談高速公路工程路面墊層的施工技術

郝 少 軍

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

1 概述

伴隨省內高速公路路網的不斷完善和升級，高速公路的通行能力和效率得到長足發展；在省內既有及新開工建設的高速公路中，幾乎所有的高速公路均采用了瀝青路面結構形式，瀝青路面憑借良好的行車平順性、較高的承載能力、施工周期短、后期養護維修成本低等優勢，已經成為當前省內高速公路路面施工中的最優選擇。在省內的高速公路瀝青路面施工過程中，“強路基，薄路面”的設計及施工思維對省內高速公路施工影響深遠，在路基施工過程中，由于排水施工不徹底，路基中的游離水在外荷載的作用下容易向上滲透，最終影響路面及路基結構的承載能力。高速公路瀝青路面墊層結構對于防止路面水分滲透、分散反射應力、提升路面、路基結構承載強度、剛度及穩定性具有重要作用。

總結近幾年的高速公路路基、路面施工經驗可知，省內廣泛使用的半剛性半柔性瀝青路面的承載能力在外荷載和惡劣環境的耦合作用下將出現承載能力逐步下降的基本趨勢。路基路面結構在游離水的影響下，將導致路基結構層和瀝青結構層的抗壓強度值下降，且下降速率隨著服役時間的推移而不斷增加，歸根結底，水損壞是省內路基路面結構破壞的主因之一。為了提升路基路面結構的承載能力和耐久性，在路面層底部加設墊層結構，借助墊層的疏解功能，將路面結構層中的多余水分借助汽水平衡原理排出結構層外，從而起到延緩使用壽命的目的。

2 高速公路路面墊層結構分析

2.1 高速公路路面墊層結構功能分析

高速公路瀝青路面墊層結構形式布設在路面基層和路基上層之間，屬于典型的過渡結構層，墊層的基本功能是改善和緩解路基結構的溫濕度狀況，確保瀝青路面面層及基層的承載能力、變形剛度、荷載穩定性等指標不會受到游離水凍脹作用的影響。墊層結構還能夠及時疏散路面基層及面層傳導來的車輛荷載，從而降低路基土體及瀝青混合料的變形值。綜合分析高速公路瀝青路面墊層結構，其功能作用可以歸納為以下幾點：第一，輔助提升路基結構的承載能力，實現路基和路面基層之間的平緩過渡；第二，借助汽水平衡原理，墊層能夠及時平衡滲透至路面基層及墊層中的游離水；第三，高速公路墊層結構的碎石粒徑值較大，進而導致墊層結構的自然孔隙率較大，不容易引發毛細效應，可以有效防止在冬季環境下的瀝青路面凍脹破壞；第四，墊層結構可以顯著抑制來自路基層的反射裂縫，且墊層結構在荷載作用下具有天然地裂縫自愈合能力，路基開裂后，墊層碎石能夠在外荷載作用下實現顆粒重分布，進而實現應力重分布，實現路基開裂裂縫的自愈合。

2.2 高速公路瀝青路面墊層對整體結構的影響

高速公路瀝青路面在外荷載作用下容易出現彎沉變形，導致半剛性瀝青路面的基層底部出現較大的應力，在拉應力作用下，容易導致瀝青路面結構出現應力疲勞破壞。經理論模型計算可知，半剛性瀝青路面基層底部的拉應力值與瀝青基層厚度、面層彈性模量等參數聯系緊密，因此，文章選取車輛荷載中心位置作為計算基準。表1為墊層結構不同彈性模量條件下的路面基層底部拉應力理論值。

表1 墊層不同彈性模量條件下的路面基層底部拉應力理論值

分析表1可知，高速公路瀝青路面墊層結構的彈性模量值對于路面基層底部的拉應力效應影響顯著；此外，高速公路瀝青路面墊層結構的彈性模量值與高速公路路面基層底部的拉應力值呈明顯的負相關關系。

對于高速公路瀝青路面而言，在荷載作用下的彎沉也是瀝青路面的典型病害之一，瀝青路面的豎向變形是表征路面綜合承載能力及運營狀態的基本指標之一，路面豎向變形是路面層、路基層變形的幾何疊加結果，是路面路基層變形的集中體現。依照國內現行的設計施工規范要求，在標準軸載作用下，瀝青路面表面的輪隙中心位置的彎沉指標是路面抗變形能力的重要參照。表2為瀝青路面墊層結構中，不同彈性模量墊層材料對應的路面彎沉值統計結果。

表2 不同彈性模量墊層材料對應的路面彎沉值統計結果

分析表2可知，高速公路瀝青路面墊層結構的彈性模量提升程度對瀝青路面的彎沉影響極其顯著，高速公路瀝青路面墊層結構彈性模量提升的前提下，可以顯著降低瀝青路面的彎沉值。

高速公路瀝青路面結構體系中的墊層結構處于路基結構層和路面結構層的交界處，在具體施工過程中，墊層結構視為路基結構層的一部分。但是，在路基及路面檢測驗收過程中，選用的路基土體的彈性模量值為原值，即：40 MPa。加設墊層后，路基路面系統的整體彈性模量值明顯高于原始的路基模量值，在該條件下，原有的公路交竣工驗收標準則略微偏低，繼續依照原有的標準進行驗收，將無法滿足施工質量控制的目的。表3為路基彈性模量差異對路面彎沉的影響統計結果。

表3 路基彈性模量差異對路面彎沉的影響統計結果

分析表3可知，路基結構層的彈性模量值增加，路面表面的彎沉值相應降低，且降低速率不斷減小，且在路基結構的彈性模量值處于低位時，材料彈性模量值對瀝青路面彎沉的影響反而較大。

3 高速公路路面墊層施工技術及工程應用分析

3.1 項目概況

本文選取省內南部新建高速項目為研究案例，該項目地處省內西南部地區，地面高程值介于150 m～200 m范圍內，其中，有50%以上路段地處山區及沿河位置，項目地處溫帶大陸性季風氣候，四季分明，夏秋季多雨，由于沿河和山區工況環境影響，標段內多個地區地質及滲水災害頻發。

3.2 墊層施工工藝及關鍵技術應用分析

在省內高速公路瀝青路面墊層施工實踐中，常用的施工工藝有兩種，即：平地機聯合推土機施工，該施工工藝成本較低，但施工質量難以控制；另一種是借助集料攤鋪設備施工，集料拌和采用拌合機完成，該施工工藝自動化程度高，施工成本較高，使用質量控制能力強。為了保證瀝青路面墊層結構的施工質量和質量控制能力，擬采用第二種施工工藝完成。

合理級配碎石質量直接決定了碎石墊層的施工質量，為了保證級配碎石的級配合理性，擬選用廠拌法，提高級配碎石拌和效率；在后期級配碎石的運輸、攤鋪及壓實過程中，級配碎石的天然含水率將出現不同程度的損失，為了保證級配碎石的最佳含水率，在廠拌階段的加水量應略大于最佳含水率值。級配碎石攤鋪施工時，建議使用專業的攤鋪機，可以提高攤鋪效率，有利于攤鋪質量控制，工程實踐表明，攤鋪機攤鋪后的墊層結構，級配碎石離析不明顯、水分散失小，且攤鋪厚度、表面平整度等指標均滿足施工規范要求。圖1為攤鋪施工現場情況。

墊層壓實施工是整個施工過程的核心環節，墊層結構的強度形成主要依賴于墊層碎石壓實，在壓實荷載作用下，導致碎石顆粒之間相互擠壓嵌入，借助壓實設備的振動效應，能夠使細集料碎石充分填充、嵌入到粗集料孔隙中，最終形成墊層結構承載強度。圖2為壓實施工現場情況。

墊層壓實施工應遵循“先輕壓、后重壓，先慢速、后快速”的基本原則，壓實施工分為初壓、復壓及終壓三個環節，初壓和終壓均為靜壓實，且終壓推進速率略快于初壓，復壓采用動壓模式，推進速率與終壓一致，復壓先低頻壓實2遍后，再切換至高頻壓實3遍。

4 結語

高速公路瀝青路面墊層結構具備防滲性能良好、綜合承載能力高、剛度大、穩定性好等諸多優勢，能夠顯著提升瀝青路面及路基結構體系的整體性和瀝青路面的服役時限；文章以省內高速公路瀝青路面墊層施工為研究案例，詳細分析了墊層的結構特性及影響因素，并對施工工藝進行了具體分析；經項目實踐研究論證了墊層施工的可行性。