2019欧冠分组情况:[分享]公路快速养护技术的应用研究

发表于2019-06-18    417人浏览    1人跟帖    筑龙币+50  复制链接  只看楼主

筑龙币+50

掏枪毙了你


摘 要

使用快速养护技术对沥青路面裂缝及坑槽进行现场修补。结果表明,采用乳化沥青灌缝和TL-2000抗裂贴两种方法对沥青路面裂缝病害的快速修补效果显著;采用冷补材料快速修补法和就地热再生修补法对沥青路面坑槽修补后,路面使用性能良好。对公路快速养护技术进行了全生命周期的经济效益分析,考虑交通延误成本后,快速养护较常规养护具有更好的社会经济效益。

关键词

快速养护 | 沥青路面 | 社会经济效益分析

概述

近年来我国公路建设高速发展。数据显示:截至2016年底,我国公路总里程达469.63万km,其中高速公路里程高达13.10万km[1],居世界第一。尽管高速公路总里程已位居世界第一,但以车道里程、路网密度、道路质量等指标衡量,我国同发达国家仍有不小的差距[2]。此外,我国的公路基础设施养护工作存在明显不足,养护资金投入比例较低,“重建设、轻养护”观念依然存在。经过近30a的建设,我国公路路网基本成型,公路发展将逐渐由建设向养护管理过渡。


传统公路养护流程复杂、时间长、造价高,易造成交通拥堵及扬尘污染。与之相比,快速养护施工时间短,工艺相对简单,能最大限度地减少交通拥堵和环境污染。在环境污染和交通拥堵日益严重的背景下,如何安全、有效的将快速养护技术应用于公路日常养护中,已成为公路基础设施养护的重要课题。


针对快速养护,国内外学者主要从材料和工艺两方面开展研究。材料方向,乳化沥青最早被用作快速修补材料,此后,各国陆续研发出不同的快速修补材料。美国缅因州交通运输部将研发的Glas-Grid8501玻璃纤维网用于路面中,可有效抑制路面反射裂缝[3]。美国学者以改性沥青为原料研制出的CRF-PM聚合物改性乳液具有很好的弹性、流动性、粘结性和施工性能,在路面裂缝养护中起到很好的效果[4]。对于水泥混凝土路面,除了常用的快凝、早强、含外加剂的水泥,国外还开研发了各种适用于快速修复的新型水泥,如日本研制的“调凝水泥”[5]、美国开发的“派拉蒙特(pyra-ment)”混合水泥[6]等,均可在12h甚至更短的时间内完成水泥混凝土路面的快速养护工作并开放交通。


工艺技术方面,薄层SMA、稀浆封层、微表处等技术已经在国际上广泛应用,具有封水、抗滑、耐磨耗、填充以及恢复路表外观的功能[7]。对于坑槽修补,乳化沥青压力喷射修补和专用材料修补2种技术尚处于推广阶段[8];对于裂缝修补,相比于标准槽非贴封式、浅槽贴封式、简单无槽贴封式3种方法,标准槽贴封式处理效果最佳,一般采用改性乳化沥青灌缝材料,配合以热风镐、扩缝机等小型设备,机械化水平较高[9,10]。二十世纪末期兴起的就地热再生、冷再生等技术也具有较为广阔的应用前景[11]。此外,发达国家陆续研发了路面就地热再生机械以提高养护速度,减少对交通的影响。


相较于发达国家,国内公路快速养护的研究起步较晚,目前仍处于研究和探索阶段。上世纪90年代,江苏省建筑科学研究院研制的JK系列混凝土快速修补剂,具有强度高、粘结力大的优点,但由于含有硅酸盐、氟铝酸盐等特殊添加剂,价格比较昂贵[12]。西安交通大学研发了由硫铝酸盐、铝酸盐、硅酸盐及高效表面活性剂复合而成的HW型超早强快硬修补材料,该材料可满足4~6h通车要求[13]。武汉理工大学材料实验室将超快硬磷酸盐胶结料作为混凝土路面修补材料,取得了较好的应用效果[14]。“天福牌”TF系列水泥混凝土快速修补剂在水泥混凝土路面的快速养护中表现出极佳的施工性能及路用性能[15]。本文运用快速养护技术对沥青路面裂缝、坑槽等病害进行现场修补,并在考虑交通延误成本的基础上对快速养护和常规养护进行全生命周期的经济效益分析。

快速养护技术的现场试验

试验地点选在浙江省台州市。台州市属于亚热带季风气候,受沿海环境以及山地影响,冬暖夏凉,雨水充沛,气候温和。截止2016年底,台州市公路总里程12578km,高速公路里程298km。其中,水泥混凝土路面长度约占总里程的1/4,沥青路面占3/4。本次快速养护试验主要针对沥青路面,现场调研后发现,台州市公路的主要病害有车辙、坑槽、裂缝、松散等。


台州市公路局的资料显示当地春季多雨,地面水和地下水的双重影响导致路面排水不畅,易出现滞留水现象。一部分通过路面裂缝、缩缝、排水沟和路肩等处渗入;另一部分为上层滞水、潜水和承压水滞留在路基和路面结构层内,从而造成沥青路面出现裂缝、松散、坑洞、沉陷、车辙等病害。此外,受渠化交通的影响,高等级公路车行道两侧和中间部隆起,易形成车辙。结合台州市多年公路养护经验和实地调研情况,现场主要针对裂缝和坑槽类病害开展快速养护试验。

裂缝快速修补

针对沥青路面裂缝的快速修补,现场选取两个试验段分别采用乳化沥青灌缝和TL-2000抗裂贴进行试验。

(1)乳化沥青灌缝。试验路段为104国道和S214甬临线临海段沥青混凝土路面。施工过程如图1所示。封闭交通后,首先清扫路表面及裂缝内的杂物和尘土,接着将NE-6慢裂快凝阳离子乳化沥青均匀喷洒在裂缝槽侧面和底部,喷洒时避免杂物或水分进入。待乳化沥青破乳后,用灌缝机将提前配置好的混合料均匀灌入裂缝内,等待路面温度降至自然温度。最后需对施工后的路面进行压实找平,并对施工过程产生的杂物进行清扫。

公路快速养护技术的应用研究_1

(2)TL-2000抗裂贴快速修补裂缝。作为一种滚卷式阻裂防水隔膜,抗裂贴表面的高强耐高温织物能有效抵抗裂缝处拉应力,限制裂缝扩张,提高沥青路面局部抗拉强度。与传统养护方法相比,抗裂贴操作简便、施工速度更快、美观耐用、安全环保、且成本更为低廉、效益明显,见图2。

公路快速养护技术的应用研究_2

选取S327临前线椒江段沥青混凝土路面作为试验路段。施工步骤如下:


a.首先进行施工放样,划定修补裂缝范围;b.清扫路表面和裂缝内的杂物并灌注高分子密封胶;c.使用相应规格的抗裂贴贴缝,贴缝后使用小钢轮压路机碾压,确保抗裂贴完美贴合路面,不出现气泡、皱褶等现象。


现场试验表明,乳化沥青灌缝和抗裂贴修补均可在1~2h内完成并开放交通。修复后的路表面平整,在交通荷载和雨水冲刷下未出现任何异常。

坑槽快速修补

坑槽的快速修补主要采用冷补材料快速修补法和就地热再生修补法。

(1)冷补材料快速修补法。试验路段在G228线K62处,采用新型高性能快速冷补材料进行修补。该冷补料具有抗剥落、耐久性好、抗冻融、防滑、绿色环保等特点。沥青路面坑槽快速养护的主要施工过程如图3所示。试验路段经过夏季、冬季的高低温考验,修补路面状态良好,未出现脱粒、松散等现象,且经历春季雨期之后,路面未出现损坏,路用性能良好。


(2)就地热再生快速修补。作为一种新型工艺,热再生修补避免了传统坑槽修补中存在的弱接缝问题。对旧沥青路面进行再生利用,在降低成本的同时避免了旧料报废产生的污染和占地问题。


试验路段为104国道黄岩段沥青路面,采用综合养护车进行热再生快速修补,施工过程如图4所示。热再生技术修补坑槽的主要步骤包括清理软化病害区域、喷洒乳化沥青、添加新料并摊平压实等。与传统修补方法相比,就地热再生修补可将旧沥青路面再生利用,在减少环境污染的同时大大降低维修成本。此外,该方法还可处理沥青路面坑槽、车辙、拥包、龟裂、网裂等局部病害。试验结果表明,使用就地热再生技术修补之后,路面使用性能优异,至今未发现其他损害。

公路快速养护技术的应用研究_3
公路快速养护技术的应用研究_4

社会经济效益分析

本文选取普通沥青加热灌缝以及SBR改性乳化沥青常温灌缝两种常规养护方法与快速养护(NE-6改性乳化沥青封缝)进行经济效益对比,表1列举了3种养护方式的相关参数。

公路快速养护技术的应用研究_5

针对以上数据,相关说明如下:


a.工程造价根据实际工程中材料使用情况进行估算,以每100m裂缝所需的养护材料为计算标准,所有材料价格均参考养护试验时的市场价格;


b.燃料费包括养护材料加热费用以及养护器械的燃料费用,其中普通沥青加热灌缝方法的燃料费主要为沥青加热,而另外2种主要是由灌封机等养护设备的燃料费产生;


c.设备折旧费主要是灌封机的折旧,普通沥青加热灌缝养护中可直接用铁壶进行灌缝,因此折旧费较低;


d.由于工序均不复杂,考虑3种方法的人工费用相同,予以忽略。


假设路面寿命为15a,使用普通沥青加热灌缝技术时,在第15年末公路已达到使用寿命,无需再进行养护;SBR乳化沥青灌缝方法的养护有效期为1~2a,计算模式等效取为“1a—2a—1a—2a……”的养护模式进行计算。根据上述计算方式,可得15a年末3种养护方法的直接养护成本如表2所示。

公路快速养护技术的应用研究_6

根据表2结果,3种养护方式的全生命周期直接成本从大到小依次为:NE-6改性乳化沥青封缝>SBR乳化沥青灌缝>普通沥青加热灌缝,快速养护没有成本优势。考虑到高等级公路车流量大,因交通拥堵造成的经济损失明显,故需将占道施工引起的交通延误成本量化并纳入公路养护成本中。


参考《公路养护安全作业规程》中的规定并结合现场施工情况,养护占道作业的疏导具体设计为:警告区S=1600m、路肩封闭上游过渡区LS=100m、缓冲区H=50m、作业区G=100m、下游过渡区LX=100m、终止区Z=50m。


为方便计算,对现场进行如下简化:车辆以100km/h的速度匀速行驶,从警告区段起始处以一定加速度减速通过警告区,并在上游过渡区起始处达到50km/h,匀速行驶通过上游过渡区、缓冲区、作业区以及下游过渡区,再以相同的加速度增速至100km/h,且未造成交通拥堵。具体计算示意图如图5所示,施工道路为双向四车道高速公路,图中仅描述中央分隔带至养护作业区的路幅区:

公路快速养护技术的应用研究_7

由此可以计算出:由于公路养护占道对交通流的影响路段长度为3550m,产生的单车延误时长为51s。


显然,交通延误成本=延误车辆总数×单车载客人数×单车延误时间×单位时间价值:对于前2项因子,由于养护开始时间以及不同类型车辆载客人数的随机性,相同时间内通过的车辆数和人数存在较大差别,为强调交通封闭时长在交通延误成本中的重要性,本项目假定延误车辆总数仅与养护时间和年平均小时交通量相关,且假定不考虑施工时间段的差别。综合考虑试验现场情况及快速养护技术的应用场景,按照双车道二级公路的标准选定年平均日交通量15000pcu进行计算,故年平均小时交通量为625pcu,车辆平均载客人数取1.5。根据台州市人社局提供的2014年职工平均小时工资确定单位时间价值为23.2元/h。结合3种养护方法的交通封闭时长可计算出沥青寿命周期内的交通延误成本如表3所示。

根据表3可计算3种方法的全生命周期养护成本分别为7410.6元、56007元和20476元。由此可得如下结论:


a.仅考虑养护成本时,低成本的常规养护方法具有一定的价格优势。相较NE-6改性乳化沥青封缝,普通沥青加热灌缝的方法可节省近30%的养护成本,SBR乳化沥青灌缝的方法可节省16%的成本;


b.考虑交通延误成本后,快速养护方法具有更显著优势,成本仅为常规养护的1/3。


另外,常规养护中交通封闭时间过长容易发生车辆排队现象,从而进一步增加出行延误成本。此外,还会产生因刹车、低速行驶等因素造成的油耗增加成本以及由于道路封闭而引起的潜在交通事故成本。综上所述,考虑交通拥堵的外部性成本之后,快速养护在公路全生命周期内具有良好的经济效益。


除此之外,快速养护还可带来如下社会效益:


a.由于交通封闭时间的缩短以及施工方法上从加热施工到常温施工的转变,快速养护中排放的CO2等温室气体和硫化物等有毒气体会大大降低;


b.在高温季节,普通沥青加热灌缝容易导致养护材料软化膨胀溢出,不仅破坏公路形象,而且泛出的沥青料容易被轮胎带走影响车辆行驶安全。相较而言,快速养护材料的性能较好且无需加热,因而可避免此类问题;


c.同等情况下,常规养护的交通封闭时间长,且夜间施工比例较大,由此产生的交通事故量相对较高,有损道路管理者形象。

结论

本文针对沥青混凝土路面的裂缝、坑槽等病害进行了一系列的快速养护现场试验,试验结果表明,快速养护方法可对原有路面病害起到很好的修复效果。同时,考虑交通延误成本后的全生命周期费用分析显示,快速养护方法具有良好的社会经济效益。主要结论如下:


a.采用乳化沥青灌缝和TL-2000抗裂贴2种方法分别对沥青路面裂缝进行快速修补,修补后路面性能良好;


b.使用冷补材料快速修补法和就地热再生修补法对沥青路面坑槽进行快速修补,经历高低温和雨季的考验之后,仍保持较高的路面服务水平,无明显损害;


c.对传统和快速养护方法进行全生命周期的经济效益分析。快速养护的直接养护成本略高于常规养护,考虑交通延误成本后,快速养护具有显著优势,成本仅为常规养护的1/3;


d.快速养护还具有减少有毒有害气体排放、降低交通事故率等社会效益。

微信公众号    沥青路面

分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

 发表于2019-06-18   |  只看该作者       筑龙币+20

2

公路快速养护技术的应用研究

登录后才能评论,评论超过10个字,有机会获得筑龙币奖励!

分享
888真人赌博