重載交通下長壽命瀝青路面設計與施工技術

葛春雷

（河北路橋集團第一工程有限公司，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。雖然設計使用期是15年，但多數高速公路通車后不到6～7年，路面就開始產生結構性破壞，需要翻開路面重建。瀝青面層往往2～3年后就產生顯著的水破壞、泛油和轍槽，需要開始罩面或局部銑刨重鋪，不僅需要大量養護費用，而且對交通產生很大影響。如果我國新建和改建的高速公路設計使用期仍是15年，則在40年內，至少要翻修重建三次。如今后新建、改建和擴建高速公路都按長壽命路面設計和施工，可取得很大的技術效益、經濟效益和社會效益。

長壽命路面的特點可概括為“一長（壽命長）、一多（常認為建設投資應稍多，但由于試驗路瀝青面層的厚度比生產路段的薄，油石比小，僅表面層用了改性瀝青等，所以實際投資并不多，試驗路建安費明顯減少）、三少（大、中、小修的費用少；使用者費用少；全壽命周期總費用少）”。使半剛性基層瀝青路面達到長壽命要求，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的SAC設計理念、方法、結構，新水泥碎石級配設計與檢驗方法，以及相關的施工工藝與設備。

1 新SAC系列設計

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

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。礦料級配中粗細集料的分界篩孔統一為4.75mm，即大于等于4.75mm的顆粒稱為粗集料，小于等于4.75mm的顆粒稱為細集料，小于0.075mm的顆粒稱為填料。因此，粗、中、細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（通常不少于60%），設計粗集料的級配時，是一個冪函數，設計細集料的級配時，是另一個冪函數。提出的礦料級配設計方法，分粗、細集料各個篩孔通過量的設計。所用的基本方程為：式中：Dmax為實際最大粒徑。以往標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平行試驗的均勻性，也不利于施工現場該層表面的均勻性，所以在SAC的設計中，設定Dmax的通過率為100%。

由于式（1）中有兩個未知數A和B，要解這兩個未知數必須建立兩個聯立方程。設計SAC粗、細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行檢驗，稱VCADRF方法；第二階段對瀝青混凝土試件進行檢驗，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日獲國家知識產權局頒發的發明專利證書。

1.3 SAC系列的四種結構

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

1.4 新SAC系列的六個優點

（1）密實、透水性小，不易產生水破壞。

（2）SAC在國內所用級配中，高溫抗永久形變能力最強。

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

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

（5）很少粗細集料離析，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，也比規范中的AC—I型明顯小，但性能好。可以說SAC是價廉物美。

2 新水泥碎石級配設計

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

2.1 級配設計方法

為了求解式（1）中A和B的值，需要建立兩個聯立方程。為此設定，di=26.5mm時，P26.5=100%；di=4.75mm時，P4.75=36%。采用P4.75=36%是因為現場容易碾壓密實。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度和回彈模量，礦料級配中應有3%～5%小于0.075mm的粉料。用此建立兩個聯立方程后，得計算細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：混合料設計用重型擊實試驗法得到7d齡期設計抗壓強度為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 相關施工方法與設備

3.1 穩土基和路基路面綜合設計

在土基下1.5m處設置水平瀝青膜隔斷層，阻止氣態水上升；底基層底面向下兩側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的土基強度穩定。這是國內首次實現穩土基和路基路面綜合設計的要求。

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的拌和廠的設備配置和改造，可保證冷料有達到要求的穩定的級配。水泥碎石基層與瀝青混合料的施工方法于2006年11月申請了國家發明專利，2007年正式公開。

3.3 粗集料單一粒級專用篩分機

粗集料單一粒級專用篩分機可將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。此設備是我國發明的。第一臺樣機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量。

4 結語

21世紀新建或翻修重建高等級公路，其路面結構類型將主要是各種不同結構的長壽命瀝青路面。建設長壽命半剛性路面最符合實踐科學發展觀的要求，在我國將會迅速推廣應用。21世紀將是發展長壽命半剛性路面和路面技術水平全面快速提高的新時代。

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