微表处技术在高速公路车辙处治中的应用

摘要：本文通过对甘肃省山临高速公路车辙处治的试验研究，针对本省高速公路压密型车辙，通过不同的方案比对及后期观测，探索适合当地气候地质条件的微表处施工处治方案。

关键词：车辙处治铣刨微表处乳化沥青

微表处由聚合物改性乳化沥青、100%轧碎石料、矿物填料、水和必要的添加剂组成，使用专门的施工设备摊铺。微表处可以提高路面的抗滑能力、阻止水分下渗、防止路面的老化，从而有效地延长路面的使用寿命。它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。现结合2008年至2010年在甘肃省山临高速公路中采用微表处对车辙进行处治的施工实践，介绍微表处在车辙处治施工中的主要技术控制要点。

1工程概况

甘肃省山丹至临泽高速公路是国家“五纵七横”主骨架连云港至霍尔果斯（GZ045线）在甘肃省境内的主要组成部分，地处河西走廊中段，气候干燥，雨量稀少，日照充足，蒸发量大，多风沙，路线多布设于洪积碎石戈壁平原上。

山临高速公路全长97公里，双向四车道， 2004年底建成通车。路基填料多使用碎石土，经过运营后，路基稳定性较好，未出现明显下沉现象。路面为沥青混凝土路面，总厚16CM，上面层为4CM厚 AC16，中面层为6CM厚AC20，下面层为6CM厚AC25。

该项目在通车三年的使用过程中因车辆超载等原因，部分路段路面出现车辙，最大辙槽深度达到64MM，对行车舒适性、安全性造成不利影响。为了探索高速公路车辙处治的模式，2008年在山临高速公路K2684~K2704段进行20公里车辙处治试验，在2010年又对全线车辙进行了全面的处治。

2方案确定

该工程主要针对不同性质车辙采取不同方案，其中对严重失稳型车辙分别采取挖除上面层、上中面层及上中下面层方案处治；对中度、轻度失稳型车辙和压密型车辙采取微表处处治，本文主要是对微表处方案进行论述。

在本项目中采用微表处，其目的在于通过微表处不同的方案比选，找出一种快速经济的改善路面车辙状态的方法，在短期内（3年左右）为车辆提供比较良好的道路条件。各方案主要区别在于：Ⅰ方案针对不太严重车辙（车辙深度10mm~15mm），将行车道均铣刨8～10mm，提供一个相对平整的基面，在此基面上进行摊铺；Ⅱ方案主要是在Ⅰ方案施工过程中发现在铣刨10mm后，有部分段落车辙较深，没有为微表处施工提供一个平整的基面，在微表处施工后该段落在行车带处仍存在轻微车辙，因此将铣刨深度增加为18~20mm，做两层微表处；Ⅲ方案也是针对Ⅰ方案改进而来，与Ⅱ方案的区别在于将行车道铣刨6~8mm后，先用车辙摊铺箱将行车带处的轻微车辙填补起来，再用微表处在行车道3.7M范围内摊铺罩面；Ⅳ方案是针对轻微车辙路面，直接以两侧隆起为基准面，将辙槽用车辙摊铺箱填补。

3微表处配合比设计

微表处配合比设计中关键的油石比的确定应考虑以下因素：

(1)原路面情况。如果原路面有泛油，特别是对于采用以前高标号沥青的，微表处层可以采用较小的油石比；如果原路面贫油、沥青老化较严重、空隙率大或渗水严重的，可以考虑采用稍大的油石比。

(2)交通量的大小。交通量大，微表处应采用较小的油石比；交通量较小的，微表处可以采用相对较大的油石比。

4微表处施工前准备工作

4.1原材料准备

4.1.1骨料准备

微表处混合料中，集料在封层中起着骨架支撑作用，重量占到了混合料总重量的90％以上。经过试验比选，选用硬质玄武岩粗集料，细集料选用洁净的石屑，砂当量为70.3%。

施工过程中注意事项：

⑴级配中要严格控制4.75、2.36、0.6、0.3、0.075mm等5个级配关键点， 4.75mm、2.36、0.6、0.3mm筛孔通过率要控制在级配范围中值以下，保证微表处摊铺后有理想的构造深度和“顶天立地”的骨架作用，0.075mm筛孔通过率要控制在级配范围中值以上，保证微表处摊铺后有良好的密水效果。

⑵施工中必须采用配料机等设备对粗细集料进行掺配，掺配的集料必须符合已经确定的MS-3型级配的要求。

4.1.2改性乳化沥青准备

基质沥青：采用克拉玛依90#重交道路石油沥青。

乳化剂：采用美德维实伟克(WESTVACO)公司生产的MQK-1D阳离子慢裂快凝型乳化剂。

改性剂：采用美德维实伟克(WESTVACO)公司生产的PC-1468型胶乳。

填料: 采用水泥和矿粉。

水：采用本地饮用水。

质量控制注意事项：

⑴沥青组成成份的变化将直接影响乳化沥青稳定性，拌合时间，固化速率，粘附性能，磨耗性能以及抗车辙性能。因此必须严格控制好基质沥青的外购质量关。

⑵含有铁锈，沉淀物或者水溶性无机盐类（俗称硬水）的水都会导致乳化沥青失去稳定性，要求必须采用适宜饮用的自来水。

⑶乳化剂、改性剂化学成分的不一致性也会引起乳化沥青皂液的稳定性和使用性能产生变化、导致筛上剩余量的增加，以及胶乳在乳化沥青中不均匀分散，从而使得蒸发残留物性能（软化点或低温延度）以及车辙性能发生变化，甚至导致微表处摊铺失败。

⑷盐酸浓度不一致如果不进行控制，可能造成pH值上下波动，进而造成乳化沥青性能差异。

⑸沥青、皂液的温度不正确，通过胶体磨的剪切后将会对皂液中乳化沥青的颗粒细度产生负面影响，将直接影响到拌合时间和摊铺成型时间。因此为保证适宜的拌合摊铺成型时间，要求基质沥青的温度控制在130℃±5℃之间,水温控制在55℃±5℃,通过胶体磨后乳化沥青的温度控制在85℃左右。

⑹在做好以上5项质量控制点后，要严格控制每一拌缸生产出的乳化沥青的蒸发残留物含量，经前期试验确定微表处蒸发残留物含量为62.8%。要求对每缸生产出的乳化沥青的蒸发残留物含量均要进行现场检测，检测结果控制在62.8%±2%。

⑺乳化沥青的运输和储存。对乳化沥青的重复泵送将降低乳化沥青的稳定性；乳化沥青生产后放置时间小于12小时，常常稳定性要差，并且拌合时间降低。为保证乳化沥青的摊铺稳定性，乳化沥青生产后宜放置12小时以上、乳化沥青在长途运输中要将灌装满，并且减少重复泵送次数。

4.1.3填料的准备

填料也是微表处施工的重要材料，其主要作用是改善矿料级配及调整稀浆混合料的可拌和时间、成浆状态和成型速度等。填料应干燥、疏松、无结团。经试验本工程填料选用P.0 32.5水泥和用纯净石灰岩扎制的碎石经研磨得到的矿粉。水泥用量一般控制在1%～2%，不同的水泥用量，将影响稀浆混合料的破乳时间和通车时间，另外与轮辙变形也有明显的相关性。矿粉质量对合成级配有较大影响，尤其是对砂当量的影响，有一些小的加工工厂常使用石屑来加工矿粉，导致加入矿粉的混合料砂当量降低严重。

4.4稀浆封层车标定

4.4.1在MS-9型稀浆封层车上对给定的配合比进行标定，是微表处施工质量保证的前提。

4.4.2乳化沥青、骨料，填料和添加剂都应该单独标定。各种材料的标定必须采用原材料，不得用水等代替，标定过程中，发动机转速正常施工时转速。

4.4.3通过摊铺车的标定,得出摊铺车各料门开度或泵的设定等与各材料出料量的关系曲线,出具标定报告。稀浆封层车标定在微表处施工前进行完毕，当材料发生变化时必须重新进行标定。

5 微表处的施工

5.1铺筑试验路

5.1.1微表处正式施工前，应选择合适的车辙路段进行单层、双层微表处试验段摊铺，试验段摊铺长度为200 m ；

5.1.2通过铺筑试验路来确定出施工工艺；

5.1.3根据试验段的铺筑情况，在设计配合比的基础上做小范围调整，确定施工配合比，根据实验室的试验数据和工程材料的实际情况，以及试验段的试验数据，来确定实际的施工情况和施工方案，指导实际的施工，确定材料的用量和配比，施工配合比的油石比不应超出设计油石比的范围（+0.2%,-0.3%）。在大面积施工前进行配合比优化设计。

――MS-3型设计配方：

矿料：改性乳化沥青：水：水泥=100：10.7：9.0：1.0

乳化沥青残留物含量=62.8%油石比=6.7%

――ISSA-4型设计配方：

矿料：改性乳化沥青：水：水泥=100：10.0：9.0：1.0

乳化沥青残留物含量=62.8%油石比=6.3%

5.2车辙铣刨

交通封闭管制后，用大型铣刨机对行车道隆起部位进行铣刨，然后用单层、双层微表处填充车辙。

⑴为保证车辙修复后路面平整度，必须采用铣刨宽度在1.5m以上的大型铣刨机。

⑵为保证车辙填充后纵缝接茬平顺，边线整齐，铣刨深度控制在每层微表处6~8mm之间。

5.3清扫路面

仔细清扫路面上的泥土和杂物，对于粘结在路面上的杂物应用铁锹铲除并用水冲洗干净，对铣刨清除废料后路表面残留的浮尘用吹风机彻底清除干净。

5.4画基准线

施工前，沿原路面划出引导稀浆封层机定向控制前进的基准线，要求顺直、准确。

5.5摊铺

5.5.1微表处摊铺注意要点：

⑴将稀浆封层机驾驶至施工摊铺起点处，使机前导向链对准走向控制线，调整摊铺槽的宽度和摊铺厚度，使摊铺箱周边与路面贴紧；

⑵操作手再次确定各料门的高度和开度后，启动发动机，各种材料同时按比例进入拌和筒，并使混合料流入摊铺箱内；调节混合料稠度适中；

⑶摊铺过程保持25~35m/min的速度前进。但应保持稀浆摊铺量与生产量基本一致，保持摊铺箱中稀浆混合料的体积为摊铺箱容积的1/2左右；

⑷混合料摊铺后如需要应立即进行人工找平，找平的重点是：起点、终点、纵向接缝、过厚、过薄或不平处，尤其对超大粒径矿料造成的划痕应填平；

⑸摊铺结束后，通知驾驶员停止前进，提起摊铺箱并移至路外，清洁搅拌缸、摊铺箱和拖布，为下车铺筑做好准备。

⑹在微表处摊铺施工中，要控制横接头的平整度。横接头的衔接是影响微表处总体外观的重要方面。施工时应在起点的摊铺箱下铺垫一块铁皮，当摊铺机前进后，将铁皮连同上面的混合料一道拿走，这样可以保证一个非常平整的起点和良好的外观。终点要将多余或最后拌合不均匀的花白料清除干净，人工用平头铁锹做出一条直线，为下一次摊铺做好准备。

⑺由于微表处摊铺层的压实度是随行车自然碾压而逐渐密实的，在车辙部位本身就在不断的变化，微表处车辙填充时要预留3~5mm的预拱度。预留拱度一般按摊铺厚度的20%~30%控制为宜。

⑻采用双层微表处摊铺时第一层应至少在行车作用下成型24h，确认已经成型后方可在上面再进行第二层微表处摊铺。

5.6初期养护及开放交通

微表处铺筑后，在没有固化破乳之前，应禁止一切行人及车辆通过，设专人负责维持交通。只有当封层固化破乳之后，方可开放交通。固化时间根据温度不同而不同，气温高时，固化时间快，反之相对慢一些，一般在1～1.5小时左右。

5.7施工质量检测

施工前材料的质量检查应以同一料源、同一批并运至生产现场的相同规格品种的集料、改性乳化沥青等为一批进行检查。对矿粉级配与砂当量的检测，应分仓堆放，每一仓配制不少于500m3后进行检测，各项指标均符合要求后方可使用。施工过程中的油石比检验采用“三控检验法 ”进行，一是认真记录每车的集料、填料和改性乳化沥青用量，记录摊铺时间及面积，计算油石比，每日一次总量检验；二是摊铺过程中取样进行混合料抽提试验，检测油石比大小，因改性乳化沥青内加有胶乳，在抽提时不容易抽净，在抽提前应在试验室做平行试验； 三是每5万平米左右，统计一次施工用集料、填料和改性乳化沥青的实际总用量，计算平均油石比。油石比检测应以第一项为准，第二三项作为校核。

6微表处处治效果评估

通过对处治后通车两年后的处治路段车辙进行测量，与处治前（通车三年）的车辙进行对比（见下表），可以得出以下结论：

处治效果对比表

(1) 单层微表处（方案I）：由于原路面车辙深度大多大于10mm，在铣刨8～10mm后行车带处仍有5mm左右辙槽，微表处摊铺箱的橡胶刮板并不能有效增加厚度，其摊铺厚度更多取决于最大颗粒料的粒径，在铺筑完成后便在行车带处有车辙显示出来，不能起到很好的处治效果。对“指南”中提出的原路面15mm以下车辙可直接进行微表处罩面的指法有必要进行进一步论证。

（2）双层微表处（方案Ⅱ）：主要是在施工过程中发现单层微表施工完成后并不能有效填充车辙，增加铣刨厚度至17～20mm后基本能为微表处提供平整的基面，双层微表处施工后观测基本满意，但在后期使用过程中变形普遍较大，分析原因认为主要是微表处摊铺后并没有有效压实，下层微表处虽然铺筑后开放了三天左右交通，但后期高温季节上层微表处骨料有向下层嵌入的现象。

（3）填充后微表处罩面（方案Ⅲ）：该方案后期使用效果基本满意，分析其与方案II-II使用效果的差异，主要觉的有几个方面有利于抵抗车辙变形：一是车辙摊铺箱的设计，因两侧是钢刮板，在施工过程中将粗颗粒更多的刮入中间辙槽部分，而边缘较浅的部分用细颗粒填充，这样在中间辙槽最深的地方就形成了一个较好的骨架嵌挤结构；二是填充后的断面，因车辙摊铺箱铺筑的断面可以调整，一般在横断面的中部隆起4～6mm，而经过行车压密后仍然能高出2～3mm，这样在微表处罩面后行车带处仍能高出2～3mm，这为后期使用预留了一定的变形量。

（4）直接填充（方案Ⅳ）：对两侧隆起不太严重的路段，采用直接填充，两年使用效果较好，该方案可以快速经济的处治车辙，解决辙槽内车辆行驶的水漂现象，为车辆行驶提供一个良好的纵向的平整面。

微表处对车辙处治应主要用于压密型车辙的处治，对超载车辆较多状态下的中、轻度失稳型车辙，经过计重收费治理超载车辆，如观测后发现车辙变型趋于稳定，也可用微表处进行处治，但要注意选择合适的结构形式。

参考文献：

（1）微表处和稀浆封层技术指南 交通部公路研究院人民交通出版社2005年12月

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。