CN115233524B - 一种道路开挖快速复原的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种道路开挖快速复原的方法，包括在管沟内将管线主体由管夹固定置放于经压实的开挖底面，再以CLSM做路基回填，将管线固结整体化；其特征在于，在CLSM层未硬固初凝之前，即进行浇筑式水泥沥青混凝土的现场浇筑，硬固后形成水泥沥青混凝土道路面层。本发明方法可使管线埋设开挖作业的复原时程缩短，大幅提升道路铺面修复的质量，并具提升现场施工作业效率。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种道路开挖快速复原的方法。
背景技术
市政工程民生维持系统的管线，大多埋设于现有道路路廓的范围内，故如有管线新设或维修，则需挖掘道路。道路挖掘需设置交通维持设施以隔离人车于施工区域外，在路幅缩小，交通流量不变的状况下，施工路段交通所受的干扰甚巨，亦可能提高交通事故发生的概率。在无法提供额外的替代道路，疏导交通流量的前提下，道路开挖后尽速复原是减少对交通干扰良好的方案。
管道管沟开挖及管道安装作业的施工时间相当短，通常开挖及布设管材一定长度后，才会进行开挖路面的回填及路面修复，此一小段管线的施工工期通常维持数天；而若为大口径管道的施工，则因管与管之间衔接施工技术较为复杂，每一区段的施工工期则较长，可能达一周以上或更久。但尽速恢复路面，开放车辆行驶，仍为应尽量达成的施工目标。
依据美国混凝土协会的定义，控制性低强度材料（Controlled Low StrengthMaterial, CLSM）为一种具备自我充填，用为替代回填砂土的新兴材料，其定义相当广泛，举凡可流动性的回填料、低收缩性的可控制式低密度回填料、可流动性浆体、可塑性的泥土水泥质材料、泥土水泥质泥浆等，皆可为广义的CLSM。CLSM若以混凝土的观点来说，一般更被定义为一种以胶结料、水、砂、石、火山灰材料以及掺料等，透过配比设计的技术，所构成的一种自流平低强度混凝土。在第28天的抗压强度不超过1200psi（约8.3MPa，84kg/cm2），以便利将来若管线或填埋设施需维修时，能以人工或机具方式再开挖。其组成材料与混凝土相类似，但对于组成材料的要求，却无制造混凝土材料般的严苛规定。就使用的胶结料来说，其为能提供CLSM凝聚性及强度的来源，通常使用P.I硅酸盐水泥，强度等级32.5MPa(GB175-2007)即可，但直接采用矿渣硅酸盐水泥(P.S.B)、火山灰质硅酸盐水泥(P.P)、粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)、复合硅酸盐水泥(P.C)、或其他地盘改良所使用的固化剂也是可以接受，但必须事先进行配比设计，使其强度及各项性质需求符合ASTM D6103的要求。而添加粉煤灰、高炉矿渣等火山灰材料，则是为了改善流动性、降低泌水及减少成本的方法，迥异于一般混凝土中，添加高炉矿渣、粉煤灰，为了增加晚期强度、减少收缩以及降低水化热等要求。
化学掺料应用于CLSM材料中，主要有减水剂、输气剂以及早强剂等化学掺料。减水剂降低混凝土浆体黏度，提升CLSM和易性及可工作性；输气剂于CLSM配比中，扮演减轻单位重、改善流动性、增加浆体间孔隙及降低强度等角色，使CLSM具备良好的充填性能，对结构体不致产生太大的偏压现象，并利于日后的再开挖；而早强剂的使用则着眼于CLSM快速的凝结效果，提供较快速施工的目的。
传统的沥青混凝土系凭借沥青胶泥与碎石集料的黏结传递外力，外力造成粒料间的沥青胶泥产生塑性变形，以转化外力加诸于沥青混凝土的能量。若采用针入度小的沥青胶泥，则所拌制的沥青混凝土具有较佳的力学性能，惟沥青胶泥针入度小时，沥青混凝土需较高的拌合温度与良好的施工技术，因此施工时稍有不慎可能降低沥青混凝土的质量。故为求改善现有铺面的不足，而考虑将乳化沥青与水泥混合成均匀的胶结料，利用水泥与沥青乳液的水作用产生水化硅酸钙，提供粒料较具刚性的黏结，可形成黏结料与粒料间的半刚性黏结以增强沥青混凝土的力学性能。
浇筑式沥青混凝土与热拌沥青混凝土的最大不同有二点。第一，浇筑式沥青混凝土为常温材料，依赖水泥水化及乳化沥青破乳还原以产生黏结性。第二，浇筑式沥青混凝土为具有流动性的混凝土，施工方式以直接浇筑于目标物铺设施工，并于振捣、抹平、修边及养护后完成路面面层的铺设。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种道路开挖快速复原的方法。
本发明的技术方案为：
一种道路开挖快速复原的方法，包括在管沟内将管线主体由管夹固定置放于经压实的开挖底面，再以CLSM进行道路基底层回填，将管线固结整体化；其特征在于，在CLSM层未硬固初凝之前，即进行浇筑式水泥沥青混凝土的现场浇筑，硬固后形成水泥沥青混凝土道路面层。
进一步的，本发明包括以下步骤：管道布设范围道路面层锯缝——管沟开挖——沟底整平夯实——放置管架——布设管线——管架固定维持整体性——浇筑CLSM——浇筑浇筑式水泥沥青混凝土——盖路面钢板养护——撤钢板——恢复交通。在使用CLSM浇筑后紧接进行浇筑式水泥沥青混凝土浇筑作业，使前后作业能连续性衔接，能使CLSM与浇筑式水泥沥青混凝土硬固凝结耗费的时段重叠，免去了等待CLSM硬固的时间。
本发明中，CLSM为既有成熟的回填材料，可依ASTM D6103相关规定进行配比设计，本发明不对此材料进行配比及生产技术进行限定。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土浇置时机为CLSM接近初凝大量泌水完成后，并于初凝前浇置于CLSM上，使其于浇置界面上有部份材料混合，并使此二项材料于傍晚收工后至隔日开工前一起养护产生强度。
进一步的，本发明于隔日开工后立即移除养护开挖面的铁板，撤除交通维持设施恢复道路交通。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土的组分包括PC-1快裂型阳离子乳化沥青、P.I硅酸盐水泥、砂石粒料、减水剂、增稠剂、氯化钙（或其他市售的水泥早强剂）。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土的制备方法为：先将乳化沥青与减水剂先作前处理，把此二者先预拌均匀后，将早强剂与增稠剂依序加入续拌溶解及均匀混合，再将水泥加入均匀拌和成水泥沥青胶浆；将水泥沥青胶浆与适当的碎石集料拌和，即成浇筑式水泥沥青混凝土混合料。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土的制备方法为：
S1.将F type磺酸化萘甲醛钠盐减水剂水溶液加入快裂型阳离子乳化沥青中，先慢速(140±5 r/min)拌和40-80秒，接着快速(285±10 r/min)拌和40-80秒，拌和均匀后静置60-120秒；
S2.加入羧甲基纤维素钠水溶液(若需使用早强剂，于此时同时加入)快速拌和15-45秒；
S3.放入水泥慢速拌和30-60秒，接着快速拌和90-150秒，使其成为均匀且呈巧克力色具良好流动性的胶浆；
S4.将前项胶浆倒入碎石集料中拌和均匀，拌和时间不少于90秒。
本发明中，浇筑式沥青混凝土包括PC-1快裂型阳离子乳化沥青、P.I硅酸盐水泥、砂石粒料、减水剂、增稠剂及氯化钙（水泥早强剂）等。在浇筑式沥青混凝土中的乳化沥青可藉由减水剂的缓冲与隔离，使沥青液滴与水在混合乳液中的颗粒更稳定存在。当乳化沥青与水泥拌合时，水与水泥颗粒充分混合，沥青液滴保持完整且均匀混合于水泥浆中，直至水泥水化而将水泥浆中的游离水耗尽后，沥青液滴才会产生破乳反应，并还原成具有黏性的沥青胶泥。因在此时水泥浆初凝且具有早期的强度，而沥青胶泥亦在此时还原，恰可使拌合料发挥黏结作用。
增稠剂是用来保护沥青微胞及阻止砂石粒料沉淀离析。由于减水剂会降低混合料浆料的表面张力，使液体黏度减少，造成固/液相混合料容易沉淀分离，若添加增稠剂可增进拌合料维持悬浮状态的稳定及增加浆体黏度，氯化钙是用以缩短凝结时间。
本发明中，将乳化沥青与水泥混合成均匀的胶结料，利用水泥与沥青乳液的水作用产生水化硅酸钙，提供粒料较具刚性的黏结，可形成黏结料与粒料间的半刚性黏结以增强沥青混凝土的力学性能。
浇筑式沥青混凝土与热拌沥青混凝土的最大不同有二点。第一，浇筑式沥青混凝土为常温材料，依赖水泥水化及乳化沥青破乳还原以产生黏结性。第二，浇筑式沥青混凝土为具有流动性的混凝土，施工方式以直接浇筑于目标物铺设施工，并于振捣、抹平、修边及养护后完成路面面层的铺设。
需要声明的是，本发明所指的道路开挖快速复原的方法是指道路开挖埋管之后，道路基层及基底层使用控制性低强度材料作为回填材，面层采用本发明所采用具有流动性能的可现场浇筑的常温性水泥沥青混凝土，进行道路铺面面层的铺设，将路面管线埋设施作，从开挖、布管、回填、面层复原，以连续性的施工、最快的时间，将因施工所占用的道路路幅空间，归还给用路者，最大的减少因埋管施工对交通的干扰。本发明方法可使管线埋设开挖作业的复原时程缩短，并大幅提升道路铺面修复的质量，并且提升现场施工作业效率。
特别的，本发明的创新点不在于传统的管道施工方法，而在于将浇筑式常温沥青混凝土及CLSM组合起来进行管道开挖后快速回填复原的一种方法。本发明方法材料是稳定可靠的，施工设备是现有、单纯的，施工效率是远优于现有管道开挖回填方法的。
本发明中，采用浇筑式水泥沥青混凝土，其坍度可控，和易性、流动性及可工作性良好，现场浇筑以振捣棒捣实后再施以抹平即可。整体管沟复原的浇筑作业可以连续不用等，极大的增进施工的效率。
特别的，本发明浇筑式水泥沥青混凝土的材料配比设计，因应材料基本物理性质的变化，无法提供定值参考，但本专利材料的配比设计及物理力学性质试验可参照JGJ 55-2000《普通混凝土配合比设计规程》、JTJ 012-1994《公路水泥混凝土路面设计规范》，及GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标凖》进行配比设计，以获得所需性能的材料配比。优选的，各项主要组成材料的组成用量比例范围采用以下：
1.P.I型硅酸盐水泥
应符合GB 175-2007的相关规定，强度等级42.5以上。在本发明中代号为C。
2.PC-1快裂型阳离子乳化沥青
a.在本发明中代号为A。
b.依据JTGF40-2004蒸发残留物残留分含量不小于50%。
c.配比使用含量，A/C=0.9至1.5。
3.F type磺酸化萘甲醛钠盐减水剂
a.在本发明中代号为R。
b.质量标准需符合《GB 8076—2008 混凝土外加剂》国家标准及《JGJ 56-84混凝土减水剂质量标准和试验方法》。
c.含固量：粉剂≥92%；液体≥40%，本专利使用水溶液。
d.配比使用含量，R/C=2.5%-4%。
4.羧甲基纤维素钠水溶液
a.在本发明中代号为T。
b.质量标准需符合GB 1886.232-2016
T为固含量1%至3%的水溶液均可
d.配比使用含量，T/C=0.09至0.15
5.碎石集料
a.集料级配范围依据JTG F40-2004所规定之AC-10及AC-13，如表1所示。
b.使用量依JGJ55-2000配比设计结果进行调整。基本上所有集料表面均需有裹上浆料。
6.氯化钙
使用量约为水泥量的1%即可。
表1 浇筑式常温沥青混凝土混合料矿料级配范围(JTG F40-2004)
本发明以新型材料为辅助，缩短管线施工回填的时程并提升道路复原的质量，此可缩短管线开挖施工对交通阻碍的影响，并提高铺面复原的质量，减少因铺面复原欠佳，致电动、脚踏车驾驶人因颠簸跌落造成伤害。
本发明为以CLSM取代管线回填的回填砂，并以浇筑式常温沥青混凝土作为面层的铺面材料，藉此二材料皆具可流动性及速凝性质，可于最短的时间内完成开挖面的复原。
本发明方法可使管线埋设开挖作业的复原时程缩短，并大幅提升道路铺面修复的质量，并具提升现场施工作业效率。
附图说明
图1为本发明方法施工的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种道路开挖快速复原的方法，包括在管沟1内将管线主体2由管夹3固定置放于经压实的开挖底面，再以CLSM做路基回填，将管线包裹与固定；其特征在于，在CLSM层4未硬固产生支承强度之前，即可进行浇筑式水泥沥青混凝土的现场浇筑，形成浇筑式水泥沥青混凝土表层5。
进一步的，本发明包括以下步骤：管道布设范围道路面层锯缝——管沟开挖——沟底整平夯实——放置管架——布设管线——管架固定维持整体性——浇筑CLSM——浇筑浇筑式水泥沥青混凝土——盖路面钢板养护——撤钢板——恢复交通。
本发明中，CLSM为既有成熟的回填材料，可依ASTM D6103相关规定进行配比设计，本发明不对此材料进行配比及生产技术进行限定。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土浇置时机为CLSM接近初凝大量泌水完成后，并于初凝前浇置于CLSM上，使其于浇置界面上有部份材料混合，并使此二项材料于傍晚收工后至隔日开工前一起养护产生强度。
进一步的，本发明于隔日开工后立即移除养护开挖面的铁板，撤除交通维持设施恢复道路交通。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土的组分包括PC-1快裂型阳离子乳化沥青、P.I硅酸盐水泥、砂石粒料、减水剂、增稠剂、氯化钙（或其他水泥早强剂）。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土的制备方法为：先将乳化沥青与减水剂先作前处理，把此二者先预拌均匀后，将速凝剂与增稠剂依序加入续拌溶解及均匀混合，再将水泥将入均匀拌和成水泥沥青胶浆；将水泥沥青胶浆与适当的碎石集料拌和，即成浇筑式水泥沥青混凝土混合料。
进一步的，本发明所述浇筑式水泥沥青混凝土的制备方法为：
S1.将F type磺酸化萘甲醛钠盐减水剂水溶液加入快裂型阳离子乳化沥青中，先慢速(140±5 r/min)拌和40-80秒，接着快速(285±10 r/min)拌和40-80秒，拌和均匀后静置60-120秒；
S2.加入羧甲基纤维素钠水溶液(若需使用早强剂，于此时同时加入)快速拌和15-45秒；
S3.放入水泥慢速拌和30-60秒，接着快速拌和90-150秒将，使成为均匀且呈巧克力色具良好流动性的胶浆；
S4.将前项胶浆倒入碎石集料中拌和均匀，拌和时间不少于90秒。
特别的，本发明浇筑式水泥沥青混凝土的材料配比设计，因应材料基本物理性质的变化，无法提供定值参考，但本专利材料的配比设计及物理力学性质试验可参照JGJ 55-2000《普通混凝土配合比设计规程》、JTJ 012-1994《公路水泥混凝土路面设计规范》，及GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标凖》进行配比设计，以获得所需性能的材料配比。优选的，各项主要组成材料的组成用量比例范围采用以下：
1.P.I型硅酸盐水泥
应符合GB 175-2007的相关规定，强度等级42.5以上。在本发明中代号为C。
2.PC-1快裂型阳离子乳化沥青
a.在本发明中代号为A。
b.依据JTGF40-2004蒸发残留物残留分含量不小于50%。
c.配比使用含量，A/C=0.9至1.5。
3.F type磺酸化萘甲醛钠盐减水剂
a.在本发明中代号为R。
b.质量标准需符合《GB 8076—2008 混凝土外加剂》国家标准及《JGJ 56-84混凝土减水剂质量标准和试验方法》。
c.含固量：粉剂≥92%；液体≥40%，本专利使用水溶液。
d.配比使用含量，R/C=2.5%-4%。
4.羧甲基纤维素钠水溶液
a.在本发明中代号为T。
b.质量标准需符合GB 1886.232-2016
c.T为固含量1%至3%的水溶液均可
d.配比使用含量，T/C=0.09至0.15
5.碎石集料
a.集料级配范围依据JTG F40-2004所规定之AC-10及AC-13，如表1所示。
b.使用量依JGJ55-2000配比设计结果进行调整。基本上所有集料表面均需有裹上浆料。
6.氯化钙
使用量约为水泥量的1%即可。
城市中心区域的道路因使用频率频繁，可供管线埋设施工的时程短，故管线埋设作业从开挖至回填须迅速完成。而现有的管线埋设虽有控制性低强度材料（CLSM），可取代回填作业并提高管线回填的质量。但因CLSM浇置后需等待强度成长至可供沥青混凝土辗压作业操作后始能施工，故回填及复原作业无法一气喝成，使道路交通受影响的时程拉长。
本发明以CLSM及浇筑式水泥沥青混凝土作为管线埋设复原的铺面材料，施工方法为从运料车卸料浇置，并以拖板及打平板等工具整平及抹平，经其固化后即为铺面的完成面。浇筑式常温沥青混凝土除可随工地所需调整工作度外，其硬固时间亦可藉由早强剂或速凝剂来作调整。当日傍晚浇筑式常温沥青混凝土浇筑作业完成后，只需一夜的交维管制隔离，让浇筑式常温沥青混凝土产生足够强度承载轮压，翌日早晨上班车潮出现前即可开放通行。因此管沟开挖与埋设的施工作业，对都会区交通的影响可减少至最小。
与现有技术相比，本发明方法的优势在于：
1、本方法优于传统管线施工方法者，为本方法施工作业时程短且铺面后续的沈陷量小。传统方法回填砂无法确实夯实，致铺面复原经车轮辗压后会产生沈陷，造成铺面平整度不良。另一种改良的管线开挖回填方法为使用CLSM取代回填砂，此改良方法路面复原后铺面因路基回填所产生的沈降量极少，但因此改良方法沥青混凝土的回铺需等CLSM产生足以承受AC铺筑压路滚辗压的强度，故需有养护的时间，因此使铺面复原的时间延长，增长了交通受管线施工影响的时间。本发明的方法在于可节省CLSM强度成长的等待时间，将CLSM与浇筑式常温沥青混凝土养护等待强度成长的时间重合，且此时段皆在夜晚，此时施工人员为夜间休息时间，深夜中道路交通流量亦少，维持交通维持措施对用路人与车干扰较少。于隔日清晨将管沟开挖的保护盖版及交通维持措施撤除，则可恢复路上的交通功能。
基于上述的原因，各管线埋设施工的主办单位在惮于施工扰民，免于招惹民怨及须维持施工环境整洁、道路行车秩序的前提下，施工时程缩短、具有良好的施工效率及的施工质量，为本发明方法的最有竞争力的地方。
2、传统的管线埋设方法常因路基回填不实或铺面复原不良，造成铺面服务指数降低，引发不少民怨。对于铺面的复原作业，亦因铺设的规模太小，常造成沥青混凝土辗压的温度过低或碾压机具能量不足，使沥青混凝土压实度不良。此使复原的路面于开放通车后不久随即破损，需不断的修补与维护。
本方法因路基回填料采用CLSM，材料主要的塑性收缩及干缩量于初凝及终凝间即已收缩完毕，故路基回填后无明显的下陷量。而于铺面复原，因采用浇筑式常温沥青混凝土，可随现场需求现拌现用，无浇置规模的限制。且因浇筑式常温沥青混凝土施工与水泥混凝土相同并具有良好的流动性，于现场浇置后抹平即已完成。故可保障管挖工程路基回填及路面复原的质量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过任一现有技术实现。
Claims (1)
1.一种道路开挖快速复原的方法，包括在管沟内将管线主体由管夹固定置放于经压实的开挖底面，再以CLSM做路基回填，将管线固结整体化；其特征在于，在CLSM层未硬固初凝之前，即进行浇筑式水泥沥青混凝土的现场浇筑，硬固后形成水泥沥青混凝土道路面层；
具体包括以下步骤中：管道布设范围道路面层锯缝——管沟开挖——沟底整平夯实——放置管架——布设管线——管架固定维持整体性——浇筑CLSM——浇筑浇筑式水泥沥青混凝土——盖路面钢板养护——撤钢板——恢复交通；
所述浇筑式水泥沥青混凝土浇注时机为CLSM接近初凝大量泌水完成后，使其于浇注界面上有部份材料混合，并使此二项材料于傍晚收工后至隔日开工前一起养护产生强度；
于隔日开工后可立即移除保护已浇筑混凝土管沟的铁板，撤除交通维持设施恢复道路交通；
所述浇筑式水泥沥青混凝土的组分包括PC-1快裂型阳离子乳化沥青、P.I硅酸盐水泥、砂石粒料、减水剂、增稠剂、氯化钙；
所述浇筑式水泥沥青混凝土的制备方法为：先将乳化沥青与减水剂先作前处理，把此二者先预拌均匀后，将早强剂与增稠剂依序加入续拌溶解及均匀混合，再加入水泥均匀拌和成水泥沥青胶浆；将水泥沥青胶浆与适当的碎石集料拌和，即成浇筑式水泥沥青混凝土混合料；
所述浇筑式水泥沥青混凝土的制备方法为：
S1.将F type磺酸化萘甲醛钠盐减水剂水溶液加入快裂型阳离子乳化沥青中，先慢速拌和40-80秒，接着快速拌和40-80秒，拌和均匀后静置60-120秒；
S2.加入羧甲基纤维素钠水溶液快速拌和15-45秒；
S3.放入水泥慢速拌和30-60秒，接着快速拌和90-150秒将，使成为均匀且呈巧克力色具良好流动性的胶浆；
S4.将前项胶浆倒入碎石集料中拌和均匀，拌和时间不少于90秒；
所述PC-1快裂型阳离子乳化沥青与P.I硅酸盐水泥配比使用量为：0.9至1.5；
所述减水剂与P.I硅酸盐水泥配比的配比使用含量为2.5%-4%。
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