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养护科学化决策管理
科学决策应用报告科学决策在管理中的应用报告养护单位做为一家现代化的公路养护管理单位,运营路段为国道110干线(K44800~K75800)、辅线(K60900~K69330)及G7高速北京段(K68550~K90410)段为双向四车道,该路段是承载着首都北京西北方向的重要货运通道,交通流量、轴载大,超载、超限车辆较多,而且山区道路路线纵坡较大(接近5),以上这些情况造成了公路路面损坏严重,严重的影响了路面的正常使用寿命和结构承载力。
为了延长道路的使用寿命,减少运营成本投入,对道路养护管理工作进行科学决策在养护工作中起到关键性的引导作用。
养护单位领导层经常深入施工现场指导工作,带领施工技术人员研究最佳养护方案,并积极推广应用养护新技术、新材料、新工艺、新设备,结合我公司运营管理路段容易发生路面病害的特点,采集相关专业数据,经过科学分析和评定后果断决策,将科学方案贯彻到养护工作中,用于指导施工项目的管理过程,加强预防性养护,使病害在前期就得到控制,采用科学的施工方案恢复道路的使用性能。
以下为路面病害中较为先进的预养护方案。
一、薄层罩面公路路面预养护方案薄层罩面技术是指改性乳化沥青的喷洒和热沥青混合料的摊铺由一台专用摊铺机同步完成,随后通过钢轮压路机的适当碾压形成的热沥青混凝土磨耗层。
改性乳化沥青独特的配方设计会使其在与热混合料接触的瞬间破乳并向上气化填充混合料的下部空隙,确保磨耗层与原有路面的粘结,封闭原有路面的轻微裂缝并防止水浸入,如下图所示。
(一)薄层罩面技术原理薄层罩面是一种针对交通负载大、路面性能要求高的高等级道路的路面解决方案。
薄层罩面薄层罩面主要应用于高等级沥青或水泥路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护,也可以作为新建道路的表面磨耗层。
(二)薄层罩面的材料选择及技术要求1、粗集料粗集料应选用三级以上的石料扎制而成的碎石,必须符合耐磨耗对粗集料的要求。
同时,同步施工型超薄磨耗层对粗集料的抗压碎要求高,粗集料必须使用坚韧、粗糙、有棱角的优质石料,必须严格限制粗集料的扁平细长颗粒含量。
粗集料技术指标满足表1的要求。
表1沥青面层用粗集料质量技术要求指标单位技术指标试验方法石料压碎值不大于%20T0316洛杉矶磨耗损失不大于%26T0317微型狄法尔磨耗损失不大于%18ASTMTP58-00粗集料的磨光值PSV不小于42T0321表观相对密度不小于t/m32.60①T0304吸水率不大于%2.0T0304与沥青粘附性不小于级5T0616坚固性不大于%12T0314单个破碎面不小于%100T0361两个或多个破碎面不小于%90T0361针片状颗粒(31)含量(混合料)不大于其中粒径大于9.5mm不大于其中粒径小于9.5mm不大于%%%15②1218T0312水洗法0.3mm部分不小于%12T0340砂当量不小于%65T0334亚甲蓝值不大于g/kg25T0349未压实空隙率不小于40T03443、矿粉沥青混合料的填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉,原石料中的泥土杂质应除净。
矿粉应干燥、洁净,能自由地从矿粉仓流出,其质量应符合表3的技术要求。
表3沥青混合料用矿粉质量要求项目单位技术要求试验方法表观相对密度不小于t/m32.50T0352含水量不大于%1.0T0103烘干法粒度范围18.0T0709体积法计算毛体积密度混合料性能满足表8所示要求。
表8混合料性能检验技术要求试验指标单位技术标准试验方法水稳定性试验冻融劈裂残留强度比大于80T0729表面构造深度不小于mm1.0mmT0731车辙试验动稳定度不小于次/mm2500T0719沥青析漏试验不大于0.1T0732(三)薄层罩面的性能和特点1、SMA表面功能,具有更大的技术优势薄层罩面采用间断级配,粗骨料含量多,形成了石-石嵌锁结构,具有和SMA同样的表面功能。
薄层罩面具有比SMA更为全面的技术优势。
从拌和而言,由于薄层罩面不需要添加纤维,矿粉添加量小,沥青用量小(和SMA比较),拌和相对容易,速度比SMA更快;从另一角度考虑,能否将纤维均匀地分散在沥青混合料中是纤维能否发挥作用的关键,这种均匀分散的要求直接影响了混合料的拌和质量和拌和效率。
从压实方面考虑,薄层罩面先进的摊铺设备使摊铺后路面直接达到了设计要求,因而压实的目的只是使骨料就位,只需要将一台双钢轮压路机不开振动碾压一遍即可。
而SMA对碾压的要求较高,工艺复杂,过程不宜控制,容易引发质量问题。
图1薄层罩面表观2、施工速度快专用摊铺机具有喷洒乳化沥青和铺设热拌沥青混合料几乎同时进行的能力,并且一次成型。
同步的施工工艺确保了喷洒乳化沥青只在铺设沥青罩面之前进行,因而乳化沥青膜不会被摊铺机或者运料车损坏,也不会被污染。
这种同步施工工艺可节省时间并和减少工作延迟。
专用摊铺机的摊铺宽度可在2.5~5.0m的范围内自由调整,在个别情况下,可加长到6m。
这种弹性的工作宽度可适应不同的路况,提高了施工效率。
专用摊铺机可确保在宽度变化情况下每分钟运行12~36m。
这意味着,专用摊铺机的铺筑速度为常规摊铺机的5~10倍。
换言之,在高速摊铺的情况下,每天可单车道铺筑8~10km。
3、压实容易,开放交通速度快薄层罩面压实比较容易。
一般情况下,在混合料温度降至90℃之前,用双钢轮DD110、D130或类似设备在静力模式下至少碾压一遍即可,压实的原则为“高温、紧跟、快压”,如图2所示。
图2混合料压实混合料采用的级配为断级配,厚度薄,散热快,并在促使乳化沥青中水分气化的过程中迅速降低温度。
图3为混合料实测降温曲线,从中可知,摊铺后约20分钟后混合料表面温度降低到50℃以下,此时即可开放交通。
图3混合料实测降温曲线4、抵抗水损害能力强薄层罩面一个很重要的要求是沥青含量高,因此较常规混合料具有更厚的油膜厚度,独特的设计确保了混合料具有更好的抵抗水损害的能力。
5、排水能力强,减少水雾路面迅速排水,减少雨天行车水雾。
图4为密级配和磨耗层雨天形成的水雾对比,从中可知,薄层罩面磨耗层的表面几乎没有形成水雾。
a.密级配沥青混凝土形成的水雾b.薄层罩面磨耗层形成的水雾图4常规路面和磨耗层雨天水雾对比6、抗滑性能好薄层罩面具有良好的抗滑能力,可减少道路交通事故,特别是雨雪天气交通事故。
国内外的研究表明,薄层罩面可长期保持出色的抗滑性能。
7、改善平整度薄层罩面磨耗层较薄,但仍可显著改善原路面平整度,实测结果如图5所示。
图5薄层罩面对路面平整度的改善8、减少路面噪音薄层罩面上部空隙率和构造深度比较大,表面上的孔隙具有吸声作用,从而起到降低噪音的效果。
图6表明,可显著减少路面的噪音。
图6薄层罩面和其他路面的噪音比较9、对原有路面影响小薄层罩面的设计厚度仅为15~30mm,对原路面的影响较小。
一般情况下,不会影响原有路面的排水系统,也不需要对路缘石进行抬高。
对于高等级公路而言,可不抬高原有的护栏,并可不铺筑紧急停车带,这种技术上的优势可节约大量的建设养护资金。
此外,对于净空或自重受限的路面或桥面而言,薄层罩面具有独到的优势。
(四)薄层罩面的施工1、施工设备现场与一台专用摊铺机配套的主要机械设备有10-12T双钢轮压路机一台、8T以上水车一台、路面除尘设备两台、小型切割机两台、乳化沥青运输车一台。
2、施工要点1)路面条件需要特别说明的是,薄层罩面系统主要用于预防性养护和矫正性养护,并不能作为结构补强层。
薄层罩面系统对原路面的要求见表9。
表9沥青路面评定标准裂缝(a)纵向或横向裂缝不能超过中等;(b)网裂不超过中等;(c)啃边不超过中等;(d)反射裂缝不超过中等坑槽坑槽等级不应超过中等。
注意坑槽必须进行预先挖补处理。
表面变形车辙不超过10mm。
如果车辙超过10mm,必须铣刨或用其它合适的材料进行处理,然后才可进行表面超薄磨耗层摊铺。
表面损坏(a)泛油不应超过中等;(b)磨光可以接受;(c)松散不应超过轻微。
2)天气薄层罩面系统施工过程现场气温不得低于10℃,路面不能有积水。
3)摊铺SBS改性乳化沥青在60~80℃的温度下喷洒,喷洒量必须精确计量,以保证路面摊铺均匀。
对于薄层罩面-13型混合料,SBS改性乳化沥青理想喷洒量约1.00L/m²;薄层罩面-10型混合料,理想的摊铺量约为0.85L/m²。
针对具体项目,由专业实验室设计喷洒量,并在现场由工程师根据具体路面情况进行调整。
热沥青混合料摊铺温度约为150~170℃,在SBS改性乳化沥青喷洒后摊铺,热沥青混合料摊铺在所有SBS改性乳化沥青喷洒表面上,并由电加热的振动熨平板进行熨平。
4)碾压薄层罩面系统碾压必须在路面温度降至90℃之前进行。
用10~12吨的双钢轮压路机碾压1~2遍。
压路机不能静止停留在刚刚摊铺好热沥青混合料表面上。
必须在薄层罩面摊铺后立刻进行压实。
压路机必须维护良好,具备可靠操作稳定性,装备有皂液水添加系统和刮板,从而防止新摊铺热沥青混合料粘在碾压辊上。
碾压通常以静态方式进行。
工程师确定碾压操作宽度,新的路面在碾压完成、路面温度冷却到50℃之前不能开放交通。
(五)验收根据薄层罩面特殊的路面使用性能,结合我国热沥青混凝土路面国家验收标准,测试表10所示内容。
表10薄层罩面验收标准合格评定方法允许范围每千米测点数试验方法厚度代表值满足±3mm5T0912宽度单点测值原路宽20T0911沥青用量单个测值沥青用量±0.31矿料级配单个测值设计级配范围内1构造深度>1.0mm5T0961/62/63摩擦系数>455T0964平整度标准差ð1.2mm全线连续T0932IRI2.0m/km全线连续T0933(六)薄层罩面的性能分析薄层罩面改性超薄磨耗层系统是一种针对交通负载大、路面性能要求高的高等级道路的路面解决方案。
薄层罩面改性超薄磨耗层系统主要应用于高等级沥青或水泥路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护,也可以作为新建道路的表面磨耗层,是一种超长耐久的表面层,具有抗滑、抗车辙、抗磨耗的优良性能。
薄层罩面是将15~30mm厚的薄层罩面-Binder沥青混合料断级配改性沥青混合料摊铺在一层SBS改性乳化沥青膜(聚合物改性乳化沥青粘层)上。
使用专用设备薄层罩面-Paver进行施工。
特种改性乳化沥青粘结层SBS改性乳化沥青喷洒与改性热沥青混合料薄层罩面-Binder摊铺同时进行,经压路机压实以后一次成型。
独特设计的改性乳化沥青SBS改性乳化沥青优异的粘结性能充分避免了薄层罩面存在的风险,薄层罩面-Binder改性沥青混合料最大程度地发挥了热沥青混合料的各项优势。
薄层罩面技术有如下特点1.超薄,只有1.5~2.5cm;2.构造深度大,抗滑性能良好;3.与原有路面粘结能力强;4.降低噪音;5.减少水雾,能见度高;6.开放交通快;7.使用寿命长。
二、SMA公路路面养护方案SMA也叫沥青马蹄脂碎石混合料,通过采用矿物纤维稳定剂、增加矿粉用量、改性沥青等技术手段,组成沥青马蹄脂后填充间断级配的粗集料骨架间隙,从而使沥青混合料既能保持开级配沥青混合料表面功能好的特点,又能克服耐久性差的缺点,尤其是使高温抗车辙能力、低温抗裂性能、耐疲劳性能和水稳定性能等各种路用性能大幅度提高。
(一)SMA与普通密级配沥青砼最大不同之处是SMA为间断级配,粗集料粒径单
一、量多、细集料很少,矿粉用量多。
1.集料粗集料要求必须为清洁、无塑性的破碎集料,具有良好的颗粒形状与表面纹理,与沥青应有良好的粘结力。
表面层粗集料应当采用硬质的基性或中性火成岩集料。
由于目前公路水损害出现的频率较高(包括中下面层),应当采取抗剥落措施,以保证混合料达到水稳定性指标要求。
细集料包括人工砂、天然砂、石屑。
采用反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于3mm的部分具有较好的角砾性,可以作为人工砂使用。
但是,所有人工生产的细集料生产过程中必须采用除尘装置,采用水筛法0.075㎜的通过率171717饱和度65-7565-7565-75稳定度(kN)7.57.57.5流值(0.1㎜)2-3.52-42-4冻融劈裂强度比808080动稳定度(次/㎜)200015001500低温弯曲破坏应变280026002600谢伦堡析漏0.20.20.2肯塔堡飞散2525253.沥青混合料设计过程沥青混合料设计过程包括目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比设计验证三个阶段。
目标配合比设计阶段对工程采用的原材料通过适当的矿料结构设计方法确定适宜的矿料级配组成。
采用马歇尔设计确定最佳沥青含量,对混合料的抗水损害能力、高温稳定性和低温抗裂性进行检验。
其过程包括3.1、3.2两部分内容。
根据目标配合比设计所确定的矿料级配组成和最佳沥青含量作为目标配比,供沥青拌和站进行冷料舱的供料比例的调整。
生产配合比设计阶段沥青混合料的生产应采用间歇实拌和站。
调整冷料仓进料速度以后,对拌和站热料仓取样筛分。
调整热料仓比例,由于拌和站取样误差以及除尘设备回收细料滞后等方面的影响,通常需要分成调成集料级配和确定沥青含量连步骤进行,并需多次调整。
拌和站热料仓比例以连续生产的沥青混合料抽提后级配结果确定为准。
取目标配比最佳沥青含量、最佳沥青含量±0.3等三个沥青含量进行试拌,进行抽提和马歇尔试验确定生产的最佳沥青含量确定。
生产配合比设计验证阶段对反复调整确定的拌和站热料仓比例和最佳沥青含量进行试拌、铺筑试验段,并对生产的沥青混合料取样抽提和马歇尔试验。
试验段取样不少于三次,取样以从拌和站直接接取的样品为准。
根据试验路确定的热料仓比例和最佳沥青含量为生产的标准配合比。
满足各项要求的试验段抽提平均的各筛孔通过率为用于生产控制的标准级配曲线。
4.质量控制料堆料堆应有硬化的倾斜铺面,并且有足够的排水系统以帮助从料堆中排水.装载机驾驶员应从有太阳的倾斜面对上取料,并避免使用料堆底部的集料。
避免不同类型的集料混放。
并避免细集料过湿,影响从料斗中自由下落。
粗集料应避免使用刚刚破碎的新鲜集料,新集料应放置一周以上才能使用,以防止沥青混合料的剥离发生。
拌和站拌和站生产的沥青混合料其质量控制主要指标应当采用动态变化图控制和指导生产。
动态指标动态图应当包括设定的生产配比、沥青含量、拌和温度和试验温度。
主要指标有马歇尔空隙率、矿料间隙率VMA、沥青含量、0.075、2.36、4.75和最大工程尺寸的通过率。
拌和场混合料的控制偏差允许范围见表15所示。
表14HMA拌和厂试拌混合料允许偏差混合料组成性质允许偏差极限沥青胶结料用量(Pb)±0.304.75mm和4.75mm以上集料通过率±32.36~0.150mm通过率±20.075mm通过率±1空隙率(Va)±1.5矿料间隙率(VMA)±1为确保沥青拌和机正常运转,需要对拌和机的计量部件进行标定。
由于粗集料相对较多,对集料的干燥可能产生一定的影响。
粗集料中水分不能及时散发,是造成沥青路面早期剥离现象的重要原因之一。
拌和机各层筛子的设置对集料的级配影响很大,需要根据沥青混合料的级配组成进行适当的调整。
对于SMA-13,本着既能控制材料生产质量,又减少溢料的原则,对于四料仓拌和站,筛孔设置为33、55、1111(或1212)、1818(或1616)。
由于上面层混合料生产过程中的回收粉非石灰岩质,表面层SMA生产不允许使用回收粉。
对拌和站应当考虑矿粉的掺加量达到12实施的可行性,如果设备计量或称量仓的体积不能满足要求,应考虑进行改造或降低产量。
储存为了保证摊铺机的连续摊铺,对拌合的沥青混合料进行储存是有必要的。
但应避免温度过高造成沥青混合料的老化。
运输混合料的装载不能一次性装成锥形,自卸车在装料适应前后移动是混合料成山字型。
混合料装载后应保持一定的形状,如果过度塌落说明混合料的级配或沥青含量存在一定问题,应注意及时检查。
沥青混合料运输过程中应采取蓬布保温措施。
摊铺摊铺过程的主要问题是采取适当的摊铺速度,保证混合料的供应和连续摊铺。
摊铺过程应注意减少离析现象。
对于纵向接缝的处理,第一是保证摊铺出的沥青混合料不离析,第二是避免使用冷接逢。
施工现场混合料的拌和、摊铺、压实能力必须相匹配。
为保证沥青路面连续施工,沥青混合料拌和机生产量不能小于160吨/小时。
压实压实是一个非常重要的问题,压实度的高低直接影响到沥青路面的使用寿命和早期损害的可能性。
为了更好地保证施工质量,保证混合料的压实效果,对压实度的控制上需要更加严格要求。
压实度采用空隙率控制,要求压实后路面空隙率的平均值或代表值为5-6,极限值为4-7。
最大理论密度的确定按照“路面沥青混合料最大相对密度试验(真空法)(T071193)”每天实测沥青混合料的最大相对密度,现场压实控制指标。
沥青混合料压实度的检验,以钻芯试件的测定为主。
标定后的核子密度仪也可作为辅助检验手段。
为保证结果的准确性,可以采取铺砂或者撒水的办法进行测试。
SMA混合料的压实工艺是很重要的,处理得当可获得最佳密度。
具有高的粗集料含量的SMA混合料的确与一般密级配混合料不同,必须在压实作业中考虑压实机具和压实方法。
为达到良好的压实效果,必须使用较大吨位的高频震动压路机。
对于3000型拌和站,产量为240T/h,一般最小基本配备如下11-16吨双轮震动压路机3台7-10吨钢轮压路级1-2台通常轮胎压路机的轮胎压力大约552-621kpa或更大,每轮胎至少在1270-2041kg。
5.压实工艺根据试验路的试验结果,对于SBS沥青SMA混合料,需要在较高温度时充分震动压实,这是得到理想空隙率的保证。
压路机通常应紧跟摊铺机,震动压路机应尽可能提减少撒水量,保持合理的压实速度。
具体优选的压实工艺为初始碾压采用高频强震,频率越高越适合于薄层压实。
速度3-5公里/小时(如人行走速度相当)。
后退时轮迹应与前进时重合,相邻应使轮迹重合20㎝左右。
如此重复两到三遍。
第三遍震动时如果温度降低到115℃左右。
使用钢轮压路机赶光2遍。
即可完成。
由于混合料在冷却到93℃以下用震动方式容易造成集料过度压碎,因此,在93℃以下不应再用震动碾压。
(三)试验段每一个工程项目开始之前,应修筑一试验段,来检验混合料体积性质是否满意和评价摊铺与压实技术。
这个试验段必须用计划中的相同施工技术,在相同的混合料温度下摊铺与压实,这一点是很重要的。
建立相应的压实工艺和核子密度仪读数与路面岩心的密度的关系。
试验段长度不小于200米。
三、公路路面微表处施工微表处是在稀浆封层基础上发展起来的预防性养护方法。
工作原理是用具有一定级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)与聚合物改性乳化沥青、外掺剂和水,按一定比例拌制成流动型混合料,再均匀洒布于路面上的封层。
微表处做为高速公路预防性养护的有效措施之一,它施工工艺简单,成本低,污染小,可快速恢复和改善原沥青路面的磨损、老化、光滑、松散等病害,提高沥青路面使用性能和耐久性,还可以提高原路面的承载力和防病害能力。
此外,微表处以其开放交通快、抗滑性能卓越、可修复路面车辙、封水效果好、使用寿命长、节约能源等优良的性能和显著的社会经济效益,在我国高速公路养护中有着广泛的应用前景,在我公司因为多为重型车道,多数情况下不宜使用微表处施工方案。
(一)微表处的性能优势1.防水整个路面摊铺,增加防水面,阻止水分下渗。
2.耐磨增加一个磨耗层。
3.提高防滑性能新路面增加摩擦。
4.提高路面平整度/美观度(下图)。
5.防止路面的老化与松散,从而有效地延长路面的使用寿命。
6.微表处还可以填补已经稳定的车辙。
7.微表处混合料摊铺后可在较短的时间内开放交通,具体的时间因各个工程的实际情况而有所不同。
(通常12.7mm厚的封层在24℃以上、湿度50以下时可在1小时内开放交通,承受车轮碾压,但不可有刹车、起步或转弯)。
8.作为预防性养护技术的微表处也可直接用于新建道路的表面磨耗层,从而减少昂贵石料的使用,降低工程造价,显著降低基本消除早期水损坏的发生。
9.真正的全程环保在常温下施工,没有毒烟雾、粉尘、噪音污染,没废水外排适用范围。
(三)微表处的适用范围适用于重要交通道路的预防性养护如高速公路、城市干线、机场跑道等。
四、预养护在国道110及G7高速公路中的应用
(一)薄层罩面在国道110路面上的施工应用1.2014年经检测国道110出京(K63600-K65800)段的路面使用性能指数(PQI)经检测为82.03,结合路面破损情况,需要及时进行预防性养护。
2014年路面病害图片如下根据路面病害情况,一般会采用SMA沥青路面施工,但我公司领导经过研究分析后,认为采用薄层罩面施工方案更为经济实用,在认真认证和对比分析后决定采用薄层罩面施工方案。
2.国道110出京(K63600-K65800)段的路面于2014年6月份完成施工后,该路段使用性能一直很好,2016年8月4日采集了施工后的路面情况图片如下该路段交工已经超过2年时间,经过现场路面的观察,路面平整度及使用性能良好,下表为该路段近期的检测结果,通过数据分析,各项指数比较好,路面使用性能指数(PQI)甚至超过了95,达到了97.88的高分。
我公司通过采用科学的施工方案,完全达到了养护的预期要求,在薄层罩面施工的过程中我公司也通过第一次决策尝试应用,学习并掌握了薄层罩面的施工技术。
桩号DR()IRI(m/km)PCIRQIPQIPDRPIRIPFK60900-K620000.251.2691.5394.4592.841.00001.00001.0000K62000-K630000.121.3793.7494.0693.881.00001.00001.0000K63000-K640000.211.3592.1194.1293.011.00001.00001.0000K64000-K6500000.99100.0095.2997.881.00001.00001.0000K65000-K6600001.27100.0094.3997.481.00001.00001.0000K66000-K670000.021.0297.0195.2196.201.00001.00001.0000K67000-K680000.011.1997.7594.6796.361.00001.00001.0000K68000-K690000.031.3696.4694.099
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