ATB在大同市道路建設(shè)中的應(yīng)用

石嵩山 徐倬偉

大同市2008年和2009年進(jìn)行了大規(guī)模的道路建設(shè)。2008年所建道路于2008年9月底將瀝青混合料鋪筑完畢，在2009年1月發(fā)現(xiàn)新建道路上存在橫向裂縫。通過前期調(diào)研，2009年5月，大同市道路指揮部組織道路相關(guān)參建人員，并邀請(qǐng)國(guó)外專家就2008年建成道路存在的道路橫向裂縫問題進(jìn)行深入分析，同時(shí)提出在半剛性基層與面層之間增加瀝青穩(wěn)定碎石(ATB)柔性基層來緩解裂縫的發(fā)展，并同意在2009年道路建設(shè)中進(jìn)行試驗(yàn)使用。結(jié)果表明，穩(wěn)定碎石(ATB)柔性基層能有效緩解道路裂縫，截止目前，2009年應(yīng)用ATB的新建道路沒有發(fā)現(xiàn)橫向裂縫。

1 道路橫向裂縫的產(chǎn)生

大同市2008年所建城市道路的路面結(jié)構(gòu)為:4 cm SBS改性瀝青混凝土(AC-13)+5 cm中粒式瀝青混凝土(AC-20)+7 cm粗粒式瀝青混凝土(AC-25)+20 cm水泥穩(wěn)定碎石(水泥含量5%)+36 cm水泥穩(wěn)定砂礫(水泥含量暫定3.5%)。施工過程中，由于水泥穩(wěn)定砂礫7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度需達(dá)到2.5 MPa，因此施工中增大了水泥穩(wěn)定砂礫中的水泥含量，使其達(dá)到4.5%～5%，在水穩(wěn)層鋪筑7 d后達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后即進(jìn)行上層混合料鋪筑施工。道路面層SBS改性瀝青混凝土截止9月底全部鋪筑完畢，在 2009年1月發(fā)現(xiàn)道路存在橫向裂縫，橫向裂縫如圖1所示。

2 道路橫向裂縫產(chǎn)生的原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘查

瀝青路面在使用期開裂是世界各國(guó)普遍存在的問題，專家們通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘和鉆芯取樣對(duì)瀝青混凝土面層橫向裂縫問題進(jìn)行分析。現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果是:裂縫大多出現(xiàn)在過路雨水支管的位置，通過鉆芯取樣可以看出幾乎都是因基層產(chǎn)生裂縫反射到面層貫通整個(gè)面層的裂縫。

2.2 橫向裂縫原因分析

1)水穩(wěn)基層剛度大，產(chǎn)生基層開裂。施工過程中為了滿足基層的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求及取芯完整，基層中摻入水泥量均超過設(shè)計(jì)要求值的0.5～1.0，這就使基層剛度增大。剛度較大時(shí)基層易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)變伴隨應(yīng)力發(fā)生，這就是裂縫開裂的主要原因。因此，半剛性基層的道路施工建成后在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)有規(guī)律的出現(xiàn)裂縫，高速公路一般是40 m～50 m出現(xiàn)，在市政道路中會(huì)出現(xiàn)在雨水等過路支管等剛度突變部位。2)水穩(wěn)養(yǎng)護(hù)期短，產(chǎn)生溫縮裂縫。一般水穩(wěn)在達(dá)到7 d的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后就會(huì)進(jìn)行下一層施工或者鋪瀝青面層，這就使基層養(yǎng)護(hù)不到位，應(yīng)力得不到充分釋放、產(chǎn)生收縮裂縫。此種裂縫是工程上發(fā)生比較普遍的裂縫，其產(chǎn)生主要是由于壓實(shí)后的水穩(wěn)基層水分不斷蒸發(fā)和水泥水化作用使水分不斷減少，產(chǎn)生吸附作用、毛細(xì)管作用、材料礦物晶體、凝膠體層間水的作用以及碳化收縮作用等，使水穩(wěn)基層壓實(shí)體積收縮，從而形成裂縫。這種裂縫一般在水穩(wěn)基層完工后20 d左右產(chǎn)生，縫寬多為1 mm～3 mm，橫向貫通或半貫通。3)溫度裂縫。瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松弛性能，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮，由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力或拉應(yīng)變一旦超過瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，瀝青面層就會(huì)開裂。表現(xiàn)在瀝青面層的裂縫在冬天縫寬明顯，夏天的裂縫變小。具體到大同地區(qū)，由于大同晝夜溫差大，冬季氣溫較低，因此溫度變化也會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3 影響裂縫產(chǎn)生的主要因素

1)瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)。瀝青和瀝青混合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開裂的主要因素之一。在瀝青性能指標(biāo)中，瀝青的溫度敏感性是影響瀝青路面開裂的主要指標(biāo)，溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。2)基層材料的性質(zhì)。基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少。基層上有透層油以加強(qiáng)與面層的粘結(jié)對(duì)抗開裂是有好處的，基層材料種類也是瀝青面層裂縫的主要因素之一。3)氣候條件。極端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時(shí)間、升降溫循環(huán)次數(shù)是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。4)交通量和車輛類型。半剛性基層中的最大拉應(yīng)力通常是由最重的車輪荷載產(chǎn)生的，并且對(duì)于半剛性路面，不同軸載對(duì)路面的破壞作用遠(yuǎn)不是4次方的關(guān)系，而是11次～13次方的關(guān)系，即使是通過次數(shù)較少的重荷載也對(duì)路面破壞起著重要作用。5)施工因素。主要指半剛性基層材料的碾壓含水量，半剛性基層完成后的暴曬時(shí)間等因素，要保證基層施工過程的壓實(shí)和施工后的養(yǎng)護(hù)工作。半剛性材料的施工質(zhì)量以及基層和瀝青面層之間的粘結(jié)性也是瀝青面層裂縫的主要因素。

4 預(yù)防裂縫產(chǎn)生的措施

針對(duì)以上原因和影響因素分析，結(jié)合大同市工業(yè)發(fā)展和氣候特點(diǎn)，經(jīng)集體討論分析，確定對(duì)于緩解裂縫出現(xiàn)主要是從基層上著手，從基層材料和施工過程兩方面來緩解裂縫出現(xiàn)的時(shí)間和頻率。

4.1 基層材料方面

1)采用級(jí)配較好的骨料來滿足水穩(wěn)基層的強(qiáng)度，減少水泥用量，降低基層剛度。2)在半剛性基層與面層之間設(shè)置應(yīng)力消減(應(yīng)力吸收)中間層，增加柔性基層，以吸收應(yīng)力和緩解裂縫出現(xiàn)的時(shí)間和頻率，可采用瀝青穩(wěn)定碎石層(ATB)來緩解裂縫的發(fā)展。還有如采用瀝青面層切縫灌縫措施，可達(dá)到規(guī)律的控制裂縫位置和寬度。但影響瀝青面層觀感質(zhì)量，且施工較為復(fù)雜。

4.2 基層施工方面

1)施工過程中，保證基層在最佳含水量下的壓實(shí)。且在滿足工程工期的情況下盡量增加水穩(wěn)基層養(yǎng)護(hù)時(shí)間，使基層的強(qiáng)度得到保證，應(yīng)力得到充分釋放。2)基層與面層之間的透層油粘結(jié)施工要保證使兩層間粘結(jié)良好。

5 預(yù)防裂縫措施(加入ATB柔性基層)的應(yīng)用

經(jīng)專家組研究，在道路基層和面層之間加入ATB柔性基層，具體路面結(jié)構(gòu)做法是:4 cm SBS改性瀝青(AC-13C)+6 cm中粒式瀝青混凝土(AC-20C)+7 cm粗粒式瀝青混凝土(AC-25C)+10 cm瀝青穩(wěn)定碎石(ATB-25)+1 cm瀝青表處+20 cm水泥穩(wěn)定碎石(5%)+15 cm水泥穩(wěn)定砂礫(3.5%)+15 cm礫石砂。

將上述措施應(yīng)用在2009年新建的城市道路上(以興云路為例)，道路參建各方均齊心努力加強(qiáng)施工過程控制。通過實(shí)踐證明，興云路為2009年9月底面層鋪筑完畢，截止目前，興云路沒有出現(xiàn)道路橫向裂縫。

因此，將ATB柔性基層應(yīng)用于大同市政道路中能有效緩解道路裂縫的出現(xiàn)。

[1] JTJG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].