重載交通下長壽命瀝青路面設(shè)計與施工技術(shù)

葛春雷

（河北路橋集團(tuán)第一工程有限公司，河北 石家莊 054001）

我國已建高速公路中，約90%是半剛性基層瀝青路面。雖然設(shè)計使用期是15年，但多數(shù)高速公路通車后不到6～7年，路面就開始產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，需要翻開路面重建。瀝青面層往往2～3年后就產(chǎn)生顯著的水破壞、泛油和轍槽，需要開始罩面或局部銑刨重鋪，不僅需要大量養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，而且對交通產(chǎn)生很大影響。如果我國新建和改建的高速公路設(shè)計使用期仍是15年，則在40年內(nèi)，至少要翻修重建三次。如今后新建、改建和擴(kuò)建高速公路都按長壽命路面設(shè)計和施工，可取得很大的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

長壽命路面的特點可概括為“一長（壽命長）、一多（常認(rèn)為建設(shè)投資應(yīng)稍多，但由于試驗路瀝青面層的厚度比生產(chǎn)路段的薄，油石比小，僅表面層用了改性瀝青等，所以實際投資并不多，試驗路建安費(fèi)明顯減少）、三少（大、中、小修的費(fèi)用少；使用者費(fèi)用少；全壽命周期總費(fèi)用少）”。使半剛性基層瀝青路面達(dá)到長壽命要求，是一個嶄新的課題。本文主要論述與半剛性基層瀝青路面長壽命有關(guān)的SAC設(shè)計理念、方法、結(jié)構(gòu)，新水泥碎石級配設(shè)計與檢驗方法，以及相關(guān)的施工工藝與設(shè)備。

1 新SAC系列設(shè)計

新SAC系列的設(shè)計理念是將瀝青面層的早期破壞與達(dá)到面層的功能要求結(jié)合在一起同時解決。

SAC系列包括常用作基層、底面層、中面層和表面層的SAC—30、SAC—25、SAC—20、SAC—16、SAC—13和SAC—10等多種。礦料級配中粗細(xì)集料的分界篩孔統(tǒng)一為4.75mm，即大于等于4.75mm的顆粒稱為粗集料，小于等于4.75mm的顆粒稱為細(xì)集料，小于0.075mm的顆粒稱為填料。因此，粗、中、細(xì)SAC的粗集料可篩分的粒級是不同的。例如，SAC—25的粗集料可篩分成26.5～19mm、19～13.2mm、13.2～9.5mm 和 9.5～4.75mm四個粒級；SAC—16的粗集料，只能篩分成13.2～16mm、9.5～13.2mm和4.75～9.5mm三個粒級。而全部SAC的細(xì)集料都可以篩分成2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、0.15～0.3mm和0.075～0.15mm共六個粒級。

1.1 SAC粗集料斷級配的礦料級配設(shè)計

所謂粗集料斷級配是指礦料級配中以粗集料為主，或占多數(shù)（通常不少于60%），設(shè)計粗集料的級配時，是一個冪函數(shù)，設(shè)計細(xì)集料的級配時，是另一個冪函數(shù)。提出的礦料級配設(shè)計方法，分粗、細(xì)集料各個篩孔通過量的設(shè)計。所用的基本方程為：式中：Dmax為實際最大粒徑。以往標(biāo)稱最大粒徑以上還有0～10%的較大顆粒。此少量大顆粒不利于室內(nèi)平行試驗的均勻性，也不利于施工現(xiàn)場該層表面的均勻性，所以在SAC的設(shè)計中，設(shè)定Dmax的通過率為100%。

由于式（1）中有兩個未知數(shù)A和B，要解這兩個未知數(shù)必須建立兩個聯(lián)立方程。設(shè)計SAC粗、細(xì)集料各個篩孔的通過量需要有三個控制點：第一個是Dmax的通過量100%；第二個是4.75mm的通過量30%～40%；第三個是0.075mm的通過量4%～8%，且Dmax愈大，0.075mm的通過量愈小。

計算SAC—25粗集料各個篩孔通過量的方程式為：

計算SAC—25細(xì)集料各個篩孔通過量的方程式：

1.2 兩階段檢驗理論和檢驗方法

兩階段檢驗理論和檢驗方法用于檢驗規(guī)定礦料級配是否適合某種巖石品種的粗集料。第一階段對原材料進(jìn)行檢驗，稱VCADRF方法；第二階段對瀝青混凝土試件進(jìn)行檢驗，稱VCAAC方法。這兩個方法的基本原理都是粗集料骨架間的孔隙率恰好被細(xì)集料、填料、瀝青填滿，同時保留部分空氣率（如2%～4%）。上述粗集料斷級配瀝青混凝土礦料級配方法和檢驗方法，于2007年3月7日獲國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的發(fā)明專利證書。

1.3 SAC系列的四種結(jié)構(gòu)

SAC系列有四種不同結(jié)構(gòu)，即緊密骨架密實結(jié)構(gòu)（粗集料含量在70%左右），一般骨架密實結(jié)構(gòu)（粗集料含量在65%左右），疏松骨架密實結(jié)構(gòu)（粗集料含量約60%）和懸浮式密實結(jié)構(gòu)（粗集料含量不足60%）。這四種結(jié)構(gòu)分別用于不同場合。

1.4 新SAC系列的六個優(yōu)點

（1）密實、透水性小，不易產(chǎn)生水破壞。

（2）SAC在國內(nèi)所用級配中，高溫抗永久形變能力最強(qiáng)。

（3）表面構(gòu)造深度大，秦皇島試驗路竣工后，測得50個點的表面構(gòu)造深度TD平均1.18mm，變異系數(shù)Cv=14.2%。

（4）可以在瀝青混合料溫度高時，用振動壓路機(jī)振動碾壓，既不會產(chǎn)生瀝青混合料推移，也不會出現(xiàn)橫向裂紋現(xiàn)象。

（5）很少粗細(xì)集料離析，外表美觀。

（6）價格低廉，由于SAC瀝青混合料的油石比小，SAC—25的油石比僅為3.4%～3.5%，SAC—16的油石比僅為4.4%～4.5%，SAC—13的油石比僅為4.5%～4.6%，它比SMA的油石比（6.0%）小得多，也比規(guī)范中的AC—I型明顯小，但性能好?？梢哉fSAC是價廉物美。

2 新水泥碎石級配設(shè)計

粗集料斷級配密實水泥穩(wěn)定粒料的級配設(shè)計方法及其密實性檢驗方法的研究成果于2006年9月申請國家發(fā)明專利，并于2007年公開。設(shè)計方法采用的基本方程同式（1）。其粗、細(xì)集料各個篩孔通過量（%）的設(shè)計方法與SAC的設(shè)計方法基本相同。

2.1 級配設(shè)計方法

為了求解式（1）中A和B的值，需要建立兩個聯(lián)立方程。為此設(shè)定，di=26.5mm時，P26.5=100%；di=4.75mm時，P4.75=36%。采用P4.75=36%是因為現(xiàn)場容易碾壓密實。由此可得計算粗集料（4.75～26.5mm）各個篩孔通過量的方程為：

計算細(xì)集料級配的方程時，一個控制點是4.75mm的通過量，其值為36%；另一個控制點是0.075mm的通過量，其值為3%～5%。為提高水泥碎石的抗彎拉強(qiáng)度和回彈模量，礦料級配中應(yīng)有3%～5%小于0.075mm的粉料。用此建立兩個聯(lián)立方程后，得計算細(xì)集料各個篩孔通過量的方程式為：

2.2 密實性檢驗方法

檢驗方法的基本原理是：混合料設(shè)計用重型擊實試驗法得到7d齡期設(shè)計抗壓強(qiáng)度為6MPa的水泥劑量、最佳含水量和最大干密度后，計算試件中粗集料的含量和孔隙率；此孔隙率被水泥、細(xì)集料、粉料和有效水填滿后，還余留1.6%～2%空隙率。研究還得到了對CBG—25強(qiáng)度很不敏感的級配范圍。其上限是美國100年前用于瀝青混合料的富勒公式的級配曲線，下限是筆者研究得到的中斷級配曲線。

3 相關(guān)施工方法與設(shè)備

3.1 穩(wěn)土基和路基路面綜合設(shè)計

在土基下1.5m處設(shè)置水平瀝青膜隔斷層，阻止氣態(tài)水上升；底基層底面向下兩側(cè)用防水土工膜做垂直向下直至隔斷層的防水墻，以保持此深度范圍內(nèi)的土基強(qiáng)度穩(wěn)定。這是國內(nèi)首次實現(xiàn)穩(wěn)土基和路基路面綜合設(shè)計的要求。

3.2 水泥碎石基層和瀝青面層施工方法

水泥碎石基層和瀝青面層施工方法主要針對CBG和SAC的拌和廠的設(shè)備配置和改造，可保證冷料有達(dá)到要求的穩(wěn)定的級配。水泥碎石基層與瀝青混合料的施工方法于2006年11月申請了國家發(fā)明專利，2007年正式公開。

3.3 粗集料單一粒級專用篩分機(jī)

粗集料單一粒級專用篩分機(jī)可將CBG—25和SAC—25的粗集料篩成19～26.5mm，13.2～19mm，9.5～13.2mm和4.75～9.5mm四個單一粒級的料。此設(shè)備是我國發(fā)明的。第一臺樣機(jī)在秦皇島試驗路的碎石廠首次試用，基本成功。篩得的粗集料中粉塵和泥土顆粒很少，除滿足上述新施工方法外，還有利于提高混合料的質(zhì)量。

4 結(jié)語

21世紀(jì)新建或翻修重建高等級公路，其路面結(jié)構(gòu)類型將主要是各種不同結(jié)構(gòu)的長壽命瀝青路面。建設(shè)長壽命半剛性路面最符合實踐科學(xué)發(fā)展觀的要求，在我國將會迅速推廣應(yīng)用。21世紀(jì)將是發(fā)展長壽命半剛性路面和路面技術(shù)水平全面快速提高的新時代。

[1] 薛振華.重載交通長壽命路面發(fā)展與應(yīng)用前景[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，11（4）：14-17.

[2] 袁志平.重載交通長壽命瀝青路面設(shè)計方法[J].黑龍江交通科技，2011，34（7）：104-105.

[3] 白子建，賀海，周驪巍.重載交通長壽命瀝青路面設(shè)計方法[J].城市道橋與防洪，2010，（12）：30-33.

[4] 張亮.重載交通瀝青路面設(shè)計指標(biāo)研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2013，（2）：44-46.

[5] 賴輝.剛性基層長壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)研究[J].江蘇建筑，2013，（2）：57-60.