道路交叉口處車轍病害防治的應用技術研究

何昆鵬

（上海弘路建設發展有限公司，上海市 200000）

0 引言

一般城市交通要道連接著城市各個城區的主要工業、物流園區，整體交通流量大，加之經濟的快速發展，進一步加劇了道路的運載壓力。因此，各條主要交通要道極易出現各類病害，包括：裂縫、沉陷、車轍、擁包等。其中各交叉道口由于長期受車輛起步、剎車時水平應力的影響，容易導致各類病害產生，其中車轍病害尤為突出和嚴重[1]。

目前對于車轍病害的主要維修方案為銑刨加罩，依據病害特點、取芯芯樣狀態、路面彎沉等病害調查情況，進而確定病害維修方式。目前常用的瀝青混凝土結構為密實-懸浮的瀝青混凝土、骨架-空隙結構的排水式瀝青混凝土或密實-骨架結構的瀝青瑪蹄脂類，雖然可以采用改性石油瀝青作為基質瀝青，但此類瀝青混凝土仍為柔性路面結構。因此，其承載能力較低，抗變形能力較差，無法滿足道路交叉口車輛反復啟停但不產生車轍的要求。

半柔性路面作為一種新型的路面材料，近幾年隨著國內學者研究的深入，已經漸漸應用于路面病害修復。半柔性瀝青混合料結構是一般是由孔隙率在20%～35% 之間的粗集料以及添加基質瀝青后具備一定力學強度的復合形成的道路結構面層的材料，其能克服傳統瀝青混凝土路面在溫差較大的環境下抗變形能力較弱與強度降低等不利因素[2]。因此，其延遲車轍產生時間、降低車轍病害程度的能力遠大于普通瀝青混凝土路面。半柔性路面添加的基漿材料目前主要采用水泥漿作為空隙填充材料，國內學者已經作了充分的研究并付諸實踐[3]。但水泥基類半柔性路面經長期實踐發現，其施工完畢后，水泥基材與瀝青材料之間黏結的內應力無法抵抗兩種材料之間熱脹冷縮產生的應力[4]，進而可能出現裂縫、沉陷等病害。本文主要以2 個試驗段為案例，應用本文研究的灌注水性環氧材料+特種水泥膠結料而形成的半柔性路面結構，降低城市道路尤其是重載交通的交叉口處車轍病害的出現的時間和程度水平，并明確其施工技術。

1 半柔性瀝青混凝土的基本技術參數

1.1 瀝青

本次研究中選用改性瀝青，改性劑與基質瀝青的質量比為12∶88。其技術指標見表1。

表1 A-70# 基質瀝青技術指標值

1.2 骨料和填料

粗骨料采用玄武巖；細集料選用石灰巖。骨料規格采用0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～16 mm四檔料。

1.3 灌漿料

采用水性環氧材料+特種水泥膠結料結合而成的灌漿料。根據其他各學者的研究結論及工程經驗，對于半柔性瀝青混凝土路面的灌漿材料，考慮到其路用性能的要求，因此其各項性能指標應滿足以下要求：（1）早強快凝，半柔性路面的灌漿材料需2～3 h內快速形成強度，達到開放交通的要求；（2）流動度高，和易性好，以保證其灌漿時的飽滿度；（3）抗壓強度和抗折強度高，保證路面結構在交叉口反復荷載的作用下，不易產生車轍及變形；（4）干縮、溫縮特性較小，以降低氣候條件變化導致的路面開裂病害。

根據以上要求，提出灌漿料性能要求，并制作試件，經檢測得到數據見表2。結果表明：該灌漿材料3 h 強度已到17.5 MPa，達1 d 強度的73.5%，達28 d強度的42.1%。達到了施工3 h 后實開放交通的要求。

表2 灌漿料的性能檢測結果及指標要求

2 大孔隙瀝青混凝土的配合比設計

（1）礦料級配擬定

灌入式瀝青混凝土使用性能一方面受基體瀝青混合料性能的影響，另一方面受到灌入的水泥漿性能和水泥漿的填隙率的影響，因此，應保證其具備良好的體積特性。資料顯示，對于此類灌入式瀝青混凝土的級配及技術指標要求，其空隙率一般要求在25%～35% 之間，因此根據灌漿對空隙率的要求，本研究擬以25% 為目標空隙率，通過馬歇爾試驗，確定其瀝青用量[5]。

（2）最佳油石比確定

本研究確定采用馬歇爾試驗最佳油石比，大空隙瀝青混合料的指標要求見表3，主要通過控制其空隙率確定混合料的最佳油石比。

表3 基體瀝青混合料的指標要求

以25% 為目標空隙率，按表2.3.7 確定的級配組成，分別以油石比為2.5%、3.0%、3.5%、4.0% 的馬歇爾試件，測定各項技術指標，見表4。

表4 不同油石比下馬歇爾技術指標

由表4 可知，當混合料的油石比為3.5% 時，其空隙率為25.5%，最接近25%，此時連通空隙率為20.1%，基本達到總空隙率的80%，且毛體積密度、穩定度也都滿足要求，因此，確定本文研究的混合料油石比為3.5%。

3 交叉口半柔性瀝青混凝土抗剪性能研究

考慮到道路交叉口由于行車的特殊性，承受的荷載遠高于其他非等待的路段，因此在外來荷載的影響下，對瀝青混凝土的抗剪性能要求尤為嚴格。而目前交叉口面的抗剪切推移能力不足使得車轍成為路面的主要病害之一，因此，為獲得使用性能良好、耐久性良好的交叉口路面，要求道路交叉口的材料組成及結構設計必須具有高抗剪切性能。

（1）瀝青混合料車轍試驗

道路交叉口由于車輛在此頻繁啟停，水平應力反復作用，導致其剪切變形較一般路段更為嚴重。因此，在半柔性瀝青混凝土的材料及結構設計時，必須將抗剪切性能作為重要數據指標。

分節進行60℃和80℃的車轍試驗，試驗結果見表5。

根據以上試驗結果，動穩定度均大于20 000，遠高于其它瀝青混凝土，這表明從動穩定度這一試驗結果表明，本文研究混合料的高溫條件下的穩定性及抗高溫衰變性能遠強于一般瀝青混合料。

（2）瀝青混合料灌入剪切試驗

本試驗中，制備水灰比為0.5 的水性環氧瀝青早強水泥漿與普通水泥漿并進行灌注，水性環氧瀝青水性環氧瀝青早強水泥漿灌注試件養生期為5 h，普通水泥漿灌注試件養生期為28 d，不同條件下進行貫入剪切試驗。

根據試驗結果，本試驗中采用的水性環氧瀝青水性環氧瀝青早強水泥漿灌注后養生5 h 后的試件在25℃時抗剪強度可達同條件下養生28 d 后的試件抗剪強度的70% 以上，說明此水性環氧瀝青早強水泥早期強度增長非常快，5 h 齡期在25℃的抗剪強度值大于4 MPa，60℃高溫下的抗剪強度亦大于1.6 MPa，此時的抗剪強度已滿足交叉路口抗剪性能基本要求。

4 工程實例及應用

4.1 工程概況

上海市奉賢區新奉公路、航塘公路作為區內重要的交通運輸通道，交通流量逐年增大，車輛荷載也在逐年增大，特別是在與團青公路等重要道路的交叉口位置由于汽車啟停等剪切力作用，各個交叉口均出現了較深的車轍，最大車轍深度已達10 cm，極大地影響了車輛通行的舒適性，并存在一定的安全隱患。據此，奉賢區公路市政管理所決定對上述路口進行搶修，為了避免病害反復，決定采用半柔性路面結構進行車轍修復。修復區域及面積見表6。

表6 半柔性路面道路交叉口修復面積一覽表

4.2 路口病害調查及修復方案

該項目實施前，對原瀝青混凝土路面進行全面檢測，主要檢測內容包括以下三個質量指標：檢測原路面彎沉值，評價原路面承載能力；測量原路面車轍深度、開裂面積、開裂形式、坑槽面積評價原路面狀況；通過取芯驗證原瀝青混凝土的級配、強度，分析其結構及材料設計的合理與可靠性。具體檢測結果見表7。最后，在次基礎上統計本路段交通量、交通構成以及軸載特點，并綜合原道路的結構性能和交通狀況，優化兩個試驗段的抗車轍處治方案。根據上述內容，該次道路交叉口的車轍修復采取如下方案，見表8。

表7 道路車轍病害超強養護應用研究施工前數據檢測

表8 灌注式瀝青混凝土道面結構

4.3 施工工藝流程

（1）路面銑刨處理、清掃

針對本路段病害情況，首先需銑刨路面，銑刨深度為10 cm，橫向縫采用垂直接縫，路面銑刨后做好清掃工作，保證路面整潔、無雜物。如下基層存在較寬裂縫，可加設土工格柵和防裂貼。

（2）灑布黏層油本次維修的兩個路口由于經過多次維修及改造，路口瀝青混凝土面層較厚，銑刨10 cm 后，噴灑黏層油，采撒布用量控制在為0.4～0.8 L/m2。

（3）大空隙半柔性瀝青混凝土鋪筑

混合料攤鋪時的松鋪系數根據經驗控制在1.25。碾壓施工中，應按表9 要求碾壓成型。碾壓作業時，首先使用18 t雙鋼輪壓路機對新舊路面搭接處進行靜壓，弱振碾壓，碾壓遍數控制在3～4 遍。對正常攤鋪的新路面，使用18 t雙鋼輪壓路機靜壓碾壓，碾壓5 遍，輪跡應重疊輪寬的1/3～1/2，壓路機應緩慢均勻的行駛（初壓速度1.4～2.6 km/h）。當瀝青表面溫度降低至80℃時進行終壓，以消除輪跡，應采用鋼輪壓路機，嚴格禁止采用膠輪壓路機。

表9 大空隙半柔性瀝青混凝土的碾壓成型要求

（4）封邊處理

為防止灌漿過程中對處治外圍外的瀝青路面以及其他附屬設施造成污染，同時加強提升灌漿飽滿程度，必須采用組合封邊法對維修處治區域進行封邊處理，此方法具有更高封漿能力，同時穩定性較好。在半柔性瀝青混凝土碾壓完成后，使用清掃車對處置范圍周圍進行清掃，并進行封邊處理。通過封邊處理，能較好的避免灌漿材料流出，同時還可防止污染處治方位外的路面、路緣石等設施，并且有利灌漿后的刮漿施工。

（5）灌注水泥基灌漿材料

使用改裝的設備現場進行灌漿料的制備。先制作出水泥基漿，然后加入水性環氧瀝青繼續攪拌1 min，形成水性環氧材料+特種水泥膠結料結合而成的灌漿料。碾壓施工完成后待表面溫度自然冷卻2 h 后，即可按要求進行灌漿材料的灌漿施工。必須控制灌漿料自流平滲時間超過20 s，滲入控制以灌漿料不再下沉、冒氣泡為止。如處置范圍具有縱橫坡，應由低向高進行水性環氧水泥基漿推灑，防止因漿體流動過快，導致滲透效果不佳。

（6）表面刮漿處理

完成水性環氧水泥基漿灌注后，采用自動化刮漿設備+人工掃刷的方式進行刮漿處理，清除表面多余的水泥基漿，同時需保證大孔隙瀝青混凝土的集料凹凸面露出，以提高路面抗滑水平。

（7）養護

當氣溫較低時，封閉養護2～3 h 即可開房交通。當氣溫較高時，特別是夏季或溫度超過30℃時，需在水泥基漿初凝后灑水養生，完成灌漿3 h 左右，即可開放交通。

5 項目竣工驗收檢測

5.1 鉆芯取樣

該項目2 個交叉口竣工后，選取4 個點位進行鉆芯取樣，檢測路面結構施工厚度和水性環氧水泥基漿灌漿深度，檢測結果見表10。

表10 瀝青混凝土鉆芯取樣檢測結果

根據以上檢測數據可知，該項目的兩個交叉口施工完成后，其空隙率、穩定度和流值均滿足相關規范要求，交叉口面層結構為灌入式半柔性瀝青混凝土面層，與基層粘結良好。說明本次研究的水性環氧水泥基半柔性瀝青混凝土路面技術的應用，能夠保證路面施工質量，滿足規范要求。

5.2 彎沉檢測

該項目2 個交叉口竣工后，對路面進行彎沉、平整度、擺值等指標的測定，各項檢測指標結果見表11。

表11 半柔性瀝青混凝土路面質量檢測結果

根據檢測結果可知，路面彎沉平均值為17.1（0.01 mm），計算得平整度的平均值為1.7 mm，擺值平均為68，滲水系數為27，均滿足相關規范的要求。

6 結語

綜上所述，本文研究的半柔性瀝青混合料是耐磨、熱穩定、抗車轍能力均優于其他瀝青混凝土結構。本文還進一步研究了半柔性瀝青混凝土的施工工藝流程，以保證路面結構施工質量，同時對道路交叉口的應用擴展了其使用范圍。因此，本文研究的環氧瀝青半柔性瀝青混凝土對處治道路交叉口車轍病害，提升交叉口路面的抗車轍性能，降低城市道路尤其是重載交通的道路交叉口處，其生命周期內的運營成本具有重要意義。

同時，通過對環氧瀝青半柔性瀝青混合料進行路用性能的室內試驗及實際的工程應用研究及分析，進一步得出結論如下:

（1）水性環氧材料+特種水泥膠結料結合而成的灌漿料3 h 的抗壓強度可達到17.5 MPa，1 d 抗壓強度的73.1%，達28 d 抗壓強度的42.5%，早期強度形成較快，為道路交叉口快速施工及及早開放交通提供了有利條件。

（2）本文研究的環氧瀝青半柔性混合料高溫條件下車轍動穩定度為超過20 000 次/mm，遠高于其他包括使用改性機制瀝青的混合料，表現出了極好的高溫穩定性;馬歇爾殘留穩定度為達到了92%，表明其水穩定性良好。

（3）本文研究使用灌漿飽滿度來評價環氧瀝青半柔性路面灌漿的飽滿性，采用灌入的灌漿料的體積占大空隙基體瀝青混凝土空隙的百分比作為表征指標，經室內試驗以及現場檢測結果表明，其灌漿飽滿度達到了90% 以上，由此表明，高流動度特種早強型環氧瀝青水泥基灌漿料對大空隙瀝青混凝土的填充性良好。