CN102337716A - 阻燃沥青路面结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于特大断面隧道的阻燃沥青路面结构及其施工方法。其中，阻燃沥青路面结构包括多孔混凝土排水基层、连续配筋混凝土层和阻燃抑烟沥青层，其中所述多孔混凝土排水基层和阻燃抑烟沥青层分别位于所述连续配筋混凝土层的下方和上方。本发明为类似隧道路面结构的设计和施工提供有益的参考，同时还将有助于提高隧道路面结构的长期使用性能，为使用者提供优质的服务，节约运营成本，改善了司乘人员舒适性，降低了隧道内噪音水平，改善了隧道周围居民的生活环境，体现了以人为本的设计理念。

Description

阻燃沥青路面结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及特大断面隧道路面阻燃技术，尤其涉及适用于特大断面隧道的阻燃沥青路面结构及其施工方法。

背景技术

目前国内外关于隧道工程的研究主要集中在隧道洞体的结构设计、施工技术、隧道通风、照明等方面，无论是在隧道工程还是在道路工程中对隧道路面的研究都较少涉及，更缺乏针对大型隧道路面安全方面的研究。隧道内路面结构和材料设计也没有专门的规范和指南可供参考，在隧道路面结构设计时通常套用公路或城市道路设计规范。在现行的《公路隧道设计规范》中，对于隧道内路面结构设计未作针对性规定，对于路面材料仅提到应符合现行公路路面设计规范的规定；现行《(沥青路面施工技术规范》中也仅有寥寥数十字的原则性规定，而没有具体的设计原则和方法。大部分隧道内路面结构都是根据以往的经验而定，未经过专门的计算与设计。所以，在不同的地区，由于隧道设计单位不同，应用经验和历史不同，就有不同的隧道路面结构形式，或虽然地区不同、气候条件不同、行车条件不同却采用了相同的结构形式。

目前国内外关于沥青的阻燃研究刚刚开展，在很多方面尚处于探索阶段，尚未有系统的评价方法；同时由于沥青化学成分的复杂及其燃烧的特殊性，传统的依据化学反应而获得的阻燃作用很难充分发挥作用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是结合隧道交通、环境条件解决目前隧道路面早期损坏比较严重，使用品质下降快，交通事故频发，火灾情况下沥青路面次生灾害严重等实际问题，为隧道沥青路面材料选择和路面结构设计提供理论分析方法和现代技术手段，并应用于特大断面隧道工程，解决实际生产难题。本发明为实现此目的，一方面提供了一种适用特大断面隧道的阻燃沥青路面结构，另一方面还提供了一种适用于特大断面隧道的阻燃沥青路面结构的施工方法。

一方面，本发明公开了一种适用于特大断面隧道的阻燃沥青路面结构，包括多孔混凝土排水基层、连续配筋混凝土层和阻燃抑烟沥青层，其中所述多孔混凝土排水基层和阻燃抑烟沥青层分别位于所述连续配筋混凝土层的下方和上方。

上述阻燃沥青路面结构，优选所述多孔混凝土排水基层的强度大于15MPa，空隙率为10％～15％。

上述阻燃沥青路面结构，优选所述连续配筋混凝土层的厚度为28cm，层裂缝宽度不超过1.2mm，配筋率为0.4％。

上述阻燃沥青路面结构，优选所述阻燃抑烟沥青层的厚度不小10cm。

上述阻燃沥青路面结构，优选在所述阻燃抑烟沥青层的上层掺加氢氧化铝阻燃剂。

上述阻燃沥青路面结构，优选所述氢氧化铝阻燃剂的粒度为6000目，用量为沥青用量的20％。

另一方面，本发明还公开了一种阻燃沥青路面结构的施工方法，依次包括：多孔混凝土排水基层的施工、连续配筋混凝土层施工和阻燃沥青路面施工的步骤。

上述施工方法，优选所述多孔混凝土排水基层用于排除隧道路面基岩上的渗水，其施工包括如下步骤：确定了多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率；在隧道路面基岩摊铺所述多孔混凝土排水基层。

上述施工方法，优选所述确定多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率包括：基于试验路面，确定试验路面的参数，包括试验路面多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率；根据室内试验和现场取芯检测以及试验路面的参数，确定多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率。

上述施工方法，优选所述阻燃沥青路面施工包括在沥青路面的上层掺加阻燃剂的步骤。

上述施工方法，优选所述阻燃剂为氢氧化铝，粒度为6000目，用量为沥青用量的20％。

上述施工方法，优选还包括对连续配筋混凝土层裂缝宽度对沥青路面的上层的影响，确定连续配筋混凝土层的配筋率。

上述施工方法，优选还包括对沥青路面的上层厚度与连续配筋混凝土层的配筋率进行动态优化的步骤。

本发明密切结合实际工程的特点，通过使用性能调查和力学分析，确定了复合式路面结构形式，即多孔混凝土层+连续配筋混凝土层+阻燃抑烟沥青层的路面结构，充分发挥各结构层作用，并优选了路面结构材料，分析了火灾下沥青路面温度场分布规律，提出了相应的沥青路面结构阻燃设计方案，配制了环保的阻燃沥青，并对该阻燃剂的阻燃、抑烟效果进行评价。本发明成果可为类似隧道路面结构的设计和施工提供有益的参考；同时还将有助于提高隧道路面结构的长期使用性能(耐久性)，为使用者提供优质的服务，节约运营成本，改善了司乘人员舒适性，降低了隧道内噪音水平，改善了隧道周围居民的生活环境，体现了以人为本的设计理念。

附图说明

图1为本发明阻燃沥青路面结构实施例的结构示意图；

图2为本发明阻燃沥青路面结构施工方法实施例的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一方面，本发明的实施例提供了一种适用于特大断面隧道的阻燃沥青路面结构。参照图1，包括：多孔混凝土排水基层13、连续配筋混凝土层12和阻燃抑烟沥青层11，其中所述多孔混凝土排水基层13和阻燃抑烟沥青层11分别位于所述连续配筋混凝土层12的下方和上方。

其中，所述多孔混凝土排水基层13的强度大于15MPa，空隙率为10％～15％。所述连续配筋混凝土层12的厚度为28cm，层裂缝宽度不超过1.2mm，配筋率为0.4％。所述阻燃抑烟沥青层11的厚度不小10cm。在所述阻燃抑烟沥青层11的上层掺加氢氧化铝阻燃剂，所述氢氧化铝阻燃剂用量为沥青用量的20％。所述氢氧化铝阻燃剂的粒度为6000目，用量为沥青用量的20％。

另一方面，本发明的实施例还提供了一种阻燃沥青路面结构的施工方法。参照图2，包括多孔混凝土排水基层的施工S21、连续配筋混凝土层施工S22和阻燃沥青路面施工的步骤S23。

下面，对本发明做进一步的说明。

本发明的主要技术如下：

A、隧道复合式路面结构及排水的设计方法：基于耐久性的设计理念，分析了不同路面结构对隧道围岩不均匀的适应性，优选并设计了适应于隧道的复合式路面结构(多孔混凝土排水基层+连续配筋混凝土层+阻燃沥青面层)；

B、隧道沥青路面材料的优选和方法：根据隧道路面的使用环境和力学分析可知，隧道路面材料应具有良好的高温稳定性、抗滑性能、水稳定性、层间粘结作用，并具有一定的火灾安全性，本课题分别采用动稳定度、构造深度、摆值BPN、冻融劈裂强度比、层间抗剪强度、拉拔强度、活化能等指标来评价上述性能，从而优选出适合于隧道路面的材料；

C、氢氧化铝阻燃沥青配制及阻燃性能分析方法。通过热解动力学分析，以热分解动力学参数(活化能和指前因子)为指标，用于评价了不同剂量阻燃沥青的阻燃效果。阻燃剂对沥青热解动力学参数有明显影响，反映了阻燃剂的阻燃效果。

D、氢氧化铝阻燃沥青抑烟性能分析方法。通过热重-傅立叶红外光谱分析技术，以透射百分率为性能指标，评价了阻燃剂在火灾对沥青抑烟性能的影响。

本发明的创新点：

(1)基于隧道综合性安全理念的阻燃沥青路面研究，拓展了隧道路面安全性研究的范围，将隧道路面日常使用的安全性、隧道路面在特殊条件下的安全性、隧道路面的耐久性三个方面纳入到隧道路面的安全性范畴。

(2)提出了基于结构及功能协调的长寿命隧道复合式路面设计方法，充分发挥各结构层作用，满足路面结构性和功能性两种使用性能的要求，实现结构与功能设计一体化。

(3)基于耐久性的设计理念，提出了低配筋率CRC(连续配筋混凝土)层+AC(沥青混凝土)复合式隧道路面设计，满足工程要求，节约投资。

(4)基于隧道火灾安全理念配制了适合于隧道工程的环保型阻燃沥青，通过热解动力学分析，定量评价了其阻燃效果，并建立阻燃沥青热解、燃烧动力学模型，揭示了阻燃沥青热解、燃烧过程动力学特性和阻燃机理。

(5)基于热重-傅立叶红外光谱分析技术提出了无机阻燃剂对沥青的抑烟机理。

基于研究思路和技术方案，本发明取得丰富研究成果，并将其成功应用于国道主干线实体路面工程中，取得良好效果。根据上述结果，本发明所依托的隧道路面结构采用多孔混凝土排水基层+连续配筋混凝土层+阻燃抑烟沥青层。

(1)阻燃沥青的研发

为满足实际工程隧道的防火安全需求，本发明对沥青的阻燃性能进行研究。首先选用阻燃效果较好的有机和无机阻燃剂组成复合阻燃剂，用于配制阻燃沥青，并以氧指数来评价沥青的阻燃性能。随着阻燃剂量的增加，氧指数呈现上升趋势，表明随着阻燃剂量的增加，沥青的阻燃性被提高。一般认为，当氧指数OI＞27时，该材料在火中是自行熄灭的材料，当氧指数OI＝20～27时，材料为可燃材料，当氧指数OI＜20时，材料为易燃性材料。纯沥青的氧指数为20，为可燃材料；当阻燃剂掺量为8％时，氧指数达到27.4，沥青胶结料已成为具有自熄性的材料。试验结果表明，加入阻燃剂是提高沥青阻燃性能的有效方法。

(2)多孔混凝土排水基层

隧道采用多孔混凝土排除隧道路面基岩上的渗水，多孔混凝土的设计强度为15MPa，空隙率为10％～15％。在试验路的基础上，确定了多孔混凝土的配合比和施工工艺，摊铺多孔混凝土排水基层。根据室内试验和现场取芯检测结果表明，强度达到23.8MPa，空隙率为14.8％，表面平整，无坑洼和明显离析，坡度等各项指标符合设计要求。

(3)连续配筋混凝土层施工

隧道内连续配筋混凝土路面厚度为28cm，纵向配筋率为0.4％，采用双层钢筋网，布置在路面厚度的上下各1/3位置，每延米采用10Φ12钢筋，上下各5根，对应布置，每延米五排。横向钢筋采用Φ12钢筋，间距80cm，施工时上下两层钢筋分别固定，须确保钢筋网不变形。采用C40混凝土，抗折强度不小于5.0MPa。分两幅施工，每次施工两个车道宽，纵缝施工缝拉杆由横向钢筋延伸穿过接缝代替，具体设置为外侧的横行钢筋向内侧方向延伸40cm穿过纵向施工缝，并在两根横向钢筋之间增加一根Φ12钢筋，长度80cm，纵向施工缝两侧各40cm，设置在路面厚度中间。

采用三辊轴分两幅施工，每次施工两个车道宽，纵缝施工缝拉杆由横向钢筋延伸穿过接缝代替，具体设置为外侧的横行钢筋向内侧方向延伸40cm穿过纵向施工缝。隧道洞口及洞外连续配筋混凝土路面采取覆盖养护，使混凝土表面始终呈潮湿状态。混凝土强度达到设计强度的80％以上，清除覆盖物，开放交通。至摊铺沥青层之前，连续配筋混凝土层混凝土表面的裂缝较少，且其宽度均小于1mm，达到设计要求。

(4)阻燃沥青路面施工

根据本发明研究成果，隧道在沥青路面的上层(4cm AC-13)采取阻燃措施，掺加粒度为6000目氢氧化铝阻燃剂。氢氧化铝阻燃剂用量为沥青用量的20％，采取外掺法，等量替代矿粉，根据生产配合比确定替代1％的矿粉。根据施工拌和楼的实际情况和每盘阻燃剂用量，采用人工投送。

由于氢氧化铝的密度比矿粉稍小，为了拌和均匀，拌和搂设定干拌时间10s，湿拌时间为45s。施工控制温度和碾压成型工艺与隧道为非阻燃沥青路面施工基本相同。摊铺采用ABG423和ABG8820摊铺机各一台。初压采用两台13吨双钢轮压路机，前静后振各2遍，复压采用两台26吨胶轮压路机静压各2遍，终压采用一台13吨双钢轮压路机静压2遍。从施工质量控制的各项试验检测结果来看，现场检测和芯样试验结果表明，隧道内阻燃沥青路面施工质量满足要求。

(5)长寿命阻燃沥青路面设计

根据隧道复合式路面典型破坏模式，结合隧道路面工作环境，基于耐久性的设计理念，提出了低配筋率CRC基层+阻燃抑烟的AC面层隧道路面结构组合。根据龙头山隧道路面的等级、工作环境、水文地质条件、交通条件初拟路面结构组合及各层厚度，然后分析CRC层裂缝宽度对AC层反射裂缝的影响，确定AC层厚度不宜小于10cm和CRC层裂缝宽度范围不宜大于1.2mm，进而确定CRC层的配筋率为0.4％，经钢筋和混凝土板应力验算，该设计满足要求，最后以复合式路面的总造价为优化目标，通过分析CRC层裂缝宽度对AC层的影响，对AC层厚度与配筋率进行动态优化。从而使隧道CRC+AC复合路面设计达到结构功能协调和耐久性的目的，既节约了建设投资，又发挥了各层结构的功能。

以上对本发明所提供的一种阻燃沥青路面结构及其施工方法进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种适用于特大断面隧道的阻燃沥青路面结构，其特征在于，

包括多孔混凝土排水基层、连续配筋混凝土层和阻燃抑烟沥青层，其中所述多孔混凝土排水基层和阻燃抑烟沥青层分别位于所述连续配筋混凝土层的下方和上方。

2.根据权利要求1所述的阻燃沥青路面结构，其特征在于，

所述多孔混凝土排水基层的强度大于15MPa，空隙率为10％～15％。

3.根据权利要求1所述的阻燃沥青路面结构，其特征在于，

所述连续配筋混凝土层的厚度为28cm，层裂缝宽度不超过1.2mm，配筋率为0.4％。

4.根据权利要求1所述的阻燃沥青路面结构，其特征在于，

所述阻燃抑烟沥青层的厚度不小10cm。

5.根据权利要求4所述的阻燃沥青路面结构，其特征在于，

在所述阻燃抑烟沥青层的上层掺加氢氧化铝阻燃剂。

6.根据权利要求5所述的阻燃沥青路面结构，其特征在于，

所述氢氧化铝阻燃剂的粒度为6000目，用量为沥青用量的20％。

7.一种阻燃沥青路面结构的施工方法，其特征在于，

依次包括：多孔混凝土排水基层的施工、连续配筋混凝土层施工和阻燃沥青路面施工的步骤。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述多孔混凝土排水基层用于排除隧道路面基岩上的渗水，其施工包括如下步骤：

确定了多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率；

在隧道路面基岩摊铺所述多孔混凝土排水基层。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述确定多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率包括：

基于试验路面，确定试验路面的参数，包括试验路面多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率；

根据室内试验和现场取芯检测以及试验路面的参数，确定多孔混凝土排水基层的强度和孔隙率。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，

所述阻燃沥青路面施工包括在沥青路面的上层掺加阻燃剂的步骤。

11.根据权利要求10所述的施工方法，其特征在于，

所述阻燃剂为氢氧化铝，粒度为6000目，用量为沥青用量的20％。

12.根据权利要求11所述的施工方法，其特征在于，

还包括对连续配筋混凝土层裂缝宽度对沥青路面的上层的影响，确定连续配筋混凝土层的配筋率。

13.根据权利要求12所述的施工方法，其特征在于，

还包括对沥青路面的上层厚度与连续配筋混凝土层的配筋率进行动态优化的步骤。

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