化沥青稀浆封层、洒油罩面等几种方法。但都不能解决沥青路反射裂缝问。为了解决沥青路面养护中的这个难题，我们探索研究用防裂土工布对路面裂缝进行处治的新的沥青路中修技术。 二、土工布在防治反射裂缝中的作用机理 作为土工织物的一种，土工布在公路工程中。一般常用于软基处理、翻浆处理、地下排水、挡墙加筋、边坡防护等。 我们探索试验用防裂土工布在沥青路面养护中修工程中的作用机理为:1.由于土工布具有较大的延伸能量，使应力扩展更宽的范围，从而缓解裂缝处的应力集中，亦即弹性间层起到了吸收部分拉伸能量的作用，并承担部分水平应力，增加了地基的承载力。2.土工布导热系数低，当环境温度高于路基基层时，外部热量传递受阻于土工布，起到隔热保温作用，减缓基层与环境的温差，减低温差应力，抑制温度型裂缝产生。3.土工布在浸沥青粘层油后原渗透系数要降低约2个数量级，所形成的沥青布要比沥青混凝土具有更好的抗渗性，当它与沥青混合料面层粘结时，会使面层的拉伸强度和模量有所提高，裂缝大为减少。4.旧路面已有了裂缝，在向上新铺面层反射时会由于它的韧性及一定的蠕变性而被吸收并松弛，从而发挥它的应力阻隔作用。达到防止反射裂缝的目的。此外，土工布浸透沥青后，还可形成密封防水层，能够阻止地表水渗入基层，使路面基层材料不致由于受到水的侵蚀而早期损坏。我们通过实验和路用实践证明在公路中修中增设土工布可有效防治旧沥青路面反射裂缝。 三、土工布的选用及技术性能 用于防治旧沥青路面反射裂缝及网裂的土工布应具有以下技术性能: 1.良好的耐温性 沥青混合料摊铺时的温度很高，土工布在高温下不能发生收缩变形，更不能软化或熔化，应能保持正常外表形态。按照交通部颁发的《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ019-98)的规定，各类土工布应能耐170?以上的高温。 2.良好的沥青吸附性 用土工布防治旧沥青路面反射裂缝，正常的施工步骤是先在开裂路面上均匀喷洒热沥青或乳化沥青，然后再铺设土工布。为使土工布浸透沥青后形成密封防水层，土工布应能充分吸收在旧路面喷洒的热沥青乳化沥青，并达到饱和。 3.良好的柔性 柔性包含韧性与表面硬度两重含义。韧性反映土工布吸收冲击能量的能力， 它可近似地以材料的抗拉强度与延伸率之积量度，可以以CBR试验顶破强度R来表示土工布表面硬度，其值应大于2KN。 4.良好的均匀性 土工布为各向异性材料。为保证强度均匀，编织土工布经纬两向的强度比应不大于1.5;无纺土工布应大于1.2。 5.较高的抗拉强度 当土工布铺设在旧沥青路面后，一般常需要将其预先拉紧，以充分发挥其扩散应力的作用。所以，土工布应具有较高的抗拉强度，按照《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ019-98)的规定，其抗拉强度一般应不小于8kN/m(测试温度20??2?)，同时具有抗刺破和抗胀破等能力。 6.厚度要求 为了防止加铺土工布后造成沥青罩面层的不良负效应(罩面层剥离破坏)，应对土工布的厚度进行严格限制。根据试验，土工布的厚度以小于2.0mm较为适宜，单位面积质量按照《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ019-98)的规定，应不大于200g/m2(测试温度20?2?)。 此外，为使土工布在路面使用年限内始终保持正常的工作状态，应耐酸、碱，具有很强的抗老化性能。 四、土工布加固沥青混合料技术性能 我段实验室对用湖南金路土工材料公司生产的土工布加固沥青混合料的低温抗裂性能及抵抗反射裂缝的作用进行了试验。为了进一步验证用土工布加固沥青混合料的抗裂性能，还进行了线收缩系数试验。 沥青混合料线收缩系数试验是根据现行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052--2000)规定的方法进行的,降温区间为15?~-30?,降温速率为5?/h.试验中采用线性回归法确定线收缩系数a,当数据最大值与最小值之差不超过平均值的20%时，取平均值为试验结果。测定线收缩系数后，结合小梁弯曲试验所得的-10?弯曲破坏应变数值(见表1)，在试验温度从0?降至-10?时，可预测该沥青混凝土的开裂间 距。 低温收缩试验结果(表1) 试验条件 混合料试件1 试件2 试件3 线收缩系数平均开裂间 编号 值 距(m) a×10-5 2.5cm×2.5cm×2.5cmA 3.001 2.708 2.809 2.839 13.7 小梁 B 2.642 2.873 2.508 2.674 22.8 试验从试验结果看，用土工布加固沥青混合料的线收缩系数小于普通沥青混合料，开裂间距提高了9.1m，这就更说明该混合料的低温抗裂性能确实有所改善。 五、施工质量控制 (一) 施工前质量控制 1.土工布薄层封面中修工程工期应安排在上半年施工，一般应在雨季前竣工，最佳施工期在5月上旬至6月中旬，气温不低于10?有利于成型，效果最佳。 2.原路面病害如坑槽、搓板、大裂缝等应按规范要求先处治完毕。 3.严格把住材料关。材料选择非常重要，直接关系到工程质量的优劣，故应严格要求。 4.组织好施工队伍，明确人员分工，对施工人员应先进行培训，并就和施工要求、施工工期、质量、安全操作等规程向施工人员详细交底。 5.对喷洒沥青机械、碾压机械及其他操作工具应先检修完好，配备齐全。 (二)施工中质量控制 用土工布处治沥青路面网裂工程，应做到精心施工，严格按施工程序进行，各工序间要紧密衔接，有条不紊。施工中应对以下几个环节进行质量控制: 1.路幅及边线控制 按路面宽度、布幅宽度和搭接尺寸，应先用铁钉、线绳栓线定位，控制洒油、铺布的边缘线，达到线直弯顺，并设专人随时校对挂线位置，以防差错。 2.严格控制沥青温度与沥青用量 沥青出厂温度应控制在160?~170?，洒布温度应不低于140?，沥青温度及用量要设专人随机检验抽测。 3.喷洒沥青 一定要均匀适度、边缘到位、边线顺直，做到无空白、无堆积。在玻璃纤维上如用喷枪人工喷洒沥青，一定要遵循由路中心向两侧成椭圆形进行，以便舒展压平纤维布接缝，减少皱褶。 4.贴布控制 土工布贴布应在喷洒沥青后立即进行，布面一定要摆正、展平。贴布应从路面边缘线向中心贴近，做到布不翘曲、不打摺。对贴布不实之处随时用推耙推实压平。 5.撒料压实 在土工布上喷洒沥青后应立即铺撒石屑。撒料应顺路纵向进行，力争薄均，做到无空白、无堆积，厚度控制在10mm之内，并随时用人跟机处理土工布翘起和皱褶之处。 6.初期养护 用土工布处治沥青路面网裂后，其初期养护必不可少，它是保证工程质量的关键环节。这期间一是要对过往车辆进行控制，在开放交通初期1~2周内，不能让车辆全速行驶，应采取有效措施进行控制。具体可在施工路段两端起讫点外设限速标志，设专人掌握指挥行车，车速控制在15~25km/h，在路面每隔100m设一临时标志，按先边后中的原则控制行车碾压，达到均匀压实。二是要在7~10d内，加强收料、撒料工作。待路面成型稳定后，将浮料扫出回收，转入正常养护。 六、应用情况及经济效益分析 2005年，当阳市公路段在汉宜、分当、两江二级公路三条公路进行了用土工布处治网裂试验。汉宜公路试验段位置为K231+700~K233+800处，全长3km， ，是1979年修建的5cm沥青表处路面，水泥土基层，路基宽12cm，路面宽9.5m交通量3000辆/昼夜，路面基层强度较好，施工前原路面网裂为1800m2，达到总面积的41%。汉宜公路第二试验段位置为K245+200~K245+400处，全长200m，是1979年修建的5m沥青表处路面，水泥砂砾基层，路基宽12m，路面宽9m，交通量5000辆/昼夜。网裂比较严重，并有脱粒现象，试验前网裂面积达路面总面积的60%。施工具体情况见表2。 汉宜路基本情况(表2) 路线 其止桩号 施工时间 施工气温沥青温路面温度用油量 (?) 度(?) (?) (kg/m2) 汉宜 K231+100~K234+100 5月17上24 140 28 2.4 午11时 汉宜 K244+800~K245+100 5月27上27 140 30 2.4 午12时 汉宜 K280~K281 6月15下26 140 32 2.4 午11时 两江 K1~K2 5月15上19 140 18 2.5 午10时 该试验路铺筑2年后观测，没有网裂产生，处治有效率达100%。经过2年的考验，仍然使用完好，显示了这一新技术的优越性。分析其原因，用防裂土工布处治沥青路面网裂，使土工布、沥青、石屑合为一体，形成一种新的复合材料，大大改善了沥青路面的使用状态，增强了路面的混合料的抗拉能力，从而有效地仰制了网裂的再产生。 当阳市公路段对用沥青混凝土中修罩面、洒油罩面、用土工布处治沥青路面网裂三种处理网裂工艺每1000m2的造价进行了对比(2007年价格)，详见表3。 中修处治沥青路面裂缝工程费用表(1000m2)表 3 沥青混合料罩洒油罩面 土工布沥青罩面 序项目 单位 单价 面(2.5cm) 号 (元) 定额 总额定额 总额定额 总额 (元) (元) (元) 21 人工费 m 5.4 5400 2元 2000 4元 4000 2 乳化沥青 kg 3.60 800 2880 1612 5803 3000 10980 33 沥青混合料 m 700 33 23100 4 木柴 5 石粉 36 石屑 m 60 13 780 13 780 37 砂 m 35 5 175 5 175 28 玻璃纤维 m 5 1000 5000 9 摊铺机 台班 1200 0.5 600 10 6~8t压路机 台班 600 0.5 300 11 施工安全设 100 100 100 施费 12 运料车 台班 162. 7 1134 2 320 2 320 13 洒布车 台班 210 1 210 1 210 14 合计 33568 9388 21565 如表所示，洒油罩面、土工布罩面及沥青混合料罩面三者相比，洒油罩面成本最低，沥青混合料罩面最高，土工布罩面介于二者之间，但三者的使用年限是不同的。洒油罩面一般只能使用2年;尚不能解决裂缝反射问题，用土工布罩面可使用5年。因此从使用年限上看，用土工布罩面优于洒油罩面，接近于沥青混合料罩面。按使用5年计算，用土工布罩面每1000m2年平均费用为4313元,而沥青混合料罩面每1000 m2年平均费用为6713.6元，尚不能解决反射裂缝问题。洒油罩面1000 m2年平均费用4694元。由此计算，用土工布罩面年平均费用比洒油罩面降低8%，每1 m2降低0.38元;与沥青混合料罩面相比降低29.7%，每1 m2降低9.12元。因此土工布罩面不但在技术上是可行的，在经济上也是合理的，经济效益比较显著。 七、此项技术的新发展 今年来，土工布罩面在我段沥青路面养护中的应用日益广泛。目前又试验应用以下2种新的技术: 1.将土工布罩面结合到沥青混合料中修罩面工程中 即在原沥青面层网裂松散严重平整度差的路段路面上，先处治完各种病害，洒层沥青，然后铺土工布，再洒一层沥青(用量0.5kg/ m2左右)，一层少量的石屑，再用6~8t压路机压实，然后在铺筑沥青混合料中修罩面层。这样做虽然工程造价高一些，但增加了新铺沥青混合料面层底部的抗弯拉能力，可更有效地防止原路面的裂缝反射到新铺面层上来。当阳市公路段2007年以来应用此项新工艺在汉宜路K230-K233路段进行沥青路面中修近3km，取得良好效果。 2.将土工布罩面与稀浆封层结合起来 此项技术的施工工艺是:清理原路面，处治坑槽等病害?按路面宽度在路边缘挂线放样?按放样宽度喷洒沥青，沥青用量为0.8kg/ m2左右?在喷过沥青的路面上迅速贴土工布?待沥青温度降至常温后，进行稀浆封层?进行初期养护。此项技术的基本原理是:以“加筋”的形式通过粘层油和稀浆封层，将土工布紧紧地与路面结合在一起，形成新的路面结构层。这样，利用土工布的抗拉强度，来补充稀浆封层混合料的整体强度，从而解决了单一稀浆层和单一土工布罩面自身所存在的技术局限性。这项新技术将用土工布与稀浆封层两项技术结合起来，从技术上看是十分可行的，从经济上看，比土工布加中修罩面要节约大量资金，虽然路面的使用寿命可能比后者要低一些，但仍不失为一项先进技术。当阳市公路段用此项新技术已养护沥青路面近1km，效果良好。 用土工布处治沥青路面网裂裂缝是近年来国外发展很快的一项新技术。该技术施工工艺简单，养护费用低廉材料来源广泛，防治网裂效果明显。用其进行沥青路面养护中修可以延长路面使用年限，提高养护质量，降低养护费用。该技术不但适用于处治沥青路面网裂，同时对路面老化严重路段或因施工管理不善而产生的路面脱粒有一定的补救作用，对于半刚性基层的反射裂缝也有很好的防治作用。 此外，采用土工布薄层封面后，可延长路面疲劳损坏的时间，减少路面日常损坏、修补、改善了道路的服务质量，使车辆的运营成本(包括油耗、车辆磨损等)大大降低。同时由于养护次数减少，相应地提高了道路的通行能力，也将产生巨大的社会效益。