CN116891361A - 一种基于原有道面改造的智轨道面及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于原有道面改造的智轨道面及其施工方法，属于公路路面领域，包括自上而下设置的细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层，原有道面，还包括环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带，其设于原有道面之中。所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带包括以下质量份数的组分：10‑20mm粗骨料10~14份；5‑15mm粗骨料12~50份；3‑5mm粗骨料0~18份；0‑3mm细骨料5~36份；填料3~8份；沥青2.4~2.9份；环氧树脂添加剂2.4~2.9份。本发明针对智轨电车行驶轨迹相对固定的特点，在原有道面中加铺局部支承结构，具备更好的承载能力和稳定性能够改善原有道面受力行为，有效缓解智轨道路路面的车辙病害，具有抗车辙的特性。同时，对比全面重铺的建设方式，本发明所述结构和施工方式具备更好的时间效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于公路路面技术领域，更具体地说，涉及一种基于原有道面改造的智轨道面及其施工方法。
背景技术
智能轨道快运系统是一种兼顾运量和经济性的新型中运量轨道交通，其运量在传统公交和有轨电车之间，其有效能够很好地缓解城市交通压力。智轨电车是快运系统核心，其主要使用胶轮承载，不需要铺设专用的物理轨道，采用自动循迹、自主导向及轨迹跟随系统，车辆运行过程中的轮迹相对固定。同时因为智轨电车的载重相对于公交车要大，因此智能轨道快运系统不能直接于原有道面上布设，需要铺设专门的运营道路，这无疑增加了布设的时间和施工成本。
我国常见的车辙病害多是失稳型车辙，这是由于在高温状态下，路面材料在行车荷载作用下发生横向流动变形而产生的。这类车辙主要出现于面层，其中行车荷载作用面0～10cm深的上面层和中面层部分病害表现更为明显。由于智轨电车载重大、运行轨迹相对固定的特点，在已建成的智轨道面中，轮迹带处会出现严重的车辙病害，危害智轨电车运行的舒适性和安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种基于原有道面改造的智轨道面，包括，自上而下设置的细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层，原有道面，其特征在于，还包括环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带，其设于原有道面之中，所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带包括以下质量份数的组分：
10-20mm粗骨料10～14份
5-15mm粗骨料12～50份；
3-5mm粗骨料0～18份；
0-3mm细骨料5～36份；
填料3～8份；
沥青2.4～2.9份；
环氧树脂添加剂2.4～2.9份。
本发明所述的一种基于原有道面改造的智轨道面，是在原有道面的部分基础上，采用特别的组合型中面层设计，针对智轨电车行驶轨迹位置，在中面层改造铺设环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带。这样的铺设方式，能够缩减原有道面升级智轨道路的时间和成本。同时，环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带可以抵抗较大的塑性和剪切变形，提高沥青路面高温稳定性，具有较好的抗高温车辙和结构承载性能。经过合理的级配设计，支承带能够与原有中面层以及新铺上面层相互组合，以提供较强的结构承载能力，同时，局部加强材料与相邻材料能够相互结合，具备良好的耐久性。
现有的提高路面抗车辙能力的路面结构设计，多是整体性提高某个层位的模量。这样的改善方式适用于行车荷载分布更为均匀的普通公路路面，但对于车辆行驶轨迹较为固定，轨迹内承受载重较大的智轨道路路面，这样的设计方法难以在控制成本的前提下实现更好的抗车辙性能。以本申请中支承带的胶结料为例，若全路面结构地使用环氧沥青胶结料，生产成本需成倍提高。因此，本申请从智轨道路路面受力位置与受力结构深度，经济性等方面考虑，通过对原有道面铺设局部支承结构的方式对路面进行局部改造增强，以减轻智轨道路路面的车辙病害。
根据本发明实施例的基于原有道面改造的智轨道面，所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带宽度为400～600mm，厚度为60mm～80mm，两支承带中心间距为2m。
本方案中，首先通过常用智轨电车的轮距来控制支承结构的中心铺设位置。分析智轨电车受力模式，考虑其受力的宽度和响应深度，同时结合对原有道面的层位结构和铺面材料状况，综合选择确定所需的支承带尺寸。这样的厚度范围便于压实和与面层其他材料相结合，以提供更好的抗压和抗剪切能力。
根据本发明实施例的基于原有道面改造的智轨道面，分别对支承带的胶结料、粗集料、细集料和填料进行了要求：
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，环氧添加剂的用量为胶结料质量的30％～50％；
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，粗骨料的针片状颗粒含量不超过15％，集料压碎值不大于26％，与沥青粘附性不低于5级；
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，细骨料棱角性大于50％，砂当量值不小于60％；
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，填料为石灰石矿粉，含水量不大于1％，亲水系数小于1，塑性指数小于4％；
本方案设计中的局部加强结构，需要保证优异的高温抗车辙能力和与其他材料结合的良好耐久性。根据实施例，综合考虑经济性和性能效果，环氧添加剂的用量为胶结料质量的30％～50％时能够增强混合料的高温抗变形能力与疲劳耐久性。粗集料、细集料、填料在满足上述要求的前提下，使用贝雷法进行级配设计，从而获得各组分的使用比例。
根据本发明的另一方面，提供了一种智轨路面的施工方法如下：
步骤一：对原有道面上面层进行铣刨作业并形成用于铺设支承带的两个凹槽；
步骤二：清理原有道面表面，并在凹槽的槽壁喷涂环氧粘层油；
步骤三：将环氧沥青中粒式沥青混凝土混合料铺设于凹槽以形成环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带；
步骤四：在原有道面表面铺设细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层。
进一步的，步骤三：将环氧沥青中粒式沥青混凝土混合料铺设于凹槽以形成环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带，包括：
向间歇式拌和机中加入粗骨料与细骨料，干拌30s后，依次加入填料和沥青进行再次拌和，总拌和时间不少于120s，出料温度保持在170℃～185℃；
采用摊铺机摊铺沥青混合料于凹槽，摊铺机以不大于2m/min的速度匀速行进，松铺系数为1.2～1.3，摊铺温度为不低于165℃；
采用小型钢轮压路机紧跟摊铺机前进静压一次，后退振压一次，再往返振压2～3次，初压温度控制在150～160℃；
采用小型胶轮压路机以3～4km/h的速度往返碾压2～3次；
采用小型振动压路机同工艺压实2次，再用胶轮压路机静压一次，终压结束时温度不低于100℃。
进一步的，对制得的沥青混合料进行检验，性能符合下述要求的，供后续施工使用：
马歇尔试件空隙率不大于4％；
支承带沥青混合料60℃时的动稳定度不低于10000次/mm；
上面层沥青混合料60℃时的动稳定度不低于4000次/mm。
进一步的，步骤一：对原有道面上面层进行铣刨作业并形成用于铺设支承带的两个凹槽，包括：
采用铣刨机对原有道面上面层进行铣刨作业，铣刨深度为40mm，待上面层铣刨完毕后，使用切割机在原有道面中按照支承带预设位置进行切割定位，再通过铣刨机对支承带预设位置进行铣刨作业，铣刨宽度为400～600mm，厚度为60mm～80mm。
相比于现有技术，本发明至少具备如下有益效果：
(1)本发明针对智轨电车相对固定的行驶轨迹，通过铺设局部支承结构的方式，在原有道面上进行智轨道路改造升级，缩短了智轨快运系统布设的时间；
(2)本发明所设计的局部支承结构是一种兼具力学强度、耐久性的粘弹性材料，具备很好的承载能力和高温抗车辙能力。同时，支承材料与周围材料具备良好的粘结效果，改善了原有道面的受力行为，使其更能适应智轨电车的运行需求；
(3)本发明的基于原有道面改造的智轨道面相对于常用的整体性提高各层位材料抗高温车辙的设计方案，具备更好的经济效用，同时更加适用于行车轨迹相对固定，轨迹内载重较大的智轨道路路面。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1示出了本发明的基于原有道面改造的智轨道面示意图；
附图标记：
1、细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层；2、环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带；3、原有道面；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例的一种基于原有道面改造的智轨道面，包括，自上而下设置的细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层1及原有道面3，还包括两个环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2，分别嵌设于原有道面3之中并对应智轨电车的两个轮迹，所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2包括以下质量份数的组分：
10-20mm粗骨料10～14份
5-15mm粗骨料12～50份；
3-5mm粗骨料0～18份；
0-3mm细骨料5～36份；
填料3～8份；
沥青2.4～2.9份；
环氧树脂添加剂2.4～2.9份。
智轨道面用于通行智轨电车。原有道面3为改造前的道面，可以为混凝土结构。
细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层1可以采用现有的设计
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2宽度为400～600mm，厚度为60mm～80mm，两支承带中心间距为2m。
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2中，环氧添加剂的用量为胶结料质量的30％～50％。
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2中，粗骨料的针片状颗粒含量不超过15％，集料压碎值不大于26％，与沥青粘附性不低于5级。
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2中，细骨料棱角性大于50％，砂当量值不小于60％。
所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2中，填料为石灰石矿粉，含水量不大于1％，亲水系数小于1，塑性指数小于4％。
基于原有道面改造的智轨道面的施工方法，包括步骤：
一、施工前准备：在待改造的原有道面支承带预定位置处路面钻芯取样，确定原有道面层位状况，由此可选择地确定支承带的厚度，如原有道面具有下面层，应以不损伤下面为宜；
二、原有道面铣刨施工：采用铣刨机对原有道面上面层进行铣刨作业，铣刨深度为40mm。待上面层铣刨完毕后，使用切割机在原有道面中按照支承带预设位置进行切割定位，最后再通过铣刨机对支承带预设位置进行铣刨作业，铣刨宽度为400～600mm，厚度为60mm～80mm。
三、表层处理：清理所有表面，并在支承带预设位置表面及侧面喷涂1.3～1.5kg/m2的环氧粘层油，封闭交通24小时，待其充分渗透；
四、环氧沥青中粒式沥青混凝土混合料加工：采用间歇式拌和机进行拌和，先向间歇式拌和机中加入粗骨料与细骨料，干拌30s后，依次加入填料和沥青进行再次拌和，总拌和时间不少于120s，出料温度保持在170℃～185℃；
五、运料：将拌和好的混合料运输至施工处；
六、摊铺：采用摊铺机摊铺支承带预设位置处的沥青混合料。摊铺机以不大于2m/min的速度匀速行进，松铺系数为1.2～1.3，摊铺温度为不低于165℃；
七、碾压：
初压，采用小型钢轮压路机紧跟摊铺机前进静压一次，后退振压一次，再往返振压2～3次，初压温度控制在150～160℃；
复压，采用小型胶轮压路机以3～4km/h的速度往返碾压2～3次。
终压，采用小型振动压路机同工艺压实2次，再用胶轮压路机静压一次，终压结束时温度不低于100℃；
八、上面层施工：支承带施工完成后对交通进行封闭，直至温度自然冷却至60℃，喷洒环氧粘层油，第二天对上面层进行施工作业。
九、施工完成：封闭交通，等待自然温度冷却再进行其他作业。
本方案中，步骤一保证了所选择的支承带宽度和高度能够与原有道面情况相结合。
本方案中，步骤二保证了新铺设结构的位置。切割是为了确定支承带预设位置，同时防止在对该位置的铣刨作业中，对同一深度材料造成过大影响。
本方案中，步骤三保证了各结构之间的粘结作用，从而提高了路面结构抗剪切能力。对原有道面表面进行了清洁处理，保证表面粗糙、洁净，无浮土和杂物，满足清洁度和平整度的要求。控制喷洒量是为了防止粘结层过厚带来的不利影响。
本方案中，步骤四保证了胶结料的拌合温度，为后续施工以及胶结料强度形成提供温度条件。控制拌合时间是为保证充分拌合，提升胶结料的作用质量。
本方案中，步骤六保证了支承结构的铺设位置和铺设质量。采用摊铺机根据设计的预定中心位置，采用体积法计算所需的摊铺速度和摊铺厚度，保证后期施工中能够达到预定的结构层厚度。
本方案中，步骤七保证了路面结构层的压实度。碾压过程中，小型钢轮压路机碾压时要进行间断洒水，以保证不粘轮，小型胶轮压路机碾压时为了避免粘轮可以最先撒菜籽油，等到轮胎温度升高时再洒水代替，在施工时对于与电缆槽，集水井等压路机难以作业区域，可以人工采用手推压路机或者冲击夯具进行碾压。
本方案中，步骤八则为针对上面层的后续施工计划。因级配设计的改变，应该使用钢轮压路机替代所有的胶轮压路机，避免破坏上面层的混合料结构。
根据本发明实施例的抗车辙的改造智轨道面的施工方法，可选地，步骤四得到的混合料，对其进行检验，要求性能符合下述要求的，供后续施工使用：
马歇尔试件空隙率不大于4％；
支承带沥青混合料60℃时的动稳定度不低于10000次/mm；
上面层沥青混合料60℃时的动稳定度不低于4000次/mm；
实施例1
本实施例中，环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带2包括以下质量份数的组分：
10-20mm粗骨料13份
5-15mm粗骨料33份；
3-5mm粗骨料14份；
0-3mm细骨料29份；
填料4.7份；
沥青2.6份；
环氧树脂添加剂2.6份。
针对施工处，本实施例的具体施工方法如下：
一、施工前准备：在原有道面钻芯取样，确定原有道面采用40mm上面层+60mm中面层+80mm下面层的结构，支承带的厚度设计为60mm。
二、原有道面铣刨施工：采用铣刨机对原有道面上面层进行铣刨作业，铣刨深度为40mm。待上面层铣刨完毕后，使用切割机在原有道面中按照支承带预设位置进行切割定位，最后再通过铣刨机对支承带预设位置进行铣刨作业，铣刨宽度为400mm，厚度为60mm。
三、表层处理：清理所有表面，并在支承带预设位置表面及侧面喷涂1.3kg/m2的环氧粘层油，封闭交通24小时，待其充分渗透；
四、环氧沥青中粒式沥青混凝土混合料加工：采用间歇式拌和机进行拌和，先向间歇式拌和机中加入粗骨料与细骨料，185℃干拌30s后，依次加入填料和沥青进行再次拌和，总拌和时间不少于120s，出料温度保持在170℃～185℃；
五、运料：将拌和好的混合料运输至施工处；
六、摊铺：采用摊铺机摊铺支承带预设位置处的沥青混合料。摊铺机以2m/min的速度匀速行进，松铺系数为1.3，控制摊铺温度为不低于165℃；
七、碾压：
初压，采用小型钢轮压路机紧跟摊铺机前进静压一次，后退振压一次，再往返振压3次，初压温度控制在150～160℃；
复压，采用小型胶轮压路机以3～4km/h的速度往返碾压3次。
终压，采用小型振动压路机同工艺压实2次，再用胶轮压路机静压一次，终压结束时温度不低于100℃；
八、上面层施工：支承带施工完成后对交通进行封闭，直至温度自然冷却至60℃，喷洒环氧粘层油，第二天对上面层进行施工作业。
九、施工完成：封闭交通，等待自然温度冷却再进行其他作业。
本实施例的大粒径沥青碎石混合料级配如下表1：
表1、实施例1中细粒式沥青玛蹄脂碎石混合料级配表
对沥青混凝土进行路用性能评估试验，得出结果如下表2及表3所示：
表2、实施例1支承带混合料路用性能评估表
表3、实施例1上面层混合料路用性能评估表
施工完成后，对施工处进行检验，结果如下表4及表5：
表4、实施例1支承带施工完成检测结果表
表5、实施例1上面层施工完成检测结果表
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1. 一种基于原有道面改造的智轨道面，包括，自上而下设置的细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层及原有道面，其特征在于，还包括两个环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带，分别嵌设于原有道面之中并对应智轨电车的两个轮迹，所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带包括以下质量份数的组分：
10-20mm粗骨料10~14份
5-15mm粗骨料12~50份；
3-5mm粗骨料0~18份；
0-3mm细骨料5~36份；
填料3~8份；
沥青2.4~2.9份；
环氧树脂添加剂2.4~2.9份。
2.根据权利要求1所述的一种基于原有道面改造的智轨道面，其特征在于：所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带宽度为400~600mm，厚度为60mm~80mm，两支承带中心间距为2m。
3.根据权利要求2所述的一种基于原有道面改造的智轨道面，其特征在于：所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，环氧树脂添加剂的用量为胶结料质量的30%~50%。
4.根据权利要求3所述的一种基于原有道面改造的智轨道面，其特征在于：所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，粗骨料的针片状颗粒含量不超过15%，集料压碎值不大于26%，与沥青粘附性不低于5级。
5.根据权利要求3所述的一种基于原有道面改造的智轨道面，其特征在于：所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，细骨料棱角性大于50%，砂当量值不小于60%。
6.根据权利要求3所述的一种基于原有道面改造的智轨道面，其特征在于：所述环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带中，填料为石灰石矿粉，含水量不大于1%，亲水系数小于1，塑性指数小于4%。
7.一种如权利要求1所述的基于原有道面改造的智轨道面的施工方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：对原有道面上面层进行铣刨作业并形成用于铺设支承带的两个凹槽；
步骤二：清理原有道面表面，并在凹槽的槽壁喷涂环氧粘层油；
步骤三：将环氧沥青中粒式沥青混凝土混合料铺设于凹槽以形成环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带；
步骤四：在原有道面表面铺设细粒式沥青玛蹄脂碎石上面层。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤三：将环氧沥青中粒式沥青混凝土混合料铺设于凹槽以形成环氧沥青中粒式沥青混凝土支承带，包括：
向间歇式拌和机中加入粗骨料与细骨料，干拌30s后，依次加入填料和沥青进行再次拌和，总拌和时间不少于120s，出料温度保持在170℃～185℃；
采用摊铺机摊铺沥青混合料于凹槽，摊铺机以不大于2m/min的速度匀速行进，松铺系数为1.2～1.3，摊铺温度为不低于165℃；
采用小型钢轮压路机紧跟摊铺机前进静压一次，后退振压一次，再往返振压2~3次，初压温度控制在150~160℃；
采用小型胶轮压路机以3~4km/h的速度往返碾压2~3次；
采用小型振动压路机同工艺压实2次，再用胶轮压路机静压一次，终压结束时温度不低于100℃。
9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，对制得的沥青混合料进行检验，性能符合下述要求的，供后续施工使用：
马歇尔试件空隙率不大于4%；
支承带沥青混合料60℃时的动稳定度不低于10000次/mm；
上面层沥青混合料60℃时的动稳定度不低于4000次/mm。
10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤一：对原有道面上面层进行铣刨作业并形成用于铺设支承带的两个凹槽，包括：
采用铣刨机对原有道面上面层进行铣刨作业，铣刨深度为40mm，待上面层铣刨完毕后，使用切割机在原有道面中按照支承带预设位置进行切割定位，再通过铣刨机对支承带预设位置进行铣刨作业，铣刨宽度为400~600mm，厚度为60mm~80mm。
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