高速公路瀝青路面技術(shù)改造淺析

譚 炯 吳革森 劉朝暉

隨著我國公路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展,高速公路建設(shè)日新月異,經(jīng)過20多年的建設(shè),高速公路總里程已經(jīng)躍居世界第二位,高速公路網(wǎng)和國省道干線路已基本成型。目前,半剛性基層瀝青路面仍是我國道路的主要結(jié)構(gòu)形式,隨著交通量的不斷增大,車輛荷載的重型化,我國的交通運(yùn)輸呈現(xiàn)“大流量、重載和渠化交通”的特點(diǎn)。隨著路齡的增長,瀝青逐漸老化,瀝青混凝土的抗車轍能力、抗溫度裂縫能力、抗疲勞破壞能力、抗松散能力都逐漸減弱。瀝青路面在使用過程中,結(jié)構(gòu)性破壞、嚴(yán)重水破壞、嚴(yán)重車轍、表面開裂等早期破壞現(xiàn)象愈來愈嚴(yán)重,二十世紀(jì)八九十年代初修建的瀝青路面提前進(jìn)入了大型養(yǎng)護(hù)維修期。如何因地制宜地選擇合理、科學(xué)的維修改造技術(shù),優(yōu)質(zhì)快速地修復(fù)這些路面,保證現(xiàn)有道路的服務(wù)質(zhì)量,是當(dāng)前及今后公路管理和養(yǎng)護(hù)部門所面臨的主要問題。

1 瀝青路面的主要病害調(diào)查及分析

1.1 路面結(jié)構(gòu)性破壞調(diào)查分析

瀝青路面結(jié)構(gòu)性破壞是最嚴(yán)重的一種早期破壞,瀝青路面一旦發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞,其他使用性能就根本談不上,路面必須翻修重建;它不但嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸,而且翻修路面比新建路面的工程還繁重,投資更大。目前高速公路局部路段產(chǎn)生早期路面結(jié)構(gòu)性破壞的現(xiàn)象較多。大多數(shù)早期修建的高速公路存在半剛性基層厚度不足、施工工藝低下、盲目搶工期等問題,隨著交通量的不斷增大,車輛荷載的重型化,雖然瀝青面層厚度有12 cm～18 cm,有的維修罩面后甚至有20 cm以上,但其結(jié)構(gòu)的承載能力不能抵抗現(xiàn)有行車荷載的反復(fù)作用,結(jié)構(gòu)性破壞路段逐年增加。一般來說,增大瀝青面層厚度會顯著減小粒料基層、底基層及土基的永久變形。為減小基層、底基層及土基的變形而增大瀝青層厚度,經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如從改善基層、底基層和土基本身著手。

1.2 路面水破壞調(diào)查分析

有調(diào)查研究表明,瀝青面層的表面層、中面層和底面層哪一層都不能讓水侵入和滯留。只要水能侵入任何一層并滯留在層內(nèi),該層在車輛行駛過程中的動水壓力作用下就會產(chǎn)生水破壞。近些年來,在我國表面層用改性瀝青SMA、中面層用改性瀝青AC-20Ⅰ或改性瀝青AC-25Ⅰ的高速公路較多。國道主干線有,非國道主干線也有,雖然瀝青面層的總厚度達(dá)16 cm～18 cm,半剛性材料層一般達(dá)到54 cm～56 cm厚,但沒有取得良好效果。其主要原因是:壓實(shí)功不夠、材料級配不穩(wěn)定、施工離析嚴(yán)重。

1.3 車轍破壞調(diào)查分析

近些年來,一些已通車多年的高速公路甚至一些新建的高速公路,其表面層和中面層都使用了改性瀝青,但通車不到一年,行車道就產(chǎn)生了嚴(yán)重轍槽。眾所周知,在其他條件相同的情況下,柔性路面的車轍要比半剛性路面嚴(yán)重得多。此外,我國絕大多數(shù)已建成高速公路瀝青路面的表面構(gòu)造深度達(dá)不到要求,直接影響高速行車時的安全。我國高速公路的使用經(jīng)驗(yàn)證明,半剛性路面不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞,瀝青面層的早期破壞現(xiàn)象卻不斷。

2 對瀝青路面主要病害的技術(shù)改造措施

2.1 改善路基和半剛性基層,提高承載能力

在對瀝青路面進(jìn)行技術(shù)改造時,對于局部產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性破壞的路段,基本做法是銑刨路基以上所有結(jié)構(gòu)層,回補(bǔ)等厚等強(qiáng)度的級配碎石底基層和水穩(wěn)基層以恢復(fù)路面承重層承載能力。但當(dāng)遇到潮濕路基(石質(zhì)挖方段除外)時,應(yīng)增加相應(yīng)的處理措施。首先,翻曬路基頂面20 cm路基土保障其處于干濕或中濕狀態(tài),對其采用土壤固化劑穩(wěn)定路基土;其次,疏通和改善路面排水系統(tǒng),可在路線凹曲線底部連續(xù)設(shè)置3條～5條從中央分隔帶至土路肩的橫向盲溝;再次,設(shè)置排水良好的碎石墊層或?yàn)r青隔斷層(挖方路段一般為換填深度底部,且應(yīng)高于邊溝下滲溝的底面,石質(zhì)挖方路段可不設(shè)置)。瀝青隔斷層具體設(shè)置方法:在整平路基表面后,先灑布0.4 kg/m2～0.5 kg/m2的快裂型乳化瀝青,待破乳后再灑布1.9 kg/m2～2.1 kg/m2的石油瀝青(A-70),使瀝青膜在整個路基斷面內(nèi)成層,對路基氣態(tài)水起到有效的隔斷作用。為防止施工車輛對瀝青膜隔斷層產(chǎn)生損壞,在灑完瀝青層之后,用碎石撒布車撒布55%～60%(16 mm～19 mm)單一粒級的碎石加以保護(hù)。最后,回補(bǔ)等厚等強(qiáng)度的級配碎石底基層和水穩(wěn)基層。

在實(shí)際施工過程中,為了節(jié)省時間,直接回補(bǔ)等厚高強(qiáng)度的水穩(wěn)底基層和水穩(wěn)基層。此種方法雖然短期效果可行,但實(shí)為治標(biāo)不治本。高強(qiáng)度水穩(wěn)容易產(chǎn)生裂縫,水穩(wěn)裂縫反射至路面上層,影響行車舒適性;在行車荷載作用下,路基氣態(tài)水從裂縫向上侵蝕,使水穩(wěn)底基層和基層剝落松散,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力減弱。

2.2 變廢為寶,推廣場拌再生技術(shù)

在瀝青路面技術(shù)改造過程中,將產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料,它是一種可再生利用的材料資源。瀝青路面場拌冷再生技術(shù)就是將舊瀝青路面材料(包括瀝青面層材料和部分基層材料)經(jīng)銑刨重新破碎篩分后,以一定的摻配比例與新集料、瀝青類再生活性材料(乳化瀝青或泡沫瀝青)、活性填料(水泥)、水進(jìn)行常溫拌和,鋪筑形成路面結(jié)構(gòu)層。實(shí)驗(yàn)研究表明,冷再生混合料的極限劈裂變形、劈裂強(qiáng)度及回彈模量等指標(biāo),均介于半剛性材料和瀝青混凝土材料之間,兼有半剛性材料和柔性材料的力學(xué)特性,是一種介于半柔、半剛的路面材料。其半柔、半剛的力學(xué)特性能從源頭上克服半剛性基層材料存在的裂縫難于解決的問題,作為瀝青路面上基層能有效防止反射裂縫。相比瀝青碎石ATB-25,其開發(fā)應(yīng)用成本較低,僅為ATB-25的57.7%,社會經(jīng)濟(jì)效益更佳。另外,場拌冷再生由于經(jīng)過破碎、重新篩分、摻配,其均勻性、路用性能指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)性比就地冷再生要好。

2.3 強(qiáng)基優(yōu)面,提高使用性能

首先,要優(yōu)化基層和面層級配,建議采用骨架密實(shí)型級配SAC或SMA,采用SAC礦料級配設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)方法對瀝青路面和水穩(wěn)基層進(jìn)行級配設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。增強(qiáng)基層強(qiáng)度,提高半剛性基層承載能力。中下面層采用硬質(zhì)瀝青A-30或改性瀝青,表面層采用改性瀝青或橡膠瀝青;其次,嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量,粗集料控制為4.75 mm～9.5 mm,9.5 mm～13.2 mm,13.2 mm～19 mm,19 mm～26.5 mm四檔,細(xì)集料控制為0 mm～2.36 mm,2.36 mm～4.75 mm兩檔。原材料各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)滿足規(guī)范要求。粗集料分別放在四個料倉和對應(yīng)的四個料斗中。堆料場地不同粒級的料要用磚墻隔成四個堆料倉,細(xì)集料堆在兩個堆料倉中;最后,施工期間,加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控。

2.4 加強(qiáng)層間粘結(jié)

1)半剛性基層層間噴灑適量水泥稀漿,保證層間結(jié)合緊密。2)為了封閉基層表面,防止水分滲入基層,增強(qiáng)基層與面層之間的粘結(jié),在基層頂面設(shè)置瀝青粘結(jié)防水下封層。具體做法為:先噴灑0.6 L/m2～1.0 L/m2煤油稀釋瀝青透層,透層瀝青在灑布后要能透入基層5 mm以上,并且不能在基層表面形成油膜。再灑1.7 kg/m2～1.9 kg/m2的熱瀝青(石油瀝青A-70)下封層。3)為加強(qiáng)中下面層之間粘結(jié),噴灑0.3 L/m2～0.6 L/m2快裂型乳化瀝青粘層。4)在瀝青面層中上面層之間噴灑2.1 kg/m2～2.3 kg/m2SBS改性瀝青粘結(jié)防水層。5)在下封層和防水粘結(jié)層的瀝青層表面均勻撒布55%～60%(13.2 mm～19 mm)單一粒級的碎石加以保護(hù),并進(jìn)行穩(wěn)壓。撒布的碎石應(yīng)滿足粒徑規(guī)格要求,碎石撒布不能鋪滿,以防止形成一個整體層次,造成上下層之間的隔離和分層,撒布量以施工機(jī)械和施工車輛不粘輪胎為好。

3 結(jié)語

1)對瀝青路面進(jìn)行技術(shù)改造,從改善路基和半剛性基層,提高路面承載能力著手。保障路基處于干濕或中濕狀態(tài),疏通和改善路面排水系統(tǒng),設(shè)置排水良好的碎石墊層或?yàn)r青隔斷層以防止氣態(tài)水上升。實(shí)踐表明,應(yīng)重視早期日常預(yù)防性養(yǎng)護(hù),將防水和保證路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度作為養(yǎng)護(hù)重心,以減少養(yǎng)護(hù)成本和養(yǎng)護(hù)周期。2)場拌冷再生混合料半柔、半剛的力學(xué)特性能從源頭上克服半剛性基層材料存在的裂縫難于解決的問題,作為瀝青路面上基層能有效防止反射裂縫。相比瀝青碎石ATB-25,其開發(fā)應(yīng)用成本較低,僅為ATB-25的57.7%,社會經(jīng)濟(jì)效益更佳。3)堅(jiān)持以“強(qiáng)基優(yōu)面”思想為指導(dǎo),從優(yōu)化級配、提高瀝青路面使用性能、加強(qiáng)層間粘結(jié)、加強(qiáng)原材料控制和施工質(zhì)量控制等方面著手,對我國瀝青路面進(jìn)行技術(shù)改造。

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