高溫地區(qū)瀝青路面抗病害優(yōu)化建議

王 堯

中國水利水電第七工程局

1 氣候概況

本新建高速公路工程位于巴基斯坦中部具有火爐之稱的Rahim Yar Khan 地區(qū)，屬于熱帶氣候，項目所在地區(qū)氣候較為特殊，與國內(nèi)相比極端高溫，區(qū)域內(nèi)最高氣溫46℃～50℃，且持續(xù)時間長，每年3 月～11 月均處于高溫季節(jié)，其中5 月～8 月月平均高溫在40℃以上，多年平均降水量在100mm～200mm，2014 年幾乎未下雨。

2 瀝青路面現(xiàn)狀

本區(qū)域內(nèi)距本項目5Km左右現(xiàn)有一條與本項目平行走向的N5 國道。N5（原建）采用60-70 號石油瀝青，未改性；車轍痕跡明顯，路面破損嚴(yán)重，龜裂且縱向裂縫較多，外側(cè)重載車道的內(nèi)側(cè)更為嚴(yán)重，伴隨松散，部分路段面層中的集料顆粒脫落，粗細集料散失起砂，路面磨損嚴(yán)重，路表粗麻，表層剝落，局部從路表向下形成坑槽。基本每200m一處破損現(xiàn)象。

3 路面破壞原因分析

瀝青軟化點低，動穩(wěn)定度過低等，高溫狀態(tài)下，瀝青將呈現(xiàn)半流體狀態(tài)，對路面結(jié)構(gòu)層抗車轍能力產(chǎn)生嚴(yán)重影響，產(chǎn)生橫、縱向推移、擠壓、擁包等；另外由于施工的缺陷、車輛嚴(yán)重超載等原因?qū)囖H的產(chǎn)生推波助瀾。

瀝青老化性能不足，導(dǎo)致老化后抗拉強度顯著降低所致；孔隙率的不合理等也導(dǎo)致局部產(chǎn)生開裂；另外高溫狀態(tài)下，抗剪強度不足，易造成縱、橫向裂縫；N5公路路面破損主要原因是未考慮到區(qū)域極端高溫天氣，并且車流量大，重車、超重車比例較大。根據(jù)5 月底對N5 溫度的實測，路面實測溫度：上午7：00～9：00，路表溫度均在38℃～45℃，最高上升至47℃～54℃，下午14：00～16：00，路表溫度達60℃～72℃，在17：00～19：00，路表溫度達52℃～65℃。下午14：00～15：30采用鉆孔方式在N5路面以下13cm處檢測路面層間溫度，溫度為56℃～65℃。從實測溫度結(jié)果可知，上中面層路面溫度基本相差不大。從車轍實測統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車轍主要發(fā)生在上、中面層。

根據(jù)咨詢N5 反饋的數(shù)據(jù)，夏季炎熱地段路面溫度多達到70°以上；而普通瀝青軟化點不超過49。根據(jù)研究資料，當(dāng)溫度＞50℃時，瀝青路面的永久變形量急劇增加，在交通量相同的情況下，60℃的車轍深度為20℃下車轍深度的3 倍左右；在軸載次數(shù)＜104 次，路面車轍深度增長緩慢，當(dāng)軸載作用次數(shù)達到106次后，車轍深度急速增長，當(dāng)胎壓＞0.9MPA時，瀝青路面變形量明顯增加，車轍深度是0.7MPA胎壓下的1.5～1.8倍左右。

研究表明，瀝青混合料是溫度敏感性材料，溫度對其路用性能的影響尤為突出。當(dāng)溫度高于45℃時，溫度每升高5℃車轍深度增加大約1.8倍。

4 抗病害優(yōu)化建議

N5在出現(xiàn)車轍、裂縫等病害后，在K524～K576段采用摻5%（上、中面層）與4%（下面層）SBS 改性瀝青+抗車轍劑進行改建后，根據(jù)現(xiàn)場觀察K524～K576段改建后通車約2年，目前路面整體狀況良好，僅局部有輕微車轍、修補現(xiàn)象。

路面類型、材料、溫度、濕度、時間、荷載以及其它因素等都會影響路面材料的使用性能。根據(jù)N5 改建段瀝青技術(shù)指標(biāo)與實際使用效果來看，通過與未改造路段的對比分析，以下瀝青面結(jié)構(gòu)層優(yōu)化建議可作為參考：

（1）瀝青選用：瀝青標(biāo)號的劃分是根據(jù)針入度指標(biāo)來確定的。瀝青標(biāo)號的選用宜按照公路等級、氣候條件、交通條件、路面類型以及在路面結(jié)構(gòu)中的層位、施工方法等，結(jié)合當(dāng)?shù)厥褂媒?jīng)驗、技術(shù)論證后確定。對高溫持續(xù)時間長、重載交通、停車場、或行車速度慢的路段宣選用稠度大的瀝青。本項目氣候炎熱，且持續(xù)時間長，結(jié)合巴基斯坦N5公路及中國部分地區(qū)瀝青選用經(jīng)驗建議本項目下面層采用針入度級別為50的瀝青。

瀝青面層溫度與應(yīng)力的梯度往往10cm 左右容易出現(xiàn)破壞考慮到本項目高溫及重載（貨車比例高），為防止車轍出現(xiàn)，建議中面層瀝青選用選50號瀝青＋SBS與抗車轍劑雙改性。上面層主要起到磨耗作用，考慮到技術(shù)經(jīng)濟因素，可以不添加抗車轍劑，選用50號瀝青＋SBS改性即可。

（2）路面結(jié)構(gòu)選擇：設(shè)計圖紙上面層為5cm最大公稱粒徑為20型瀝青混合料，5cm 最大公稱粒徑為20型瀝青混合料易離析且壓實難度大，國內(nèi)早期瀝青路面中面層5cm,大部分出現(xiàn)了旱期病害。根據(jù)目前國內(nèi)成熟經(jīng)驗，采用20型瀝青混合料，一般厚度為6cm 以上，因本項目上面層為5cm，根據(jù)最大公稱粒徑與瀝青面層厚度的關(guān)系，建議本項目上面層采用16型瀝青混合料。

（3）瀝青混凝土基層：圖紙設(shè)計為16cm 瀝青混凝土。根據(jù)調(diào)研資料，本項目所在區(qū)域高溫，且持續(xù)時間長，交通量大，貨車比例高，重載車速慢。若采用原設(shè)計方案，中面層發(fā)生車轍的風(fēng)險較大。

在AASHTO設(shè)計方法中，可以利用以下公式并根據(jù)面層、基層和底基層的實際厚度計算實際的結(jié)構(gòu)數(shù)。

SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m3?a1,a2&a3=分別表示磨耗層，基層和底基層的結(jié)構(gòu)層系數(shù);?D1,D2&D3=分別表示磨耗層，基層和底基層的實際厚度（英尺）；

?m2&m3=分別表示基層和底基層的排水系數(shù)。

該公式的解不是唯一的，路面結(jié)構(gòu)有很多組合方案來滿足需要的結(jié)構(gòu)數(shù)，設(shè)計、施工以及成本等因素可以限制組合方案，以避免不切合實際的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。根據(jù)AASTHO路面設(shè)計指南方法計算得出的瀝青混凝土采取8cm+8cm 的分層方式。因此推薦中下面層選用8cm+8cm 的分層方式，具有抗車轍能力好、施工便利的特點。

5 結(jié)語

本高速公路項目地區(qū)氣候較為特殊，與國內(nèi)相比極端高溫，且持續(xù)時間長，設(shè)計和施工要求與國內(nèi)項目均有不小的區(qū)別。結(jié)合對相同環(huán)境條件的相似工程的建設(shè)經(jīng)驗和設(shè)計圖紙、當(dāng)?shù)匾?guī)范等對瀝青路面的高溫、重載情況下的抗車轍能力進行對比分析，通過對原材料選用、瀝青基層、面層結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。