高速公路大厚度瀝青路面施工技術(shù)探討

【摘 要】大厚度瀝青路面施工技術(shù)可減少施工環(huán)節(jié)，提高路面使用品質(zhì)，降低工程建設(shè)費用，也有利于完善我國高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料組成設(shè)計，對提高我國高速公路建設(shè)技術(shù)水平具有一定的的現(xiàn)實意義和實用價值。工程實踐證明，瀝青路面大厚度施工不但避免了瀝青路面分層施工造成的問題，而且解決了瀝青路面設(shè)計與施工不配套問題，是未來高速公路路面施工的方向。

【關(guān)健詞】高速公路；瀝青路面；大厚度施工；雙層攤鋪

引言：

瀝青混凝土路面設(shè)計以彎沉為指標(biāo)，應(yīng)用多層彈性理論計算確定路面厚度，并對層底拉應(yīng)力進(jìn)行驗算。這一路面設(shè)計理論體系與世界發(fā)達(dá)國家的路面設(shè)計方法相比是很先進(jìn)的，但是這里有一個前提假設(shè)—“層間接觸條件為完全連續(xù)體系”。而實際施工是路面分三層施工，盡管采取了封層、粘層等措施，路面層間粘接仍是薄弱環(huán)節(jié)，不可能是完全連續(xù)體系。往往在通車前，各分項工程交叉施工無法避免，層間污染非常嚴(yán)重。分層施工后，層間粘接不能形成嵌鎖，造成了路面層間滑動。由于設(shè)計與施工的不配套，盡管設(shè)計出來的路面是完善的，但施工達(dá)不到理想的設(shè)計要求，實際路面與理論設(shè)計存在差距，發(fā)生早期破壞就不足為怪了。所以高速公路路面不分層施工或盡量減少分層施工層數(shù)，是擺在面前的現(xiàn)實課題。

1、瀝青混凝土路面分層施工存在的問題

（1）層間粘接。如前所述，瀝青混凝土路面分層施工的突出問題是層間粘接不能相互嵌鎖，造成層間不連續(xù)，路面開裂后水進(jìn)入層間，行車時的動水壓力和靜水壓力使瀝青與石料剝離，出現(xiàn)路面松散、坑槽。

（2）溫度離析。分層施工的第二個問題是由于攤鋪層太薄，溫度散熱快，攤鋪時容易出現(xiàn)溫度離析，碾壓達(dá)不到規(guī)定的壓實度。一旦出現(xiàn)溫度離析，無論使用膠輪壓路機(jī)或是鋼輪壓路機(jī)，甚至將石子壓碎，空隙率仍然很大，是造成路面早期破壞的元兇。

（3）施工周期與成本。分層施工周期長，又浪費粘層油，增加道路的總體成本。

2、瀝青混凝土路面大厚度施工的保障條件

減少攤鋪層數(shù)可有效克服上述問題，但是減少攤鋪層數(shù)必然增大攤鋪厚度，由于受機(jī)械水平的限制，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范）） （ JTG F40-2004 ） 規(guī)定“瀝青混凝土路面的壓實層最大厚度不宜大干100 mm\"。近幾年，路面施工機(jī)械發(fā)展很快，路面壓實機(jī)械雙鋼輪振動壓路機(jī)噸位已提高到13-17 t，整體性能也得到提高，故將瀝青混凝土路面壓實層厚度提高到12-15 cm是可行的。

3、大厚度瀝青混凝土路面施工技術(shù)

3.1 瀝青混合料類型的選擇

現(xiàn)在國內(nèi)高速公路三層路面結(jié)構(gòu)一般為上面層AC13或AC16、中面層AC20、下面層AC25混合料。從已通車的高速公路來看，基于施工難易程度和使用功能兩方面，上面層采用AC 13混合料、中下面層采用AC20混合料為宜。因為上面層一般較薄（僅4-5 cm），使用AC16混合料厚徑比太小，無法保證壓實度要求；下面層使用AC25結(jié)構(gòu)，攤鋪時離析嚴(yán)重，均勻性差，碾壓困難。

3.2 攤鋪方案

設(shè)計半剛性基層瀝青路面厚度為18 cm，上、中、下面層的厚度為4、6、8 cm，采用大厚度攤鋪技術(shù)時，有兩種攤鋪方案 。

（1）改變混合料種類和結(jié)構(gòu)層厚度，中、下面層合二為一上面層厚度由4 cm調(diào)整為5 cm，中下面層剩13 cm統(tǒng)一調(diào)整為AC20混合料，一次攤鋪成型。

該方案無須特殊的攤鋪設(shè)備，使用常規(guī)的攤鋪機(jī)即可。大厚度攤鋪層松鋪系數(shù)在1.19-1.25左右，具體根據(jù)試驗而定。雖然攤鋪厚度增加了約一倍，但松鋪系數(shù)并不成比例增加，這與攤鋪機(jī)的振搗力有關(guān)，每個攤鋪都不一樣，不可一概而論。

該方案操作性強，等于中、下面層合二為一攤鋪，施工簡單；缺點是中、下面層必須是同一種混合料，要改變混合料種類和結(jié)構(gòu)層厚度，執(zhí)行起來難度大。

（2）維持混合料種類和結(jié)構(gòu)層厚度不變。選用特殊的雙層攤鋪機(jī)械（圖1 、2），該攤鋪機(jī)為戴納派克F300C/S，實際是2臺攤鋪機(jī)合二為一，可同時攤鋪兩種不同的混合料，一種混合料由常規(guī)的自卸車供料，另一種混合料由瀝青混凝土轉(zhuǎn)運車供料。

使用該機(jī)械可同時攤鋪中、下面層混合料，也可同時攤鋪中、上面層混合料，無須改變原路面設(shè)計方案。

該方案可攤鋪上、中、下面層3種不同的混合料，比第一種方案更靈活，選擇余地大，缺點是攤鋪費用較高。

如果路面結(jié)構(gòu)設(shè)計為4層，采用該方式效果最佳，可以將4層攤鋪減少為2層攤鋪，可大大提高路面質(zhì)量，減少養(yǎng)護(hù)期的費用。

3.3 碾壓

由于碾壓層厚度增大，相應(yīng)的碾壓遍數(shù)要增加，如果選用12--14 t的雙鋼輪振動壓路機(jī)，30 t的膠輪壓路機(jī)（通過配重可達(dá)到32 t以上，見圖3），碾壓10遍可達(dá)到馬歇爾密度或GTM密度的98%以上。

如果選用戴納派克CC722雙鋼輪振動壓路機(jī)，該壓路機(jī)自重為17 t，激振力達(dá)到215 kN，配合配重后的30 t膠輪壓路機(jī)，碾壓6-7遍即可達(dá)到馬歇爾密度或GTM密度的98%以上。選用目前通用的壓實機(jī)械，通過多碾壓4遍，也可以達(dá)到12～15 cm瀝青層設(shè)計厚度的施工要求。

4、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

以100 km標(biāo)準(zhǔn)雙向四車道高速公路為例，單幅路面寬度12 m，約劃分為6個路面合同段。

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

（1）節(jié)約粘層油。三層攤鋪變雙層攤鋪后省去一層粘層油，100 km標(biāo)準(zhǔn)雙向四車道高速公路路面約120萬㎡，每平方米粘層油（乳化改性瀝青）按2元計，共節(jié)約粘層油約240萬元。

（2）節(jié)約設(shè)備租賃費及施工費。每個路面標(biāo)段每天的設(shè)備租賃費約5萬元，施工管理費約5萬元，三層攤鋪變雙層攤鋪，每個標(biāo)段可以縮短工期一個月，可節(jié)省設(shè)備租賃費及施工費300萬元，全線6個標(biāo)段共節(jié)省費用約1 800萬元。

（3）提前通車收益。采用大厚度瀝青混凝土路面施工，縮短工期一個月，即可提前一個月通車。100 km高速公路收費每日按50萬元計，可以增加收益1 500萬元。

由上述幾項可看出，標(biāo)準(zhǔn)雙向四車道100 km的高速公路由三層改為雙層攤鋪，可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約3 540萬元。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

采用大厚度瀝青混凝土路面施工技術(shù)，提高了路面質(zhì)量，延長了使用壽命，可減少養(yǎng)護(hù)費用。其次，因養(yǎng)護(hù)施工減少，又減少了施工斷行，其社會效益和隱形效益是無法用金錢直接計算的。

5、工程實例

某高速公路工程第六合同段K89+876- K120+202，進(jìn)行了底、中面層合二為一的大厚度瀝青混凝土施工。路面設(shè)計總厚度為18cm，分兩層攤鋪，上面層為AC13結(jié)構(gòu)，厚5 cm；下面層為AC20結(jié)構(gòu)，厚13 cm，經(jīng)試驗松鋪系數(shù)為1 .23。

5.1 機(jī)械設(shè)備

拌和樓使用了1臺林泰格4000型攪拌站，攤鋪機(jī)為2臺戴納派克F182，壓路機(jī)為3臺戴納派克CC622，3臺徐工XP302膠輪壓路機(jī)。

5.2 原材料及配合比

使用石灰?guī)r石料，礦料組成由0～3、3～5、5～10、10～20 mm四檔石料，檢測結(jié)果見表1、2。瀝青為韓國SK瀝青，配合比見圖4。采用GTM法設(shè)計，密度2.516，馬歇爾密度2.466。油石比為4.0%。

5.3 攤鋪

采用雙機(jī)聯(lián)鋪，兩側(cè)標(biāo)高用走鋼絲的方式控制。

5.4 壓工藝

采用組合式碾壓，1臺戴納派克CC622雙鋼輪振動壓路機(jī)與1臺徐工XP302膠輪壓路機(jī)組合，共3組壓路機(jī)。碾壓時每組壓路機(jī)各負(fù)責(zé)三分之一斷面。初壓1組遍，復(fù)壓3組遍。

5.5 取芯對比

從圖5、6芯樣對比照片可以看出，大厚度施工沒有分層現(xiàn)象，芯樣為一個整體。而分層施工層間連接處明顯有分層，兩層骨料不能形成嵌擠，層間連接處空隙大。大厚度施工明顯優(yōu)于分層施工。

6、大厚度瀝青路面使用效果評價

路面使用性能包括功能、結(jié)構(gòu)和安全３個方面，目前國內(nèi)外路面使用性能一般從這３方面來進(jìn)行評價。

6.1 路面功能評價（路面行使質(zhì)量評價）從路面狀況的角度，影響路面行駛質(zhì)量的主要因素是路面平整度，常用行駛質(zhì)量指數(shù)ＲＱＩ來評價。整理各評分路段的主觀評分和客觀量測結(jié)果后，通過回歸分析可建立線性或非線性的評價模型如式（１）：

RQI＝11.5－0.75IRI （1）

式中：RQI為行駛質(zhì)量指數(shù)，數(shù)值范圍為0～10，如出現(xiàn)負(fù)值，則RQI取0，如計算結(jié)果大于10，則RQI值取10；IRI為國際平整度指數(shù)（m／km）。

利用評價模型可以對路面行駛質(zhì)量的好壞做出相對的評價。

6.2 路面結(jié)構(gòu)承載能力和路面結(jié)構(gòu)損壞狀況評定

（1） 路面結(jié)構(gòu)承載能力的評定瀝青路面采用強度指數(shù)SSI作為評價指標(biāo)，SSI＝路面設(shè)計彎沉值／路面代表彎沉值。由于該路段為剛性路面上加鋪瀝青路面，不對彎沉進(jìn)行檢測，此項不進(jìn)行檢測，定為1。

（2）損壞狀況評價

通常采用的是扣分法，如式（2）所示。

（2）

式中：PCI為路面狀況指數(shù)；C為初始（無損壞時）評分值，百分制時一般用C＝100；i，j為相應(yīng)的損壞類型數(shù)（共n種）和嚴(yán)重程度等級數(shù)（共ｍ級）；DPijk為i種損壞、j級嚴(yán)重程度和k范圍的扣分值；Wij為多種損壞類型和嚴(yán)重程度時的權(quán)函數(shù)。

PCI的數(shù)值范圍為0～100，其值越大，表明路況越好。

6.3 路面安全評定（抗滑性能的評價）

路面的安全性主要指路面的抗滑能力，可通過路面抗滑指數(shù)作為評價指標(biāo)。抗滑指數(shù)以擺式儀的擺值（ＢＰＮ）表示，擺值ＢＰＮ則用擺式儀法測得，對瀝青路面具體使用性能評價標(biāo)準(zhǔn)見表3。

6.4 路面使用性能綜合評價

路面使用性能有多方面屬性。可采用向量形式反映對路面使用性能的綜合評價，選擇影響路面使用狀況的因素作為向量的元