薄層罩面技術在隧道路面養護中的應用

張中夏

（山西交投忻阜高速公路管理有限公司，山西 忻州 034000）

1 概述

忻阜高速公路是山西省東出長城，直抵冀中大平原的重要通道，是國家促進中部崛起的重要項目，全長124 km，2011年全線建成通車。長城嶺隧道全長4.641 km是山西省乃至華北地區第一條投入運營的雙向六車道特長隧道，其中K0+000—K3+000屬于山西省管轄范圍，其余部分歸河北省管轄。

從開通至今，長城嶺隧道出現過多起安全行駛事故，嚴重地影響了道路的行駛安全性能，造成了極大的安全隱患?；诖?，對忻阜高速長城嶺隧道抗滑性能進行了檢測，根據檢測結果急需對路面進行抗滑處治，增加路面抗滑性能，以保證車輛的行駛安全性。

2 長城嶺隧道路面抗滑性能分析及處治方案設計

2.1 抗滑性能評價

《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTG D40—2011）、《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1—2004）中對水泥路面抗滑性能采用構造深度來評價。水泥混凝土路面一般進行刻槽處理來增加路面的表面構造，然而這種技術只有在路面的微觀抗滑構造滿足技術要求的情況下才能起到作用，這主要在于集料的級配[1]。水泥混凝土路面做刻槽處理后，不管路面表面的粗糙度大小，構造深度指標都能輕易達到規范要求。

雙輪式橫向力系數測試系統適合測定瀝青和水泥混凝土路面的抗滑性能指標。利用MK-6橫向力系數測試儀對忻阜高速長城嶺隧道抗滑性能進行了檢測，依據《公路技術狀況評定標準》（JTG H20—2007）以百米作為評價單元，橫向力系數分布曲線如圖1所示，等級評定結果見圖2，根據檢測評定結果，長城嶺隧道橫向力系數合格率僅為1.8%，評價等級“差”占81.7%。為保證行車的安全性，針對長城嶺隧道路面抗滑性能的處治已迫在眉睫。

圖1 長城嶺隧道路面橫向力系數分布曲線

圖2 各車道等級評定結果

2.2 原因分析

根據長城嶺隧道水泥路面抗滑性能檢測評定結果，結合抗滑調查資料及忻阜高速現狀，對長城嶺隧道抗滑性能下降主要原因分析如下：

a）水泥路面細觀抗滑構造深度不足，刻槽對路面抗滑性能的提高有限。

b）水泥路面刻槽在高速行車及重載交通下抗磨損性能差。

c）隧道內路面常年無風吹日曬雨淋，導致汽車尾氣及油污容易在路面聚集，當遇水后，水會溶解油污成為潤滑體，導致路面的抗滑能力急速下降。

2.3 處治方案設計

根據長城嶺隧道抗滑系數檢測結果，結合原因分析提出采用同步薄層罩面技術處治隧道抗滑不足問題。具體方案如下：

銑刨1 cm水泥混凝土路面，加鋪2.5 cm同步薄層罩面。

同步薄層罩面技術是指改性乳化瀝青的噴灑和熱瀝青混合料的攤鋪由一臺專用攤鋪機同步完成，隨后通過鋼輪壓路機的適當碾壓形成的熱瀝青混合料磨耗層。改性乳化瀝青獨特的配方設計會使其在與熱混合料接觸的瞬間破乳并向上氣化填充混合料的下部空隙，確保磨耗層與原路面黏結，同步薄層罩面采用間斷級配，保證瀝青混合料的骨架結構。

3 材料技術要求

3.1 集料

粗集料生產必須選用3級破碎以上的破碎工藝，其中須包含反擊破，同時粗集料磨耗性應滿足相關技術要求。由于薄層罩面結構的特殊性，粗集料須采用粗糙、堅韌、有棱角的優質石料，確保粗集料的抗壓碎性能，同時要嚴格控制粗集料的針片狀顆粒含量。

細集料應確保干燥、潔凈、無雜質、無風化，并要嚴格控制顆粒級配。石屑或機制砂的潔凈程度應以砂當量（適用于0～5 mm）或亞甲藍值（適用于0～3 mm）表示。

3.2 礦粉

礦粉是選用巖漿巖或石灰巖等憎水性石料經研磨而成具有一定細度的粉末，生產前應確保原石料的干凈。生產的礦粉應潔凈、干燥，能自由地由礦粉倉流出。

3.3 瀝青

應用SBS改性瀝青，其各項指標滿足規范的相關技術要求。同時，改性瀝青還需滿足超薄磨耗層系統的相關技術要求，依據長城嶺隧道目前的交通條件及地理位置氣候環境，所選用瀝青還應滿足PG70-22的要求，以確保超薄磨耗層系統路用性能。

SBS改性乳化瀝青也應滿足磨耗層的整體設計技術要求，以確保該項技術的路用性能。

3.4 瀝青混合料技術要求

礦料級配范圍見表1，混合料設計采用馬歇爾試驗方法進行設計，體積、性能指標滿足表2、表3所示的技術要求。

表1 同步薄層罩面混合料礦料級配范圍

表2 同步薄層罩面混合料技術要求

表3 同步薄層罩面混合料配合比檢測指標

4 薄層罩面施工

4.1 混合料拌和時間和溫度

同步薄層罩面采用的是間斷級配瀝青混合料，不易拌和均勻，因此總拌和時間要求比普通改性瀝青混合料多拌和5 s，以所有礦料顆粒表面均勻裹覆瀝青為準，混合料的總拌和時間宜為30～50 s，其中干拌時間不少于5 s，具體拌和時間由現場試拌確定。

薄層罩面采用的SBS改性瀝青PG分級低溫等級應超過-22℃，高溫等級應超過70℃，5℃延度控制在30 cm以上，老化后5℃延度應控制在20 cm以上。混合料的拌和溫度應控制在165℃～175℃以內，礦料的加熱溫度應比瀝青溫度高10℃～20℃，瀝青混合料出廠溫度控制在175℃～185℃范圍為宜，高于200℃的混合料應予廢棄[2]。

熱瀝青混合料儲存時間不得太久，特殊情況必須儲存時應保存在具有保溫功能的儲料倉內，儲存時間亦不得超過12 h，且存儲期間混合料溫度降低不得超過10℃，且不得出現混合料老化及離析現象，否則應棄用。

4.2 攤鋪

改性乳化瀝青噴灑應將溫度控制在60℃～80℃，灑布量應嚴格控制，以確保路面攤鋪的均勻性；SBS改性乳化瀝青合理的灑布量約為0.85 L/m2。

瀝青混合料在改性乳化瀝青灑布后進行攤鋪，攤鋪溫度應控制在150℃～170℃，且瀝青混合料應攤鋪在已灑布改性乳化瀝青的路面上，然后由加熱的振動熨平板熨平。

4.3 碾壓

由于薄層罩面瀝青混合料特殊的級配，及施工機械的特殊性，在薄層罩面攤鋪完成后的初始壓實度基本達到了設計要求壓實度，碾壓的目的不是為提高壓實質量，而是將薄層罩面表面不平整的骨料歸位，提高路面的平整度與舒適性。故薄層罩面碾壓只能應用鋼輪壓路機靜壓，不得采用膠輪壓路機，同時需要注意以下幾點：

a）同步薄層罩面碾壓采用一臺10～12 t的鋼輪壓路機碾壓，并且全程靜壓。

b）鋼輪壓路機緊隨攤鋪機進行折返碾壓，每次碾壓路段長度大致相同，碾壓速度宜控制在5 km/h以內。

c）薄層罩面碾壓溫度應在90℃以上進行，施工結束后，路面溫度降到50℃以下就可開放交通。

5 同步薄層罩面施工質量控制

為獲得良好的路面使用性能，必須嚴格控制薄層罩面施工的各個環節，包括原材料質量、混合料性能以及施工現場的質量控制。

同步薄層罩面是種表面功能層，對表面功能質量具有嚴格的控制要求，首先要求路面要平整緊密，施工完畢不得有明顯的裂縫、油包、輪跡等缺陷，更不得出現離析現象。

同步薄層罩面混合料屬于間斷級配混合料，本身設計空隙率較大，能夠起到快速排水的作用，故而不能將滲水指標用于評價薄層罩面的質量，對此項技術防水性質量控制重點應在改性乳化瀝青原材料質量以及施工過程中的灑布量控制，而不需要進行滲水檢測。

由于同步薄層罩面施工厚度較薄，容易碾壓，故壓實度檢測無較大意義，相比而言嚴格控制施工過程中乳化瀝青和瀝青混合料的溫度尤為重要。

6 應用效果

隧道采用同步薄層罩面技術后，再次對其橫向力系數進行了檢測，橫向力系數分布曲線與等級評定結果見圖3、圖4所示。

圖3 同步薄層罩面施工后長城嶺隧道路面橫向力系數分布曲線

圖4 同步薄層罩面施工后各車道等級評定結果

從檢測結果可以看出經過同步薄層罩面技術處治的長城嶺隧道路面，橫向力系數分布在70左右，合格率達到100%，遠超過了瀝青路面橫向力系數設計值（SFC≥45），四車道的評價等級均達到“優”，說明此設計方案能很好地改善隧道路面抗滑不足的問題，對以后此技術的應用推廣具有重要意義。

7 結論

本文詳細介紹了同步薄層罩面技術在長城嶺隧道中的成功應用，通過對處治后隧道路面抗滑性能檢測，發現同步薄層罩面技術能有效改善原有水泥混凝土路面抗滑不足的問題，且獲得較好的舒適性與降噪效果，對以后薄層罩面技術在高速公路養護中的應用具有重要指導作用。

同步薄層罩面是種優良的耐久性表面層，具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性、防水能力、抗滑、抗磨耗等性能。同時同步薄層罩面施工速度快，可采用專門的攤鋪設備一次性完成改性乳化瀝青噴灑與混合料的攤鋪，攤鋪后約20 min即可恢復交通，開放交通速度快。