極端溫差環境高速公路路面抗轍抗裂施工技術

劉悅

一、工程概況

根據《新疆大陸干旱性氣候區瀝青路面結構組合及性能研究》項目前期研究進展以及實體工程實際進度，擬在京新高速梧桐到木壘段實施試驗段工程，本項目試驗段選用三段，每段500m，三段試驗路位于我標段連接線左幅K12+500-K14+000，共計1.5公里長，由中鐵16局二公司標段負責施工。

二、抗裂施工工藝

極端低溫條件下，瀝青路面結構在實際變溫中產生的溫度應力不能導致基層反射裂紋在短期內擴展，最終導致反射裂紋擴展的原因是路面結構長期的溫度疲勞。因此，對于本工程來說，若不及時處理，后期則很大概率出現路面強度下降現象，從而在大量行車荷載作用下，瀝青路面會產生結構性破壞，影響高速運轉。對此，可采取的措施有：

1.由于本工程裂縫主要發生在路面聯結薄弱處，因此處理時應加強接縫處的剛度和緊密度。其次，可在調查基礎上確定路面搭接中線，并以此為準在瀝青層裂縫處切開槽，同時在基層裂縫處也要切開槽。值得注意的是，在切縫處需避開行車道輪跡帶。

2.瀝青層厚度范圍內回填中粒式瀝青混凝土，基層厚度范圍內回填高強度微膨脹混凝土。待混凝土達到強度后，在其頂面噴灑透、封層油，并在覆蓋玻纖格柵后鋪筑瀝青面層。另外，鋪筑瀝青面層前，要在該接縫處需安裝止水貼。

三、AC-5瀝青混凝土配合比及施工工藝

1.原材料

AC-5采用SBSI-B改性瀝青，集料采用粒徑0～4.75mm的石屑以及礦粉組成，與中下面層同料源，且應潔凈、干燥。AC-5馬歇爾試驗成型條件：雙面各擊實次數75次，根據其體積指標及力學性能確定最佳油石比。

AC-5瀝青砂馬歇爾試驗配合比設計技術指標要求見表1。

表1 AC-5瀝青砂馬歇爾試驗技術要求

2.礦料級配設計

根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40-2004），推薦AC-5瀝青砂礦料級配范圍，如表2所示。

表2 瀝青砂礦料推薦級配范圍

3.生產配合比設計

（1）篩分熱料倉內各規格的礦料，經過檢測后確定材料的毛體積相對密度和表觀相對密度兩項關鍵參數。

（2）以礦料篩分結果為依據，組織礦料設計工作，以期得到合適的礦料組成方案。多次調整冷料倉的進料比例，經此操作后，直至達到各料倉幾乎平衡的狀態為止；切實提高級配曲線的可行性，盡可能趨近于目標配合比設計曲線。

（3）考慮最佳瀝青用量及其+0.3%、-0.3%三種用量，取用特定數量的瀝青，組織馬氏實驗，其中馬氏試樣在工地試驗室制備。

（4）經馬氏實驗后，得到生產配合比礦料級配，并檢驗現場試拌AC5瀝青砂力學性能。

四、高速公路路面材料性能與交通荷載分析

1.環境因素的影響

該工程地屬天山北坡，屬于典型大陸性干旱氣候，極寒氣候、日溫差、降雪、日曬均是常見的環境因素，其會對瀝青路面帶來不同程度的影響。其中，溫度變化的主要影響對象為瀝青混合料的高溫性能，該材料的散熱性相對有限，僅憑借自身的特性難以高效散熱，聚集在路面的熱量在較短時間內無法有效散發，隨著熱量的增加，迫使混合料伴有明顯的流變性特征，整體穩定性不足，加之車輛荷載的作用，路面發生變形，顯現出擁包、車轍損壞病害。

2.車載重量

道路車流量逐步增加，且車輛具有重載化的特點，受外部荷載的作用，路面易受到損傷，且在路面溫度較高時更為明顯，此環境下混合料的高溫穩定性不足，外力的作用會使內部結構發生變化，產生明顯的變形，最終路面整體受到損傷。在車輛總重量增加之下，路面的受損程度也隨之加重。

3.行駛速度

在相同荷載的條件下，隨荷載作用時間的延長，瀝青路面的受損程度增加。貨運車輛在高速公路車流量中占據較大的比重，荷載對路面的作用力較強，同時車輛行駛速度過慢，會延長荷載作用于路面的時間，從而導致路面受損。相比之下，車輛行駛速度較快時，在同荷載條件下其對路面的不良影響小于慢速行駛狀態。

4.渠化交通

交通量較大，以貨車為代表的重型車數量較多，此類車輛行駛速度較慢時，將會加劇交通渠化現象；由此進一步分析，在交通渠化程度越高時，路面車轍病害的發生概率越大，影響范圍也越廣。

五、車轍形成過程分析

車轍的形成并非一蹴而就，實際上其具有階段性的特征，是行車荷載反復作用下的結果，具體如圖1所示。

圖1 車轍形成過程

1.壓密階段：混合料原本相對松散，經過碾壓施工后，在外部作用下瀝青與膠漿被迫發生擠壓，逐步轉向石料間隙內，由此產生骨架結構。

2.壓密穩定階段：受車輛荷載等外力的作用，瀝青混合料組合結構的穩定性有所下降，部分物質呈半流動的狀態，原本穩定的路面形態發生改變，有變形的跡象。

3.剪切階段：外力荷載作用于集料上，自由面逐步存在瀝青和膠漿材料（兩者會向該處發生流動），此時有剪切現象。

若從宏觀層面分析，變形層主要被劃分為兩個區域，以輪跡邊緣的圓柱面為分界，形成密實流動區和流動松脹區。并且兩個區間的混合料存在聯系，即密實區的混合料通過斷面后，將逐步轉向流動松脹區，隨著該變化的持續發生，最終瀝青路面有大范圍的變形問題。

六、不同車轍類型的成因分析

1.失穩型車轍。外部產生剪切應力，路面面層在該部分力的作用下發生異常狀況，失穩、凹陷、橫向位移，即所謂的失穩型車轍。

2.結構型車轍。路面或基層的強度不足是出現結構型車轍的關鍵原因，此類車轍的寬度較大，兩側無隆起。

3.壓密型車轍。路面施工過程中未全面碾壓是關鍵的原因，壓密型車轍主要集中在車道線周邊的區域，兩側無隆起、有下凹。

七、車轍防治技術研究

1.混合料的級配設計方法

取3種SMA間斷級配，分別組織車轍試驗。結果表明：在瀝青混合料的原材料組成中，若粗集料的含量增加，則能夠提高混合料的抗車轍性能；若適當增加中粗集料的使用量，此時拌制成型的混合料具有更為突出的高溫穩定特性；而在選用骨架密實型集料后，施工成型的路面抗車轍性能突出。從這一角度來看，級配的選擇極為關鍵。

2.改性瀝青法

改性瀝青在提高混合料工程性能時具有突出的應用優勢，按照特定的比例將合適類型的改性劑添加至瀝青混合料中，得到改性瀝青，此類材料施工后的路面性能良好。試驗發現：在基礎試驗條件一致的前提下，對于形變量而言，SBS改性瀝青混合料的該值遠小于AH.70基質瀝青混合料，意味著基于SBS改性瀝青混合料的路面抗變形能力良好，該類材料對于改善路面性能而言具有積極意義，且在高溫穩定性方面具有更加突出的優勢。

八、結語

綜上所述，針對路面車轍病害發生概率高、影響范圍大的特點，需要加強理論研究，并緊扣實際條件，確定具有適用性的瀝青路面車轍防治新思路，通過相關措施的落實，切實提高瀝青路面的抗車轍性能。在本文中，則提出一些有關于瀝青路面車轍的防治措施，希望通過相關技術的應用，提高瀝青路面的綜合性能，避免車轍以及其它病害的發生。