ATB在大同市道路建設中的應用

石嵩山 徐倬偉

大同市2008年和2009年進行了大規模的道路建設。2008年所建道路于2008年9月底將瀝青混合料鋪筑完畢，在2009年1月發現新建道路上存在橫向裂縫。通過前期調研，2009年5月，大同市道路指揮部組織道路相關參建人員，并邀請國外專家就2008年建成道路存在的道路橫向裂縫問題進行深入分析，同時提出在半剛性基層與面層之間增加瀝青穩定碎石(ATB)柔性基層來緩解裂縫的發展，并同意在2009年道路建設中進行試驗使用。結果表明，穩定碎石(ATB)柔性基層能有效緩解道路裂縫，截止目前，2009年應用ATB的新建道路沒有發現橫向裂縫。

1 道路橫向裂縫的產生

大同市2008年所建城市道路的路面結構為:4 cm SBS改性瀝青混凝土(AC-13)+5 cm中粒式瀝青混凝土(AC-20)+7 cm粗粒式瀝青混凝土(AC-25)+20 cm水泥穩定碎石(水泥含量5%)+36 cm水泥穩定砂礫(水泥含量暫定3.5%)。施工過程中，由于水泥穩定砂礫7 d無側限抗壓強度需達到2.5 MPa，因此施工中增大了水泥穩定砂礫中的水泥含量，使其達到4.5%～5%，在水穩層鋪筑7 d后達到設計要求強度后即進行上層混合料鋪筑施工。道路面層SBS改性瀝青混凝土截止9月底全部鋪筑完畢，在 2009年1月發現道路存在橫向裂縫，橫向裂縫如圖1所示。

2 道路橫向裂縫產生的原因分析

2.1 現場勘查

瀝青路面在使用期開裂是世界各國普遍存在的問題，專家們通過現場踏勘和鉆芯取樣對瀝青混凝土面層橫向裂縫問題進行分析。現場踏勘結果是:裂縫大多出現在過路雨水支管的位置，通過鉆芯取樣可以看出幾乎都是因基層產生裂縫反射到面層貫通整個面層的裂縫。

2.2 橫向裂縫原因分析

1)水穩基層剛度大，產生基層開裂。施工過程中為了滿足基層的設計強度要求及取芯完整，基層中摻入水泥量均超過設計要求值的0.5～1.0，這就使基層剛度增大。剛度較大時基層易產生較大的內應力，應變伴隨應力發生，這就是裂縫開裂的主要原因。因此，半剛性基層的道路施工建成后在一段時間內會有規律的出現裂縫，高速公路一般是40 m～50 m出現，在市政道路中會出現在雨水等過路支管等剛度突變部位。2)水穩養護期短，產生溫縮裂縫。一般水穩在達到7 d的設計強度后就會進行下一層施工或者鋪瀝青面層，這就使基層養護不到位，應力得不到充分釋放、產生收縮裂縫。此種裂縫是工程上發生比較普遍的裂縫，其產生主要是由于壓實后的水穩基層水分不斷蒸發和水泥水化作用使水分不斷減少，產生吸附作用、毛細管作用、材料礦物晶體、凝膠體層間水的作用以及碳化收縮作用等，使水穩基層壓實體積收縮，從而形成裂縫。這種裂縫一般在水穩基層完工后20 d左右產生，縫寬多為1 mm～3 mm，橫向貫通或半貫通。3)溫度裂縫。瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應力松弛性能，但當氣溫大幅度下降時，瀝青材料逐漸發硬并開始收縮，由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產生的收縮拉應力或拉應變一旦超過瀝青混合料的抗拉強度，瀝青面層就會開裂。表現在瀝青面層的裂縫在冬天縫寬明顯，夏天的裂縫變小。具體到大同地區，由于大同晝夜溫差大，冬季氣溫較低，因此溫度變化也會產生裂縫。

3 影響裂縫產生的主要因素

1)瀝青及瀝青混合料的性質。瀝青和瀝青混合料的性質是影響瀝青路面溫度開裂的主要因素之一。在瀝青性能指標中，瀝青的溫度敏感性是影響瀝青路面開裂的主要指標，溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。2)基層材料的性質。基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少。基層上有透層油以加強與面層的粘結對抗開裂是有好處的，基層材料種類也是瀝青面層裂縫的主要因素之一。3)氣候條件。極端最低溫度、降溫速率、低溫持續時間、升降溫循環次數是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。4)交通量和車輛類型。半剛性基層中的最大拉應力通常是由最重的車輪荷載產生的，并且對于半剛性路面，不同軸載對路面的破壞作用遠不是4次方的關系，而是11次～13次方的關系，即使是通過次數較少的重荷載也對路面破壞起著重要作用。5)施工因素。主要指半剛性基層材料的碾壓含水量，半剛性基層完成后的暴曬時間等因素，要保證基層施工過程的壓實和施工后的養護工作。半剛性材料的施工質量以及基層和瀝青面層之間的粘結性也是瀝青面層裂縫的主要因素。

4 預防裂縫產生的措施

針對以上原因和影響因素分析，結合大同市工業發展和氣候特點，經集體討論分析，確定對于緩解裂縫出現主要是從基層上著手，從基層材料和施工過程兩方面來緩解裂縫出現的時間和頻率。

4.1 基層材料方面

1)采用級配較好的骨料來滿足水穩基層的強度，減少水泥用量，降低基層剛度。2)在半剛性基層與面層之間設置應力消減(應力吸收)中間層，增加柔性基層，以吸收應力和緩解裂縫出現的時間和頻率，可采用瀝青穩定碎石層(ATB)來緩解裂縫的發展。還有如采用瀝青面層切縫灌縫措施，可達到規律的控制裂縫位置和寬度。但影響瀝青面層觀感質量，且施工較為復雜。

4.2 基層施工方面

1)施工過程中，保證基層在最佳含水量下的壓實。且在滿足工程工期的情況下盡量增加水穩基層養護時間，使基層的強度得到保證，應力得到充分釋放。2)基層與面層之間的透層油粘結施工要保證使兩層間粘結良好。

5 預防裂縫措施(加入ATB柔性基層)的應用

經專家組研究，在道路基層和面層之間加入ATB柔性基層，具體路面結構做法是:4 cm SBS改性瀝青(AC-13C)+6 cm中粒式瀝青混凝土(AC-20C)+7 cm粗粒式瀝青混凝土(AC-25C)+10 cm瀝青穩定碎石(ATB-25)+1 cm瀝青表處+20 cm水泥穩定碎石(5%)+15 cm水泥穩定砂礫(3.5%)+15 cm礫石砂。

將上述措施應用在2009年新建的城市道路上(以興云路為例)，道路參建各方均齊心努力加強施工過程控制。通過實踐證明，興云路為2009年9月底面層鋪筑完畢，截止目前，興云路沒有出現道路橫向裂縫。

因此，將ATB柔性基層應用于大同市政道路中能有效緩解道路裂縫的出現。

[1] JTJG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[2] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術規范[S].