季凍區瀝青混凝土路面施工技術要點研究

傅川

（中鐵十二局集團國際工程有限公司，天津 300000）

1 引言

季凍區具有降水集中、雨熱同季、冰凍期長、晝夜溫差大等特點。從工程建設的角度出發，此類地區屬于惡劣氣候環境，在凍結和融化兩種狀態交替過程中，地質條件會發生明顯變化，尤其是在車輛荷載反復作用下，會導致瀝青路面過早出現破壞。為了降低路面病害的危險性，必須明確病害特點及成因，并采取針對性的技術措施。

2 季凍區瀝青混凝土路面病害特點分析

2.1 功能性病害

季凍區瀝青混凝土路面病害的種類有很多，整體上分為功能性病害和結構性病害。功能性病害會影響道路的使用功能，降低瀝青路面抗滑能力和平整度，破壞部位集中在瀝青面層。功能性病害中車轍病害占比最高，結構性車轍和失穩性車轍是常見的兩種類型，磨耗性車轍也占有一定的比重，壓密性車轍主要出現在縱坡路段。

對于季凍區瀝青混凝土路面產生車轍病害的原因，要從路線設計、基層性能、路面材料、交通壓力等方面綜合分析。高溫季節瀝青混凝土強度降低，在荷載作用下容易產生側向位移；在冬季車輛使用防滑鋼釘，會形成槽轍。瀝青混凝土路面抗滑性能損失主要是面層泛油和磨光導致的。如混合料出現瀝青含量過高、出現離析等現象，都會使自由瀝青從表面溢出，產生泛油現象。在車輛輪胎長期的摩擦作用下，路面會被逐漸磨光，尤其是防滑鏈的使用，會加重路面磨光。除了車轍病害和抗滑能力降低，季凍區瀝青混凝土路面還存在著松散剝落等其他影響行車體驗的功能性病害，需要從設計和施工兩個方面加強控制研究。

2.2 結構性病害

結構性危害通常會貫穿道路橫斷面，裂縫是典型的結構性病害，也是除車轍之外的第二大瀝青混凝土路面病害。在季凍區，由于溫度的變化幅度大，裂縫病害會逐年加重，進而出現嚴重的網裂情況。經研究發現，溫縮裂縫和反射裂縫是主要表現形式，疲勞裂縫占比相對較小。低溫收縮裂縫是季凍區瀝青混凝土路面特有的病害形式，會降低結構層承載力，在車輛長期荷載作用下，路面會從橫向裂縫或縱向裂縫發展成網裂。反射裂縫最初發生在半剛性基層底部，然后向上發展到路面，導致面層開裂。對于季凍區半剛性基層瀝青混凝土路面，采用密實型瀝青混合料能夠有效緩解反射裂縫。當瀝青層的層底拉應變超過極限拉伸應變時，裂縫會從底部開始向上擴展，使路面產生疲勞裂縫。除了路面結構問題，路基變形也會引起路面產生開裂病害，隨著反復的凍融，內部結構也會跟著膨脹與收縮，不斷加深破壞程度[1]。

3 季凍區瀝青混凝土路面施工技術要點

3.1 保證材料性能

孔隙率是影響瀝青混凝土性能的主要因素之一，也是配合比設計的核心控制參數。季凍區瀝青混凝土路面病害主要是由凍脹引起的，通過降低孔隙率能有效控制滲水系數，提高路面的耐久性。同時，孔隙率與瀝青混凝土的高溫穩定性也密切相關，需要合理控制下限。澆筑式瀝青混凝土具有極低的孔隙率與滲水系數，能夠提高路面的耐久性和低溫變形能力。但由于其高溫穩定性較差，應用受到局限，需要經過適度改良，保持澆筑式瀝青混凝土優點的同時提高高溫穩定性。在哈薩克斯坦TKU 項目公路改造過程中，制備了專用的富油瀝青混合料，隨著油石比的增加，混合料孔隙率下降顯著，各項性能指標也得到大幅度上升，獲得了良好的應用效果。

路面結構由面層、基層和墊層3 部分組成。面層直接承受車輛荷載；基層起到主要的承重作用，對強度、抗凍性、水穩定性、擴散荷載能力要求較高。根據道路等級的不同，路面結構設計有所不同，面層可以分為單層、雙層、3 層3 種形式，不同層位選擇不同類型的混合料。比如，在季凍區長大縱坡路段，面層應選用骨架密實型瀝青混凝土，保證面層的抗滑性能；中面層應選擇中粒式密級配混凝土，以具有較好的抗疲勞性和抗剪能力；下面層則應采用密集配瀝青混凝土，防止產生凍脹破壞。路面基層負有主要的承重作用，應具備良好的抗凍性、較強的抗沖刷能力以及較小的收縮性，應嚴格按照規范要求選擇基層材料，為面層提供可靠支撐。

3.2 設置特殊層位

為了提高季凍區瀝青混凝土路面的耐久性，除選用合適材料和優化配比外，還可以通過設置特殊功能層達到輔助增強的作用。半剛性基層開裂是路面產生結構裂縫的主要原因，由于半剛性粒料層具有明顯的溫縮性，并且干縮系數較大，在干縮性和溫縮性的共同作用下出現反射裂縫破壞。在半剛性基層與瀝青面層之間設置應力吸收層、土工格柵、玻璃格柵，都能有效緩解反射裂縫。應力吸收層改善了基層和面層的連接狀態，提高了界面抗剪強度以及推移變形能力。在季凍區潮濕路段路基與底基層之間設置抗凍墊層，能夠減少路基變形，提升基層和面層的抗凍脹能力、強度、穩定性。疲勞極限是影響瀝青混凝土路面耐久性的重要因素，采用抗疲勞層作為結構基層，能夠達到延長路面使用壽命的目的。根據相關研究，密集配瀝青混合料的疲勞壽命更長。另外，為了防止季凍區瀝青混凝土路面發生大面積剪切滑移，必須采取有效的結構層層間處治措施，加強基層面層之間的黏結度和完整性，避免出現結構性損傷，通過設置透層、下封層、黏結層，能夠有效強化層間連接[2]。

3.3 原料質量控制

瀝青混凝土主要由瀝青、細集料、粗集料、礦粉等原材料組成，有的還會加入木纖維素和聚合物。采用科學測定方法，可以對瀝青混凝土的高溫穩定性、低溫抗裂性、耐久性、抗滑性、施工和易性等主要技術指標進行分析。瀝青混凝土的耐久性與材料性質及配合比密切相關，應具備較小的孔隙率和較高的密實度，可以通過真空保水馬歇爾試驗或浸水馬歇爾試驗進行檢測。抗滑性能則與基料的表面結構、級配、瀝青用量等因素有關，可以通過適當增大集料粒徑、控制瀝青含蠟量、減少瀝青用量等措施，提高路面抗滑性。在季凍區，要嚴格控制瀝青的各項技術指標，根據設計要求選用合適的改性石油瀝青，同時加強施工過程瀝青性能指標檢驗，通過多層次、高頻率、全指標測試，保證其能夠符合工程施工要求。為了控制混凝土的級配，應選擇干燥、潔凈、有棱角、紋理深的粗集料，并且不含雜質和風化顆粒，具有足夠的耐磨耗性和強度；細集料則要匹配良好，能夠與瀝青產生良好的黏附效果。瀝青混凝土采用的木質素纖維要避免結團、受潮，應存儲在合適的環境中，保證拌和均勻、分散，能夠在干拌溫度下不發脆、不變質，同時要控制添加量誤差。

3.4 拌制過程控制

加強瀝青混凝土生產過程質量管理，嚴格控制冷料倉的進料比例與速度，保證集料流量達到標準要求。盡量做到供料均衡，避免篩分過程中出現混倉和集料離析。嚴格控制集料和瀝青的加熱溫度，除滿足一般技術要求外，還應該根據施工條件、運輸距離、天氣情況等因素調整瀝青混凝土的出廠溫度。通常情況下，早間第一鍋料溫度應該比正常溫度高10 ℃，用于補償機械設備、環境對熱量的吸收；中午施工時，混合料的出廠溫度應比正常溫度低5～10 ℃。嚴格控制混凝土攪拌時間，應該以拌和均勻為主要依據，結合色澤、亮度等進行判斷，保證集料全部裹覆瀝青。不同類型瀝青混凝土攪拌的溫度、時間要求不同。澆筑式瀝青混合料拌和溫度較高，攪拌時間較長，一般控制在干拌15 s、濕拌70 s 左右，還需要根據其他條件結合現場試拌后確定[3]。

3.5 運輸過程控制

做好瀝青混凝土運輸過程質量控制，科學設計運輸路線，嚴格控制行車速度，避免過于顛簸，使混凝土出現離析現象。為了防止運輸時溫度下降太快，應采用具有良好密封性的運輸車輛，并配備相應的保護設施，用于保溫和防雨，保證到場的混凝土溫度符合施工要求。通過對車廂涂抹水和柴油混合液，能夠防止車廂和混凝土發生黏結。對于已經結塊、遭受雨淋、溫度不符合要求的瀝青混凝土應予以廢棄。對于澆筑式瀝青混凝土運輸，應使用專門運輸設備，在運輸途中不斷攪拌和加溫，防止因混合料離析以及溫度降低導致無法使用。運輸設備主要包括攪拌系統、攪拌罐、加熱系統3 個部分，施工前做好攪拌罐清理工作，全面檢查攪拌系統和加熱系統，提前消除機械故障，嚴格控制設備內溫度設置和攪拌時間，如果發生故障，要立即將瀝青混凝土從攪拌罐中放出。

3.6 保證攤鋪效果

對于一般瀝青混凝土攤鋪，選用對底基層平整度敏感性差，工作穩定性好的履帶式攤鋪機，而對于較長距離或轉移工地施工，則選用輪胎式攤鋪機更好。攤鋪前，要檢查底基層是否能夠達到施工要求，清除表面松散料，保持黏結層干燥、清潔，確保下層施工質量。瀝青混凝土輸送效率要滿足連續攤鋪需求，保證攤鋪作業的持續性，即使出現斷料也要使攤鋪機保持在運行狀態。攤鋪時要嚴格控制攤鋪速度、厚度、高程，攤鋪機行走速度一般不超過2 m/min，使用鋼絲掛線的方式控制攤鋪厚度與高程，并安排專人隨時檢查記錄。瀝青路面盡可能全幅攤鋪，以減少縱向裂縫的產生。多臺攤鋪機同時施工時，應呈梯隊形向前連續攤鋪，同時注意控制重疊攤鋪的寬度。攤鋪機就位時，應將熨平板略微抬起，按照試驗段確定的松鋪厚度，調整好墊木高度，然后放下熨平板開始預熱。攤鋪過程中，送料器要連續運轉，兩側混合料高度要超過送料器實際高度的2/3。

3.7 碾壓密實成型

嚴格控制瀝青混凝土分層厚度，一般不超過10 cm，壓實成型按照初壓、復壓、終壓步驟進行。在攤鋪后仍有較高溫度的條件下開始初壓，采用輕型鋼筒式壓路機從外側向路中心碾壓，不少于兩遍；緊接著進行復壓，采用重型輪胎式壓路機或者振動壓路機，遵循緊跟、慢壓、高頻、低幅的基本原則，碾壓不少于4-6 遍；最后選用雙輪鋼筒式壓路機進行終壓，不少于兩遍，直到輪跡消除為止。碾壓過程中，壓路機必須保持勻速行駛，在混凝土可以獲得最大密實度的溫度條件下進行。如果接縫處混凝土溫度無法達到要求，需要使用加熱器提高溫度，以達到碾壓密實效果。對于壓路機無法施工的部位，可以采用小型夯實機械進行夯實[4]。

4 結語

綜上所述，季凍區的氣候條件對道路工程建設十分不利，尤其是采用瀝青混凝土這種對溫度敏感的材料，更容易因反復的凍脹作用及荷載變化導致病害的發生，所以，必須加強原材料控制和級配設計。通過設置特殊層位、把控技術要點，可以保證最終的施工效果滿足強度、穩定性、耐久性要求。