瀝青穩定碎石基層在衡德高速公路試驗段上的應用研究

張 偉

(河北省衡水市交通局衡德高速公路管理處)

半剛性基層瀝青路面具有較高的強度、承載力和良好的使用性能,在高等級公路建設中被廣泛采用,但半剛性基層瀝青路面橫向裂縫較多,并易引起瀝青路面唧漿、網裂直至路面破壞等問題。為了探索解決此問題,應上級主管部門的要求,我市在衡德高速K40+650～K43+300段進行了柔性基層試驗段。試驗路段于 2003年 7月 9日開始,至 2003年8月 15日結束。

1 試驗研究的目的

(1)采用級配碎石基層或瀝青碎石基層是否減輕半剛性瀝青路面裂縫;

(2)柔性基層瀝青路面經濟性能是否合理;

(3)柔性基層瀝青路面的行車舒適性如何;

(4)研究級配碎石基層、瀝青碎石基層施工工藝。

2 試驗段路面結構形式選擇

由于試驗段準備施工時,20cm二灰穩定土己經完工,所以柔性基層路面結構采用表 1中的結構 1、結構 2、結構 3三種形式。為了驗證 15cm的三層瀝青路面是否可以采用兩層施工,在K40+650～K43+300右幅(表1結構4:半剛性基層雙層路面結構)亦做了試驗研究。

表1 試驗段路面結構形式匯總表

3 級配碎石配合比設計與施工

3.1 級配碎石配合比設計

石料采用濟南料場生產的石灰巖。經配合比設計(見表2),最終確定配合比為 1～2cm、0.5～1cm、0.3～0.6cm、礦粉質量比為 37∶20∶16∶27,由重型擊實試驗得出最佳含水量為5.8%,最大干密度為2.18g/cm3。

表2 級配碎石級配要求和試配實際級配

3.2 拌和與運輸

(1)拌和設備采用一臺江蘇鎮江產ASR250D型拌和樓,生產能力為250t/h;一臺WZS400A型基層拌和樓,生產能力為350t/h,兩臺拌和樓的總生產能力為580t/h,拌和樓的料斗上裝有去除超大粒徑的過濾網。拌和后混合料的含水量宜高于最佳含水量的 1%～2%,根據施工當天的天氣決定,用以補償后續施工的水份損失。為確保出料質量,拌和過程中,試驗員要經常抽檢混合料的含水量。

(2)當運輸距離較遠或氣溫較高時,為防水份蒸發,運輸過程中對混合料進行了覆蓋。

(3)自卸車裝料時分2～4層裝料,為減小骨料的離析,按前、后、中三次裝料。

3.3 攤鋪和整型

(1)攤鋪時采用兩臺ABG423型攤鋪機成階梯作業,兩臺攤鋪機前后相距 15m左右,兩臺攤鋪機攤鋪時有 20cm左右重疊,保證了縱縫平整,攤鋪速度控制在1.5m/min左右。經試驗,確定了松鋪系數為 1.12。

(2)兩臺攤鋪機同步攤鋪時,前一臺攤鋪機路肩一側采用掛鋼絞線控制,另一側采用橫坡儀進行控制;后一臺攤鋪機路肩一側掛鋼絞線,另一側采用滑靴,滑靴放于已攤鋪出的級配碎石基準面上。

3.4 碾壓

(1)參考其它公路級配碎石施工成功的碾壓工藝理論,確定試驗段碾壓工藝如表3。

表3 碾壓設備選擇及碾壓工藝

碾壓過程中對于局部出現粗細集料離析的,及時進行了處理。挖除大料窩點及含水量超限點,并換填了合格材料,用石屑對表面偏粗的部位進行精心找補;碾壓過程中對局部表面干燥的段落進行了補充灑水。

3.5 質量檢驗

碾壓成型后,各項指標的檢驗在 24h內完成。表面均勻無松散等現象,壓實度不合格的進行了返工處理。在做透層、封層之前,壓實度、平整度等各項指標均按照規范檢測標準逐段進行了檢測。通過實驗檢測,13cm級配碎石壓實度達到了99%以上,20cm和21cm的級配碎石壓實度也達到了 98%以上,說明壓實效果較好,達到了規范要求。

4 瀝青碎石基層施工

4.1 施工材料

(1)瀝青:K40+650～K41+718(左幅)、K42+373～K43+300(左幅)采用濱州產 50#重交通道路石油瀝青,K41 +718～K42+373(左幅)采用70#道路石油瀝青。

(2)集料:骨料全部采用濟南產石灰巖。

(3)石屑:采用硬質石料(石灰巖)生產的石屑。

4.2 配合比

我們委托省交通廳科研所對ATB瀝青碎石用GTM進行了配比試驗,結果如表 4。

表4 ATB-25瀝青碎石合成級配

最佳瀝青用量為3.0%,其密度為2.508g/cm3。

4.3 施工工藝

混合料拌和采用TM40型瀝青拌和樓,無錫 2000型瀝青拌和樓同時拌和。瀝青混合料溫度控制標準見表 5。

表5 瀝青混合料溫度(℃)控制標準

為了保證不間斷攤鋪,采用兩臺 ABG423攤鋪機成梯隊作業進行聯合攤鋪,相鄰兩幅的攤鋪應有 5～10cm寬度的攤鋪重疊,相鄰兩臺攤鋪機前后宜相距為 5～10m,且不得造成前面攤鋪的混合料冷卻。

4.4 瀝青混合料的碾壓

瀝青混合料碾壓初溫度不低于120℃,由于結構層厚度最大的達到9cm(結構4),采用一臺20t的膠輪壓路機和三臺DD-110雙鋼輪壓路機。

初壓時首先采用 20t膠輪進行初壓,碾壓速度為 1.5～2km/h;復壓采用雙鋼輪DD-110振壓3遍,終壓緊接在復壓后進行;終壓采用 DD-110靜壓 1遍,速度為 2.5～3.5km/h。碾壓終了時溫度不得低于 70℃,直到路面無明顯輪跡為止。碾壓過程中相鄰碾壓帶應重疊 1/3～1/2輪寬,碾壓時,壓路機不得中途停留轉向或制動。壓路機每次應由兩端折回的位置階梯形隨攤鋪機向前推進,橫向不得在相同的斷面上。壓路機不得停留在溫度高于 70℃的已壓實的混合料上。

經驗證厚度為9cm的混合料的壓實度能夠達到95%以上,滿足規范要求。瀝青碎石完成后,2003年 8月 2日進行了彎沉試驗,試驗結果如表6。

表6 瀝青碎石完成后彎沉試驗結果

5 試驗段主要指標檢測

5.1 指標檢測

為了評價試驗路段的使用效果,經過一年半的通車運行后,2005年 4月,我們委托河北省交通科研所對試驗路段的車轍、彎沉、裂縫等指標進行了調查,結果如表 7、表 8。

表7 路面車轍深度、裂縫檢測結果

表8 通車一年半后彎沉檢測結果

5.2 經濟效益比較

表9 瀝青路面結構經濟效益比較表

6 綜合評價

通過對柔性基層、半剛性基層雙層路面結構、半剛性基層三層路面結構車轍、裂縫、彎沉三項檢測指標(表 7、表 8)的對比分析,得出如下結論。

(1)K40+650～K43+300左幅(柔性基層)和右幅(半剛性基層雙層路面結構)的裂縫發生率為0;K43+500～K47 +000(半剛性基層三層路面結構)段裂縫為 3條/km;說明柔性基層試驗路可以減少或減緩裂縫的產生。

(2)柔性基層三個代表段的車轍深度基本沒有差別,且三段的車轍深度都較小,說明柔性基層抗車轍的能力并不比半剛性基層結構差。

(3)彎沉指標柔性基層的彎沉最大,半剛性基層三層路面結構次之,半剛性基層雙層路面結構彎沉最小。

(4)采用半剛性基層雙層路面結構(6cm+9cm),平整度、彎沉、壓實度、車轍四項指標與采用三層結構基本相同,且壓實度控制和平整度指標能夠達到規范要求,說明 15cm的三層瀝青路面采用兩層施工的可行性。此結構可以提高瀝青面層整體性能、減少瀝青面層的污染、加快工程進度、降低工程投資等,可以在高速公路中得到大面積推廣。

(5)按照經濟、技術原則,柔性基層結構以結構 3形式最為經濟、合理(見表9)。

[1] JTJ034-2000.公路路面基層施工技術規范[S].

[2] JTGF40-2004.公路瀝青路面施工技術規范[S].

[3] 楊楓,張洋.單機寬幅作業法和并機梯形施工法對瀝青混合料離析的影響[J].筑路機械與施工機械化,2004,(2):22-25.