公路施工：改扩建工程水稳基层刚柔复合拼接施工工法

改扩建工程水稳基层刚柔复合拼接施工工法改扩建工程水稳基层刚柔复合拼接施工工法 GGG（津）（津）B1- 2020 李春明 孙华东 张辰宇 母志成 郭丽丽 （天津市公路工程总公司（天津市公路工程总公司 山东交通学院）山东交通学院） 1 前言前言 我国早期建设的高速公路、国省道等基础设施普遍采用的设计标准偏低，越 来越难以适应快速增长的交通运输量和经济社会发展需求， 改扩建工程可以在既 有公路建设的基础上进行搭接拼宽，既可以利用现有路基路面结构、节约建设资 金，同时能够边建设边通行，最大程度上减少了对交通通行的影响。因此，近年 来很多省份相继对现有公路进行了改扩建。 目前由于改扩建工程还缺乏相应的规 范和技术标准，其施工质量还有待于进一步提高，尤其是新旧路面水泥稳定碎石 基层的拼接，还难以做到严丝合缝、形成整体，在拼接处容易产生开裂、渗水甚 至错台等现象。 天津市公路工程总公司在 G1811 黄石高速公路藁城至石家庄段改造工程第 二合同段和唐津高速公路 （津塘公路- 荣乌高速） 扩建工程施工中， 组织开展了“改 扩建工程水稳基层刚柔复合拼接施工技术”课题研究，研发了刚柔两种结合剂， 刚性结合剂用于拼接界面，可以显著提高新旧基层的黏结力，柔性结合剂用于拼 接接缝位置，能够承受一定变形能力，避免产生裂缝。重点研究了基层拼接宽度 及两种结合剂在拼接施工中的使用方法、 用量和工艺流程， 总结形成了施工工法。 可以显著提高改扩建工程中新旧水稳基层的拼接质量， 保证路面结构受力的整体 性，避免出现早期病害，延长使用寿命，具有较为显著的经济和社会效益。 2 工法特点工法特点 2.0.1 刚性结合剂涂刷于拼接台阶表面和侧面，改善了新旧水稳基层的结合 界面，结合强度得以大幅度提高，能够使新旧水稳基层黏结成为一个整体，保证 改扩建路面结构在行车荷载作用下的稳定性。 第 1 页 共 12 页 2.0.2 柔性结合剂通过“柔性骨架”与“黏附助剂”材料的双重作用，一方面使 其在高低温环境下的同时呈现橡胶弹性状态， 另一方面提高其与周边基层材料的 黏附性，从而保证新旧基层拼接处不会出现裂缝。 2.0.3 通过在新旧基层拼接处顶面敷设聚酯纤维布，不仅可以提高沥青面层 混合料的各项性能，避免早期病害发生，还可以与黏层油有机结合形成防水层， 有效防止水分下渗并侵害基层和路基。 3 适用范围适用范围 本工法可以广泛应用于高速公路、国省道道路、 城市道路及其他等级公路改 扩建工程路面结构的拼接施工。 4 工艺原理工艺原理 4.0.1 通过 ABAQUS 有限元软件分析了不同拼接宽度、荷载作用位置等工 况下改扩建路面结构的力学响应，得出了拉应力、剪应力等的变化规律。研究显 示在新旧水稳基层拼接处左右 25cm 的范围内为沥青面层受力的最不利位置，在 施工时需要尽量避开轮迹带；考虑受力状态等因素，新旧水稳基层拼接施工中最 优的搭接宽度为 20～30cm。 4.0.2 引入了“柔性骨架”材料增强了柔性结合剂自身强度，使之在高温和低 温环境条件下都呈现类橡胶弹性状态， 另一方面引入了“黏附助剂”材料增强了结 合剂与基层材料之间的黏附问题， 同时从平衡内聚力和黏附力的角度实现了材料 组配和施工工艺的协调。通过与刚性结合料的共同作用，使新旧基层拼接处既能 保证黏结强度，又可以承受一定的变形，保证在环境因素和行车荷载作用下的耐 久性。 5 工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 施工工艺流程见图 5.1- 1。 第 2 页 共 12 页 图 5.1- 1 施工工艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 （1）施工前对技术人员进行技术交底，检查施工机械设备是否按照要求到 位且状态良好。 （2）在原路面基层拼接铺筑前对原路面面层进行铣刨处理，为充分利用原 路面各结构层材料，将各结构层分开铣刨，铣刨时不能影响保留结构层的使用性 能；拼接缝处的结构面不出现集料松散、啃边等现象。 施工准备 基层台阶开挖与检查 拼接界面涂刷刚性结合剂 拼接界面撒布细料 清理、检查旧路 原路面面层铣刨 施工机械、 材料、 人员 准备 拼接水稳层的摊铺、碾压 拼接接缝处开槽、灌料 洒布透层 铺设聚酯纤维布 封层施工 第 3 页 共 12 页 图 5.2- 1 清扫路面基层 5.2.2 基层台阶开挖与检查 （1）结合老路路况等因素，尽量缩短拼接宽度，减少老路挖除量，将台阶 宽度设为 2030cm，同时避免将拼接缝置于重车道轮迹带上。 （2）当基层厚度小于 20cm 时按照旧路基层厚度进行台阶开挖，当基层厚 度大于 20cm 时要分为两层依次拼接铺筑形成新的基层，为保证台阶上基层厚度 达标，下基层拼接的台阶一般不小于 25cm。 （3）台阶开挖后认真检查，确保台阶立面（边线）顺直，台面平顺，便于 压实机械的边部压实， 对局部凸出部位， 须人工予以凿除; 台阶立面和台面坚硬、 密实、粗糙，对破损、裂缝、夹层、杂物等进行彻底的清理、剔除; 台阶台面、 竖向界面最好是有凹凸或沟槽的粗糙面，若因铣刨工艺等原因造成界面过于光 滑，提前进行必要的凿毛处理。 图 5.2- 2 基层台阶示意图 5.2.3 拼接界面涂刷刚性结合剂 （1）基层（下基层、上基层，采用连续铺筑，一次成型）施工前 1 天约 24h， 第 4 页 共 12 页 用土工布（麻袋等）保水性材料将老基层台阶予以覆盖并保持湿润状态，直至洒 布刚性结合剂。 （2）水稳基层摊铺前在台阶的台面和立面上涂覆 RB- 1 型刚性结合剂，涂 刷厚度为 23 mm，涂刷量一般为 4.55.5kg/m2，需保证涂刷均匀。 图 5.2- 3 涂刷刚性结合剂 5.2.4 拼接界面撒布细料 洒布刚性结合剂后即可用人工在台面和立面部位撒布细集料（过 1cm 筛， 将粗集料剔除） ，撒布过程中注意减少空隙。 在混合料摊铺过程中，不断用人工清除堆积在接缝部位散落的集料，防止拼 接缝位置空隙率过大、碾压不密实现象的出现。 5.2.5 拼接水稳层的摊铺、碾压 （1）新的水泥稳定碎石结构层摊铺时，应该根据开挖的台阶厚度，分层进 行铺筑。 图 5.2- 4 拼接水稳结构层的摊铺 第 5 页 共 12 页 （2）水稳底基层或水稳基层下层拼接时，需要对老路台阶进行保护避免振 碎老路面） ，对台阶部位的压实采用静压方式，水稳基层上层拼接时可采用振动 方式。 在碾压过程中及碾压后要加强对老路面基层台阶处的检查，若发现有碾压 破损、裂纹等现象，须挖除回填新料。 （3）水稳底基层、水稳基层拼接压实时，压路机不得跨过拼缝，避免影响 拼接部位压实效果。 图 5.2- 5 拼接水稳结构层的碾压 5.2.6 拼接接缝处开槽、灌料 （1）结构层摊铺压实后，用风镐等工具在拼缝部位开槽，其形状为倒梯形， 以方便拼缝部位灌浆，槽深约 2cm。 （2） 倒梯形槽开好后， 将 FB- 1 型柔性结合剂灌入倒梯形槽并用钢钎等工具 沿缝隙前后扰动（间隔约 20cm） ，以便于柔性结合剂下渗。灌浆的标准为开槽底 部的柔性结合剂不再下沉为宜。 图 5.2- 6 柔性结合剂 （3）拼接部位填充完毕后，应对拼缝予以整修，确保表面顺接，必要时用 胶轮压路机或橡皮锤等进行处理表面