高速公路大厚度瀝青路面施工技術探討

【摘 要】大厚度瀝青路面施工技術可減少施工環節，提高路面使用品質，降低工程建設費用，也有利于完善我國高速公路瀝青路面結構設計與材料組成設計，對提高我國高速公路建設技術水平具有一定的的現實意義和實用價值。工程實踐證明，瀝青路面大厚度施工不但避免了瀝青路面分層施工造成的問題，而且解決了瀝青路面設計與施工不配套問題，是未來高速公路路面施工的方向。

【關健詞】高速公路；瀝青路面；大厚度施工；雙層攤鋪

引言：

瀝青混凝土路面設計以彎沉為指標，應用多層彈性理論計算確定路面厚度，并對層底拉應力進行驗算。這一路面設計理論體系與世界發達國家的路面設計方法相比是很先進的，但是這里有一個前提假設—“層間接觸條件為完全連續體系”。而實際施工是路面分三層施工，盡管采取了封層、粘層等措施，路面層間粘接仍是薄弱環節，不可能是完全連續體系。往往在通車前，各分項工程交叉施工無法避免，層間污染非常嚴重。分層施工后，層間粘接不能形成嵌鎖，造成了路面層間滑動。由于設計與施工的不配套，盡管設計出來的路面是完善的，但施工達不到理想的設計要求，實際路面與理論設計存在差距，發生早期破壞就不足為怪了。所以高速公路路面不分層施工或盡量減少分層施工層數，是擺在面前的現實課題。

1、瀝青混凝土路面分層施工存在的問題

（1）層間粘接。如前所述，瀝青混凝土路面分層施工的突出問題是層間粘接不能相互嵌鎖，造成層間不連續，路面開裂后水進入層間，行車時的動水壓力和靜水壓力使瀝青與石料剝離，出現路面松散、坑槽。

（2）溫度離析。分層施工的第二個問題是由于攤鋪層太薄，溫度散熱快，攤鋪時容易出現溫度離析，碾壓達不到規定的壓實度。一旦出現溫度離析，無論使用膠輪壓路機或是鋼輪壓路機，甚至將石子壓碎，空隙率仍然很大，是造成路面早期破壞的元兇。

（3）施工周期與成本。分層施工周期長，又浪費粘層油，增加道路的總體成本。

2、瀝青混凝土路面大厚度施工的保障條件

減少攤鋪層數可有效克服上述問題，但是減少攤鋪層數必然增大攤鋪厚度，由于受機械水平的限制，《公路瀝青路面施工技術規范）） （ JTG F40-2004 ） 規定“瀝青混凝土路面的壓實層最大厚度不宜大干100 mm\"。近幾年，路面施工機械發展很快，路面壓實機械雙鋼輪振動壓路機噸位已提高到13-17 t，整體性能也得到提高，故將瀝青混凝土路面壓實層厚度提高到12-15 cm是可行的。

3、大厚度瀝青混凝土路面施工技術

3.1 瀝青混合料類型的選擇

現在國內高速公路三層路面結構一般為上面層AC13或AC16、中面層AC20、下面層AC25混合料。從已通車的高速公路來看，基于施工難易程度和使用功能兩方面，上面層采用AC 13混合料、中下面層采用AC20混合料為宜。因為上面層一般較?。▋H4-5 cm），使用AC16混合料厚徑比太小，無法保證壓實度要求；下面層使用AC25結構，攤鋪時離析嚴重，均勻性差，碾壓困難。

3.2 攤鋪方案

設計半剛性基層瀝青路面厚度為18 cm，上、中、下面層的厚度為4、6、8 cm，采用大厚度攤鋪技術時，有兩種攤鋪方案 。

（1）改變混合料種類和結構層厚度，中、下面層合二為一上面層厚度由4 cm調整為5 cm，中下面層剩13 cm統一調整為AC20混合料，一次攤鋪成型。

該方案無須特殊的攤鋪設備，使用常規的攤鋪機即可。大厚度攤鋪層松鋪系數在1.19-1.25左右，具體根據試驗而定。雖然攤鋪厚度增加了約一倍，但松鋪系數并不成比例增加，這與攤鋪機的振搗力有關，每個攤鋪都不一樣，不可一概而論。

該方案操作性強，等于中、下面層合二為一攤鋪，施工簡單；缺點是中、下面層必須是同一種混合料，要改變混合料種類和結構層厚度，執行起來難度大。

（2）維持混合料種類和結構層厚度不變。選用特殊的雙層攤鋪機械（圖1 、2），該攤鋪機為戴納派克F300C/S，實際是2臺攤鋪機合二為一，可同時攤鋪兩種不同的混合料，一種混合料由常規的自卸車供料，另一種混合料由瀝青混凝土轉運車供料。

使用該機械可同時攤鋪中、下面層混合料，也可同時攤鋪中、上面層混合料，無須改變原路面設計方案。

該方案可攤鋪上、中、下面層3種不同的混合料，比第一種方案更靈活，選擇余地大，缺點是攤鋪費用較高。

如果路面結構設計為4層，采用該方式效果最佳，可以將4層攤鋪減少為2層攤鋪，可大大提高路面質量，減少養護期的費用。

3.3 碾壓

由于碾壓層厚度增大，相應的碾壓遍數要增加，如果選用12--14 t的雙鋼輪振動壓路機，30 t的膠輪壓路機（通過配重可達到32 t以上，見圖3），碾壓10遍可達到馬歇爾密度或GTM密度的98%以上。

如果選用戴納派克CC722雙鋼輪振動壓路機，該壓路機自重為17 t，激振力達到215 kN，配合配重后的30 t膠輪壓路機，碾壓6-7遍即可達到馬歇爾密度或GTM密度的98%以上。選用目前通用的壓實機械，通過多碾壓4遍，也可以達到12～15 cm瀝青層設計厚度的施工要求。

4、經濟技術分析

以100 km標準雙向四車道高速公路為例，單幅路面寬度12 m，約劃分為6個路面合同段。

4.1 直接經濟效益

（1）節約粘層油。三層攤鋪變雙層攤鋪后省去一層粘層油，100 km標準雙向四車道高速公路路面約120萬㎡，每平方米粘層油（乳化改性瀝青）按2元計，共節約粘層油約240萬元。

（2）節約設備租賃費及施工費。每個路面標段每天的設備租賃費約5萬元，施工管理費約5萬元，三層攤鋪變雙層攤鋪，每個標段可以縮短工期一個月，可節省設備租賃費及施工費300萬元，全線6個標段共節省費用約1 800萬元。

（3）提前通車收益。采用大厚度瀝青混凝土路面施工，縮短工期一個月，即可提前一個月通車。100 km高速公路收費每日按50萬元計，可以增加收益1 500萬元。

由上述幾項可看出，標準雙向四車道100 km的高速公路由三層改為雙層攤鋪，可產生直接經濟效益約3 540萬元。

4.2 間接經濟效益

采用大厚度瀝青混凝土路面施工技術，提高了路面質量，延長了使用壽命，可減少養護費用。其次，因養護施工減少，又減少了施工斷行，其社會效益和隱形效益是無法用金錢直接計算的。

5、工程實例

某高速公路工程第六合同段K89+876- K120+202，進行了底、中面層合二為一的大厚度瀝青混凝土施工。路面設計總厚度為18cm，分兩層攤鋪，上面層為AC13結構，厚5 cm；下面層為AC20結構，厚13 cm，經試驗松鋪系數為1 .23。

5.1 機械設備

拌和樓使用了1臺林泰格4000型攪拌站，攤鋪機為2臺戴納派克F182，壓路機為3臺戴納派克CC622，3臺徐工XP302膠輪壓路機。

5.2 原材料及配合比

使用石灰巖石料，礦料組成由0～3、3～5、5～10、10～20 mm四檔石料，檢測結果見表1、2。瀝青為韓國SK瀝青，配合比見圖4。采用GTM法設計，密度2.516，馬歇爾密度2.466。油石比為4.0%。

5.3 攤鋪

采用雙機聯鋪，兩側標高用走鋼絲的方式控制。

5.4 壓工藝

采用組合式碾壓，1臺戴納派克CC622雙鋼輪振動壓路機與1臺徐工XP302膠輪壓路機組合，共3組壓路機。碾壓時每組壓路機各負責三分之一斷面。初壓1組遍，復壓3組遍。

5.5 取芯對比

從圖5、6芯樣對比照片可以看出，大厚度施工沒有分層現象，芯樣為一個整體。而分層施工層間連接處明顯有分層，兩層骨料不能形成嵌擠，層間連接處空隙大。大厚度施工明顯優于分層施工。

6、大厚度瀝青路面使用效果評價

路面使用性能包括功能、結構和安全３個方面，目前國內外路面使用性能一般從這３方面來進行評價。

6.1 路面功能評價（路面行使質量評價）從路面狀況的角度，影響路面行駛質量的主要因素是路面平整度，常用行駛質量指數ＲＱＩ來評價。整理各評分路段的主觀評分和客觀量測結果后，通過回歸分析可建立線性或非線性的評價模型如式（１）：

RQI＝11.5－0.75IRI （1）

式中：RQI為行駛質量指數，數值范圍為0～10，如出現負值，則RQI取0，如計算結果大于10，則RQI值取10；IRI為國際平整度指數（m／km）。

利用評價模型可以對路面行駛質量的好壞做出相對的評價。

6.2 路面結構承載能力和路面結構損壞狀況評定

（1） 路面結構承載能力的評定瀝青路面采用強度指數SSI作為評價指標，SSI＝路面設計彎沉值／路面代表彎沉值。由于該路段為剛性路面上加鋪瀝青路面，不對彎沉進行檢測，此項不進行檢測，定為1。

（2）損壞狀況評價

通常采用的是扣分法，如式（2）所示。

（2）

式中：PCI為路面狀況指數；C為初始（無損壞時）評分值，百分制時一般用C＝100；i，j為相應的損壞類型數（共n種）和嚴重程度等級數（共ｍ級）；DPijk為i種損壞、j級嚴重程度和k范圍的扣分值；Wij為多種損壞類型和嚴重程度時的權函數。

PCI的數值范圍為0～100，其值越大，表明路況越好。

6.3 路面安全評定（抗滑性能的評價）

路面的安全性主要指路面的抗滑能力，可通過路面抗滑指數作為評價指標?？够笖狄詳[式儀的擺值（ＢＰＮ）表示，擺值ＢＰＮ則用擺式儀法測得，對瀝青路面具體使用性能評價標準見表3。

6.4 路面使用性能綜合評價

路面使用性能有多方面屬性?？刹捎孟蛄啃问椒从硨β访媸褂眯阅艿木C合評價，選擇影響路面使用狀況的因素作為向量的元