單層瀝青混凝土在高速公路水泥路面罩面工程中的應用

馬步方 張魁

摘 要：單層瀝青砼罩面是一種經濟快速的水泥砼舊路面加鋪維修技術，其可顯著提高舊路面的綜合性能，明顯改善行車條件。文章通過S12梅龍高速公路程江至梅南段的白加黑罩面實例，總結與分析了單層瀝青砼罩面的舊路面處理、加鋪結構、瀝青等原材料的選用、施工控制及完工后的檢測等方面內容。經罩面后目前的工后運營表明，其滿足路面使用性能要求，具有較好的研究和應用價值，可為我省水泥路面的加鋪維修提供一種新的思路與借鑒。

關鍵詞：高速公路；水泥砼路面；加鋪單層瀝青砼

引言

隨著社會經濟的發展，道路使用者對道路尤其是高速公路的行車舒適性要求越來越高，早期建設的高速公路水泥砼路面經過長期的運營及超負荷的重載使用出現了各種病害，使用性能和舒適性大大降低，為提高道路使用性能及路面維修的需要，提升道路服務水平，很多運營期的高速公路水泥砼路面陸續開展了加鋪瀝青砼工作，即實施白色的水泥砼路面加鋪黑色瀝青砼面層的罩面工程，簡稱白加黑罩面工程。

白加黑罩面在我省已有多個工程實例，由于廣東大部分地區屬于亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨，為了保證加鋪層的高溫穩定性及水穩定性能，以往加鋪結構多為2-3層改性瀝青混凝土結構，而使用單層瀝青砼結構在高速公路水泥砼路面上加鋪罩面，在我省之前并未有相關的工程經驗與實例。

1 工程現狀

S12梅龍高速公路程江至梅南段（K91+120～K103+404）全長12.284km，雙向四車道，設計時速為80km/h，于2003年底建成通車。原水泥砼路面結構為28cm水泥砼面層+20cm6%水泥穩定碎石基層+20cm4%水泥穩定碎石底基層+14cm碎石墊層。

由于程江至梅南段通車時間較長，尤其是重載交通較多，導致原設計水泥砼路面產生各種病害，主要表現為：破碎板、裂縫板、錯臺、脫空及唧漿病害等。其中破碎板及裂縫板病害較為嚴重，錯臺病害大部分錯臺高度為5～10mm，少部分完整板塊存在脫空等情況。

2 單層瀝青砼罩面方案

S12梅龍高速公路程江至梅南段罩面方案采用單層7cmGAC-20結構，瀝青采用PG82-10級改性瀝青。該方案主要是采用單一結構的一層較薄瀝青砼作為加鋪層完成水泥砼路面的罩面工作，方案內容包含以下幾個方面：一是采用單層GAC-20一種結構形式，二是層厚采用7cm作為加鋪厚度，三是瀝青采用SHRP分級提出的PG82-10級改性瀝青，其在高溫82℃及低溫-10℃時仍具有優越的高溫穩定性及低溫抗裂性能，保證加鋪層具有優越的高低溫穩定性和水穩性能。

3 舊水泥砼路面處治

3.1 舊板處治

原水泥砼路面是加鋪瀝青砼的基礎，其穩定性及耐久性是加鋪瀝青砼路面的重要前提。因此，無論采用什么瀝青砼材料及加鋪結構，都必須首先做好原有病害的處治工作。為保障加鋪層具有穩定的水泥砼路面下承層，針對舊板病害主要采取以下技術措施進行處理：（1）對破碎板和裂縫板塊進行更換。（2）對錯臺板塊、唧泥位置及脫空板塊進行壓漿穩定，對錯臺板塊進行磨平處理。（3）對唧漿路段進行縱向增設多孔砼盲溝處理。

3.2 接縫處理

接縫包括舊板的縱橫結構縫都是水泥砼路面的薄弱環節，也是加鋪后易產生反射裂縫的位置，因此必須做好接縫的處治工作。一般有以下幾種常規處治措施見表1。程梅段罩面采用玻纖格柵作為預防反射裂縫的處治措施。具體工藝為對水泥板接縫清縫后進行熱改性瀝青灌縫后，跨縫設置1m寬玻纖格柵。

3.3 層間粘結及表面處理

罩面層與原水泥砼板的層間處理是影響罩面層耐久性的關鍵技術之一。一般常規層間處治采用熱改性瀝青碎石粘結層，程梅段白加黑罩面層間粘結采用高粘度改性瀝青防水粘結層進行處治，其高粘度改性瀝青具體技術指標如表2所示。

表2 高粘度改性瀝青技術指標

施工時使用全自動高智能瀝青灑布車施工，灑布量按1.8kg/m2控制，再撒S12（篩除4.75mm以下部分）的預拌瀝青碎石，約為3.5kg/m2，覆蓋率占60%，以施工不粘輪為宜，局部撒布過多的石料人工清除。

4 加鋪結構參數

4.1 加鋪驗算

經收集S12梅龍高速公路程江至梅南段歷年的交通量及軸載資料，利用AASHTO軸載換算系數對各類車輛進行軸載換算，得到設計基準期10年的累計標準軸載作用次數為4327.2萬次，結合對原有水泥砼路面結構的現場檢測及試驗數據，得到加鋪層結構計算參數如表3所示。

表3 加鋪層結構計算參數

根據上述加鋪層結構計算參數，經對加鋪結構進行驗算，加鋪單層7cm GAC-20后，水泥砼板的綜合彎拉應力為4.1MPa，小于舊砼板彎拉強度4.63MPa，結構滿足加鋪條件。

4.2 原材料

4.2.1 PG82-10改性瀝青參數

PG82-10級改性瀝青各項指標應符合《公路瀝青路面施工技術規范》中表4.6.2聚合物改性瀝青技術要求。其主要技術指標要求及檢測結果見表4。

表4 PG82-10改性瀝青技術指標及檢測結果

4.2.2 粗集料

粗集料采用當地石場生產的凝灰巖，具體技術要求及檢測結果見表5。

表5 粗集料技術要求及檢測結果

4.3 集料級配

由于本工程中僅使用單層GAC-20作為加鋪結構，要求其有中面層的高溫穩定性，同時兼具上面層的泌水、抗滑性能，因此集料級配設計階段著重控制4.75mm含量，與AC-20相比，級配中減少其粗集料含量，增加細集料含量，使整體接近骨架密實結構，目標級配如表6所示。

表6 目標級配設計

4.4 最佳瀝青用量的確定

經過馬歇爾試驗，根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中熱拌瀝青混合料配合比設計方法，確定該瀝青混合料的最佳油石比為4.6%，油石比選定表如表7所示：

表7 油石比選定表

檢驗最佳油石比時的粉膠比和有效瀝青厚度計算參數如表8所示。

表8 計算參數表

所得結果均符合規范要求。

礦料的瀝青吸收率Pba=（γse-γb）/（γse×γsb）×γb×100=23.686%

有效瀝青用量Pbe=Pb-Pba/100×Ps=4.171%

粉膠比FB=P0.075/Pbe=1.223

有效瀝青膜厚度DA=Pbe/（γb×SA）×10=8.401μm

4.5 配合比設計驗證

4.5.1 高溫穩定性

為檢驗該GAC-20瀝青混合料的抗車轍能力，選用油石比4.6%制備車轍試件，按JTJ052-2000規程進行車轍試驗，按設計要求進行70℃動穩定度試驗，三個試件的試驗結果分別為5630.03次/mm、5398.46次/mm、5716.88次/mm，平均動穩定度為5581.79次/mm，變異系數2.41%，符合設計要求。

4.5.2 水穩性

為檢驗該GAC-20瀝青混合料的抗水侵害能力，選用油石比4.6%制備馬歇爾試件，按JTJ052-2000規范進行浸水馬歇爾試驗，殘留穩定度為94.1%，符合設計≥85%的要求。

5 施工質量控制及完工檢測

5.1 質量控制

PG82-10改性瀝青是單層罩面所使用的重要原材料之一，其品質直接影響到瀝青混合料的罩面質量，是原材料質量控制的關鍵材料。因此必須對瀝青的出廠與封罐做好跟蹤工作，使用前按進場批次及數量進行檢測，并適當提高檢驗頻率，以確保其品質符合瀝青PG分級的質量要求。

通過測試瀝青粘溫曲線及試驗路的檢驗總結，確定了PG82-10瀝青的施工溫度及攤鋪碾壓工藝如下：礦料的加熱溫度為190～210℃，改性瀝青的加熱溫度為165～170℃，成品料的生產溫度為175～185℃，攤鋪采用2臺ABG8620攤鋪機按4.75m+6.5m攤鋪寬度組合成梯隊同步攤鋪；混合料到場溫度175～185℃，攤鋪速度根據拌和樓的產量控制在3m/min。攤鋪過程中保持勻速、不間斷，混合料無離析現象，攤鋪系數為1.28，隨時檢查混合料松鋪厚度，攤鋪后采用鋼輪初壓1遍，復壓用鋼輪振動碾壓3遍，再用膠輪碾壓3遍，最后用鋼輪終壓1遍收面。

5.2 完工檢測

施工完成后，對路面進行了壓實度、平整度、滲水及抗滑等主要技術指標檢測，檢測結果如下：

（1）壓實度。共取芯38個，路面壓實度均滿足設計要求，最大理論密度壓實度平均值為94.8%，合格率為100%。

（2）平整度。對加鋪瀝青混凝土路面行車道的平整度檢測采用多功能數據采集車所配備的激光平整度儀進行檢測，連續平整度檢測統計計算區間按照每100m為一個計算長度，計為一個實測點，共檢測495個測點，檢測IRI平均值為1.58，滿足小于2的規范要求。

（3）滲水。滲水系數采用路面滲水儀進行檢測，在檢測路段行車道瀝青路面上進行，共檢測348處，滲水系數平均值為31.8ml/min，滿足小于80ml/min的設計要求。

（4）抗滑。對加鋪路段內主、超車道的路面橫向力系數進行了檢測，采用SCRIM橫向力系數測試車全程連續進行。現場測試速度按50km/h±4km/h控制，測試地面溫度介于18℃±1℃之間，統計計算區間為20m一個點。共測得2450個點，橫向力系數SFC均值為61，滿足規范大于54的要求。

6 工程造價

本工程瀝青混合料采用原材料單價相對較高的PG82-10級改性瀝青，瀝青混合料GAC-20的單價約為1600元/m3，相對普通改性瀝青混合料單價略高。但按7cm的加鋪厚度折算，單位面積的瀝青混合料價格只有112元/m2，考慮到層間粘結采用高粘度改性瀝青防水粘結層，其價格約為25元/m2，而玻纖格柵接縫處理費用約12元/m2，這樣計算單位面積的罩面結構綜合價格約為140元/m2。與其它常規加鋪兩層或三層的白加黑罩面工程相比，單位面積的瀝青混合料使用量減少，工程費用相對降低，具有一定的經濟性。

7 結束語

（1）充分重視對舊水泥砼路面的病害處治是實施單層白加黑罩面工程的重要基礎環節，因此加鋪前一定要對舊水泥砼路面病害進行徹底處治。（2）高粘度改性瀝青防水粘結層可以有效提高剛柔復合路面的層間粘結強度和抗剪切能力，是單層白加黑罩面工程中一種應用較好的層間粘結材料。（3）單層7cmPG82-10級改性瀝青GAC-20瀝青結構具有優越的高溫穩定性、水穩性及抗滑性能，是一種兼具上中面層使用性能要求的罩面結構。（4）單層瀝青混合料白加黑罩面結構相對于傳統的兩層或多層加鋪結構具有較好的工期和經濟效益，值得進一步研究與應用。

S12梅龍高速公路程江至梅南段白加黑罩面工程經過兩年的工后營運，目前仍然保持良好的路面使用性能，沒有發生明顯的高溫病害及水損害情況。但其耐久性能還需要時間的進一步驗證，對其工后進行適當的跟蹤與評估可為我省水泥砼路面的加鋪維修提供一種新的思路與借鑒作用。

參考文獻

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