應(yīng)力吸收層配合比設(shè)計(jì)及工程造價(jià)分析

李志鵬，齊 輝，劉 雙

(綏滿高速公路牡哈段大修工程建設(shè)指揮部)

應(yīng)力吸收層配合比設(shè)計(jì)及工程造價(jià)分析

李志鵬，齊 輝，劉 雙

(綏滿高速公路牡哈段大修工程建設(shè)指揮部)

在舊水泥混凝土路面加鋪瀝青結(jié)構(gòu)層的瀝青路面中存在反射裂縫問題，如何防止或延緩反射裂縫的產(chǎn)生是目前改建項(xiàng)目中的一大問題。為了解決相關(guān)問題，介紹了應(yīng)力吸收層的功能及優(yōu)點(diǎn)，重點(diǎn)研究了應(yīng)力吸收層的原材料組成，根據(jù)原材料特點(diǎn)研究了應(yīng)力吸收層的級(jí)配組成及配合比設(shè)計(jì)，并對(duì)應(yīng)力吸收層的工程造價(jià)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，得出設(shè)置應(yīng)力吸收層的瀝青路面可以節(jié)省73.4萬元/km的工程造價(jià)，節(jié)約造價(jià)成本效果顯著。

應(yīng)力吸收層;級(jí)配組成;目標(biāo)配合比設(shè)計(jì);工程造價(jià)分析

1 應(yīng)力吸收層配合比設(shè)計(jì)實(shí)例

以綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段大修工程實(shí)體工程為例，研究介紹應(yīng)力吸收層配合比設(shè)計(jì)過程。

1.1 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

應(yīng)力吸收層級(jí)配基于SUPERPAVE的設(shè)計(jì)理念，根據(jù)現(xiàn)場各類集料的級(jí)配組成進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，試配并優(yōu)選礦料的組成比例。以預(yù)估的瀝青用量為中值，按0.5%的間隔，取4個(gè)不同的瀝青用量成型旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，按照規(guī)定的方法確定最佳瀝青用量。

根據(jù)幾種礦質(zhì)材料的篩分結(jié)果，按照應(yīng)力吸收層級(jí)配范圍的要求，按圖解法對(duì)其進(jìn)行了礦料組成設(shè)計(jì)。通過調(diào)整，最后確定礦料的合成級(jí)配組成，見表1。

表1 應(yīng)力吸收層礦質(zhì)混合料組成配合計(jì)算表

應(yīng)力吸收層設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)選擇為N設(shè)計(jì)=50，測定設(shè)計(jì)壓實(shí)次數(shù)下試件的體積性能，從而確定最佳瀝青用量。從表1可看出，級(jí)配比較理想，所以混合料設(shè)計(jì)采用表1結(jié)果。根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配下各檔料的組合狀況，確定初始最佳瀝青用量為9.0%?；谠O(shè)計(jì)級(jí)配，采用四種瀝青膠結(jié)料用量壓實(shí)成型試件，瀝青膠結(jié)料用量分別為8.5%、9.0%、9.5%、10.0%。室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)拌和溫度為175℃，壓實(shí)溫度160℃，考慮到瀝青粘溫性能的差異，在生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)時(shí)拌和溫度和壓實(shí)溫度應(yīng)通過實(shí)際試驗(yàn)確定。四種瀝青膠結(jié)料用量下混合料的壓實(shí)特性和體積特性表2所示。

表2 不同瀝青用量下混合料體積性質(zhì)

空隙率中值所對(duì)應(yīng)的瀝青用量a1=9.1%，油膜厚度中值所對(duì)應(yīng)的瀝青用量a2=8.2%，瀝青飽和度中值所對(duì)應(yīng)的瀝青用量 a3=8.8%，以 a1、a2、a3的平均值作為 OAC1，即OAC1=8.7%。當(dāng)瀝青用量在8.92% ～9.08%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)，即 OACmin=8.92%，OACmax=9.08%，OAC2=(OACmin+OACmax)/2=9.0%。

取OAC1和OAC2的中值作為計(jì)算的最佳瀝青用量OAC=(OAC1+OAC2)/2=8.8%。

按計(jì)算的最佳瀝青用量8.8%，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)50次時(shí)，壓實(shí)混合料的各項(xiàng)體積性能符合設(shè)計(jì)要求。最終推導(dǎo)出最佳瀝青用量為8.8%。

1.2 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

生產(chǎn)配合比階段需要對(duì)拌和站冷料倉進(jìn)行標(biāo)定，之后按照目標(biāo)配合比確定的各種規(guī)格集料比例進(jìn)行供料，通過水洗篩分后，進(jìn)行配合比調(diào)整，取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量OAC，OAC±0.3%等3個(gè)瀝青用量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)和試拌，通過室內(nèi)試驗(yàn)及從拌和站取樣試驗(yàn)綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量。由于冷料倉的出料量的多少嚴(yán)重影響級(jí)配的好壞，而礦料在拌和站里進(jìn)行重新篩分也會(huì)讓級(jí)配發(fā)生變化，所以冷料倉的標(biāo)定和重新進(jìn)行瀝青用量的確定至關(guān)重要。

拌和站按照生產(chǎn)配合比進(jìn)行試拌、試鋪，對(duì)試拌瀝青混合料進(jìn)行級(jí)配、瀝青含量、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)等試驗(yàn)項(xiàng)目，由此確定生產(chǎn)用標(biāo)準(zhǔn)配合比的適用性，所以生產(chǎn)配合比的驗(yàn)證是工程進(jìn)行正式施工的關(guān)鍵所在。

2 工程造價(jià)

2.1 原材料使用造價(jià)

取1 km長度、雙幅路面寬22.5 m進(jìn)行分析，用2 cm應(yīng)力吸收層取代2 cmAC-25下面層。體積0.02×22.5×1 000=450 m3。取代部分下面層材料費(fèi)用如表3所示。

從原材料使用費(fèi)用分析，每鋪設(shè)1km應(yīng)力吸收層需要在原材料方面提高造價(jià)：

613 836 -317 972 =295 864元。

即在公路建設(shè)中設(shè)置應(yīng)力吸收層的瀝青路面，每公里比一般瀝青路面造價(jià)提高29.6萬元。

表3 應(yīng)力吸收層取代下面層材料造價(jià)

2.2 修建后運(yùn)營養(yǎng)護(hù)費(fèi)用

一般瀝青路面使用壽命較短，需要養(yǎng)護(hù)次數(shù)較多，增加公路運(yùn)營維護(hù)成本。同時(shí)由于路況變差，使車倆在路面行駛時(shí)油耗增加、車輛磨損、折舊費(fèi)用增大，由于行駛速度降低，造成旅客行駛時(shí)間延長、誤工費(fèi)增加等。并且，由于需要養(yǎng)護(hù)次數(shù)增多，造成路面因大、中修養(yǎng)護(hù)影響行車速度、增加行車距離，甚至易發(fā)交通事故等，這些因素都會(huì)使用戶費(fèi)用增加。

目前，鋪設(shè)應(yīng)力吸收層的瀝青路面，其壽命可比一般瀝青路面延長30%，即可比普通高速公路路面多運(yùn)營4～5 a，相當(dāng)于減少了普通公路的一次大修的費(fèi)用。普通高速公路大修一次的費(fèi)用如下：取1 km長度、雙幅路面寬22.5 m進(jìn)行分析，加鋪罩面厚度為4 cm。體積0.04×22.5×1 000=900 m3。加鋪罩面材料造價(jià)如表4所示。

表4 加鋪罩面材料造價(jià)

加鋪罩面層時(shí)，按人工費(fèi)15元/m3，1 km需花費(fèi)人工總計(jì)：

養(yǎng)護(hù)總共造價(jià)費(fèi)用：

即一般瀝青路面公路在建成后，需在養(yǎng)護(hù)方面比設(shè)置應(yīng)力吸收層瀝青路面工程造價(jià)提高103萬元。

2.3 應(yīng)力吸收層工程造價(jià)

通過對(duì)應(yīng)力吸收層在高速公路建設(shè)期間原材料使用費(fèi)用與建成后高速公路運(yùn)營養(yǎng)護(hù)費(fèi)用進(jìn)行綜合分析可以看出，雖然在建設(shè)時(shí)鋪設(shè)應(yīng)力吸收層每公里需要造價(jià)提高約29.6萬元，但在高速公路運(yùn)營期間，由于應(yīng)力吸收層所表現(xiàn)的優(yōu)良性能，可為高速公路節(jié)省每公里約103萬元的養(yǎng)護(hù)造價(jià)費(fèi)用。

設(shè)置應(yīng)力吸收層的瀝青路面可以節(jié)省73.4萬元/km的工程造價(jià)，對(duì)遠(yuǎn)期節(jié)約造價(jià)成本效果顯著。

3 結(jié)論

應(yīng)力吸收層作為防止或延緩舊水泥混凝土路面加鋪瀝青結(jié)構(gòu)層，以及新建半剛性或剛性基層瀝青路面反射裂縫產(chǎn)生、發(fā)展而設(shè)計(jì)的路面功能層，在防止或延緩反射裂縫的產(chǎn)生中起到了重要作用。所使用的改性瀝青能夠同時(shí)兼顧高溫和低溫性能，且具有較強(qiáng)的彈性恢復(fù)能力和良好的抗老化性能。應(yīng)力吸收層的配比與AC-5比較接近，所以礦料組成為0～3 mm、3～5 mm的集料、中砂和礦粉。

結(jié)合實(shí)體工程提出了應(yīng)力吸收層瀝青混合料設(shè)計(jì)、施工控制的工程礦料級(jí)配范圍，設(shè)計(jì)出了合格的應(yīng)力吸收層混合料。

從原材料使用造價(jià)、修建后運(yùn)營養(yǎng)護(hù)造價(jià)兩個(gè)方面對(duì)應(yīng)力吸收層的工程造價(jià)進(jìn)行了對(duì)比分析，得出設(shè)置應(yīng)力吸收層的瀝青路面可以節(jié)省73.4萬元/km的工程造價(jià)，節(jié)約造價(jià)成本效果顯著。

［1］劉丹.應(yīng)力吸收層材料組成及其特性研究［D］.長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

［2］王隨原，周志剛.舊水泥路面瀝青加鋪層反射裂縫防治方法［J］. 中外公路，2003，23(6)：11-14.

［3］石昆磊.高粘性瀝青應(yīng)力吸收層防治瀝青路面反射裂縫的研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

［4］高翠蘭.應(yīng)力吸收層瀝青混合料路用性能及力學(xué)性能研究［D］.山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

［5］交通部公路科學(xué)研究所.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40-2004)［S］.人民交通出版社，2004.

U415.1

C

1008-3383(2012)11-0026-01

2012-06-22