單層瀝青路面結構在國省干線改造中的應用分析

王永立，白叢啟，鄭天罡

（云南省公路科學技術研究院，云南 昆明 650000）

0 引言

公路瀝青路面設計規(guī)范規(guī)定瀝青面層可為單層，雙層或三層，一般高速公路瀝青面層都采用三層結構，二級及以下一般采用雙層［1］。在“十二五”“十三五”期間國省干線公路改造中二級公路路面結構都以雙層結構為主，采用傳統(tǒng)施工方法施工。在國省干線改造施工中，要求既要保證社會車輛安全通行，也要保證施工質量，所以在國省干線公路改造中采用傳統(tǒng)的雙層瀝青面層結構，分層攤鋪逐層碾壓存在施工組織難度大，施工質量難以控制，安全保通壓力大，同時開放交通施工還造成層間污染，削弱了路面結構的整體性等問題。隨著國省干線公路重載，超載嚴重，交通量劇增，導致部分“十二五”“十三五”期間改造的國省干線過早出現(xiàn)早期病害，提前進入養(yǎng)護階段。瀝青面層采用單層結構，可一層鋪筑，一次碾壓，并可取消粘層結構，不僅可以簡化工藝，縮短工期，增強路面結構整體性，減少施工變異性，提高瀝青路面的施工質量，延長瀝青路面的使用壽命，同時還能減輕安全保通壓力，減少安全隱患，可以解決國省干線公路改造中雙層瀝青路面結構存在的問題。

1 傳統(tǒng)雙層結構的弊端

在國省干線改造中，由于路基寬度較小，一般為7.5～12 m，施工過程中還要安全保通，確保社會車輛順利通行。在既要保證社會車輛安全通行，也要保證施工質量的前提下，傳統(tǒng)雙層瀝青路面結構的弊端逐漸凸顯。主要弊端如下。

1.1 施工組織及安全保通困難

在安全保通的要求下，施工只能半幅施工。且路面需要分層施工，逐層碾壓，同一段路需要組織 4 次施工。由于現(xiàn)場工作面小，多層次施工，給施工組織增加了難度，造成施工效率低下，延長了工期，且增大了安全保通壓力，增加了施工成本。

1.2 層間污染嚴重

國省干線公路沿線村鎮(zhèn)、集市、礦產(chǎn)相對較多，路面污染現(xiàn)象嚴重。由于施工中需要保障社會車輛的安全通行，只能進行分段、分幅施工，瀝青下面層施工結束后必須立即準備開放交通。開放交通就容易造成層間污染，瀝青面層被污染后很難徹底清理干凈，施工前也無法做到分流交通，往往清掃干凈后立即又被污染。層間的污染嚴重影響了層間粘結質量，削弱了路面結構的整體性，埋下了質量隱患。

1.3 壓實度難以保證

在瀝青混合料的碾壓過程中，碾壓溫度很重要。只有在瀝青混合料的溫度較高（基質瀝青 145 ℃ 以上，改性瀝青 155 ℃ 以上）的情況下進行碾壓，才可獲得較好的壓實度［2］。采用傳統(tǒng)雙層瀝青路面分層攤鋪時，由于壓實厚度相對較薄（均小于 6 cm），攤鋪完后瀝青混合料的溫度散失較快；且因路面較窄，導致施工作業(yè)面小，壓路機配置上無法做到全面到位，碾壓工作容易滯后，造成瀝青混合料壓實困難，出現(xiàn)路面殘余空隙率大、路面滲水的情況。

1.4 平整度差

路面平整度是路面性能評價的重要指標之一。持久良好的路面平整度可以保證車輛高速行車舒適性，減少輪胎動荷載對路面的破壞以及對車輛的沖擊［3］。而路面平整度是從底基層開始各路面結構層平整度的累積反映，所以在整個路面結構層中，下一層路面的平整度直接影響著上一層平整度的好壞。由于國省干線公路改造施工過程中要保證社會車輛的通行，基層施工完后就必須要開放交通，造成基層頂面平整度總體較差。由于下面層 6 cm 的厚度太薄，在調整平整度的過程中，僅能起到輕微提高基層表面平整度的作用，上面層 4 cm 的厚度幾乎無法對平整度再進行提高，因此基層的不平整很容易直接反映到瀝青面層上。

通常為了保證瀝青路面的平整度達到設計要求，順利通過驗收，都會采用增加下面層的鋪筑厚度來進行平整度的調整，一般最厚的地方會增加至 10 cm，造成了較大的浪費。

2 單層路面結構的優(yōu)勢

2.1 路面整體性好

采用單層結構可取消粘層，節(jié)約成本。采用單層結構一層施工，可避免出現(xiàn)層間離析，層間污染等情況，使傳統(tǒng)的兩層路面完美統(tǒng)一，提高了路面的整體性，確保瀝青路面的使用壽命。

2.2 施工質量

單層瀝青路面結構厚度一般為 10 cm，相對較厚，在施工過程中混合料的體積大，溫度散失慢，高溫下碾壓效果好，壓實度可以得到保證，同時鋪筑厚度剛好達到攤鋪機最佳鋪筑厚度范圍，鋪筑的平整度，均勻性也達到機械的最佳水平狀態(tài)。

隨著路面攤鋪厚度的增加，基層平整調整的余地增加，瀝青路面表面平整度也容易達到規(guī)范要求。

2.3 施工周期快

改造工程施工和養(yǎng)護工程施工一樣，都是在開放交通的情況下組織施工，而且工期都比較緊張。單層瀝青路面因取消了粘層，取消了層間清掃、層間污染處理等工作，同時施工工序減少了一半，所以工期節(jié)約了一半以上，有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2.4 施工成本低

采用單層瀝青面層結構成本優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面。

1）需要的集料規(guī)格簡單，容易備料，儲料，可以減少料倉、料棚數(shù)量，節(jié)約成本。

2）試驗檢測工作簡化，試驗檢測費用減少，質量控制難度降低。

3）施工臺班，人員工資，工期均減半，保通工作和保通費用減半。

4）取消了粘層瀝青節(jié)約了施工成本。

2.5 保通壓力小

由于國省干線公路交通組成復雜，平交路口多，交通干擾因素較多，導致施工安全隱患較大。所以施工保通中需要投入的人力和物力較多，安全壓力較大。單層路面施工可以將安全保通工作減少一半，緩解了保通壓力，減輕了施工對社會交通的影響。

3 單層瀝青路面結構與材料設計分析

3.1 單層瀝青面層厚度的設計

瀝青路面結構厚度設計要求：密集級配瀝青混合料（AC）和瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的結構厚度不宜小于瀝青混合料公稱最大粒徑的 2.5～3 倍。國省干線公路改造中，一般瀝青表面層采用 3～4 cm，下面層采用 5～7 cm，總厚度為 8～11 cm。

隨著瀝青混合料公稱最大粒徑的減小，瀝青用量增加，瀝青混合料的回彈模量逐漸增大。路面結構厚度驗算時，同等條件下單層結構瀝青面層結構厚度與雙層瀝青路面結構厚度相比可以減薄 1～2 cm。所以采用單層結構式設計厚度為 7～10 cm，具體厚度應根據(jù)交通量情況和路面功能需求等對路面結構進行驗算后進行確定。

3.2 單層瀝青面層混合料類型的設計

瀝青路面設計要求表面層應具有平整密實、抗滑耐磨、抗裂耐久的性能；中下面層應具有抗高溫抗穩(wěn)定性，抗剪切疲勞性，密實、低透水的性能。所以國省干線公路改造中，一般瀝青路面表面層選用密實型瀝青混凝土（AC-13 或 AC-16）和瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13 或 SMA-16）；下面層選用密實型瀝青混凝土（AC-20 或 AC-25）。同時設計還要求表面層瀝青混合料最大公稱粒徑不宜大于 16.0 mm，即最大粒徑不宜大于 19 mm，所以瀝青面層單層結構宜采用密實型瀝青混凝土（AC-13、AC-16 和 AC-20）和瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13、SMA-16 和 SMA-20）。

從工程經(jīng)驗和國內外科研研究成果顯示，混合料類型及規(guī)格對混合料性能影響情況如下。

1）瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的抗滑性、耐磨性、高溫穩(wěn)定性、抗疲勞性等功能性和路用性能都要優(yōu)于連續(xù)級配瀝青混凝土（AC）。

2）細粒式瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性要優(yōu)于粗粒式的瀝青混合料，如 AC-16 的車轍動穩(wěn)定度要大于 AC-20 的車轍動穩(wěn)定度。

3）細粒式混合料的瀝青膠結料比粗粒式瀝青混合料多，所以細粒式混合料的抗疲勞性能要優(yōu)于粗粒式瀝青混合料。

4）細粒式混合料的均勻性相對較好，施工密實性較好，所以抗水損壞性能好、低溫抗裂性能也好。

5）粗粒式瀝青混合料的抗滑性能要優(yōu)于細粒式樣瀝青混合料。

3.3 單層瀝青面層厚度及混合料類型選擇

綜合考慮瀝青面層的功能需求、結構厚度、經(jīng)濟性等指標，單層結構厚度瀝青面層最大公稱粒徑不小宜13.2 mm，也不宜大于 16 mm；瀝青混合料的類型可根據(jù)工程需求結合各類混合料的特點進行選擇。單層路面與雙層路面結構厚度及材料的對應關系如表 1 所示。

表1 雙層結構和單層結構混合料對應關系表

4 單層瀝青路面施工技術分析

4.1 單層瀝青路面攤鋪

目前市場上，常用瀝青混合料攤鋪機的可攤鋪厚度都在 300 mm 以上，攤鋪厚度低于 100 mm 時因厚度沒有達到攤鋪機最佳鋪筑厚度范圍（1/3～2/3），攤鋪機不能發(fā)揮最佳水平，所以在攤鋪時厚度和平整度的偏差相對較大，而單層瀝青路面厚度（10 cm）剛好滿足攤鋪機的最佳鋪筑厚度。

目前，國外進口的攤鋪設備如沃爾沃、戴那派克、福格勒等攤鋪設備攤鋪的最小寬度都小于 3.75 m，攤鋪速度為 0～5 km/h，料斗容量為 7.1～15 t，最大攤鋪厚度為 350 mm。很多國產(chǎn)攤鋪設備攤鋪寬度最小3 m，攤鋪速度為 0～3.6 km/h，料斗容量為 11～14 t，最大攤鋪厚度為 300 mm，如徐工、三一重工、陜西中大、中聯(lián)重科等攤鋪機也可滿足國省干線瀝青路面半幅單層（3.75～6 m）施工的需求。目前常用的攤鋪機一覽表如表 2 所示。

表2 常用攤鋪機一覽表

4.2 單層瀝青路面壓實

目前，市場上的雙鋼輪壓路機，不管是進口的還是國產(chǎn)的自重均達到 13 t 及以上，加水后最重可以接近 15 t，激振力達 120 kN 以上，完全能夠壓實 10 cm 的瀝青混凝土，所以單層瀝青路面在溫度保證的情況下很容易獲得足夠的壓實度。市場上常見的雙鋼輪壓路機如表 3 所示。

表3 常用雙鋼輪壓路機一覽表（13 t 以上）

在國省干線公路改造工程中，因為路面寬度較窄，瀝青路面的施工工作面受限，壓路機的配置多為 1 臺雙鋼輪壓路機和 1 臺輪胎壓路機。雙鋼輪壓路機負責振動壓密，輪胎壓路機負責搓揉，使瀝青混合料中的骨料緊密排列，達到密實的效果。

目前市場常用輪胎壓路機，不管是進口的還是國產(chǎn)的均有自重 26 t 以上的壓路機。在采用 10 cm 單層路面結構后，輪胎壓路機的搓揉效果會更加理想，路面的壓實度和密實性會得到改善。

5 單層瀝青路面施工經(jīng)濟效益和社會效益分析

5.1 施工組織

1）施工工期。瀝青路面的施工對自然天氣、氣候要求較高，雨天不能施工，低溫環(huán)境不能施工，所以全年適合瀝青路面施工的時間很有限。而路基的施工不可預見的影響因素也很多，一般路基工程都不能按工期完成，導致路面工期被嚴重壓縮，路面施工都存在趕工期的情況，施工質量難以保證。與雙層瀝青路面施工相比單層瀝青路面施工的工期可以縮短一半，即使在工期很緊張的情況下瀝青路面也可以按質按量地完成。

2）機械臺班。瀝青路面施工是一個機械化程度較高的工作，現(xiàn)場用到的施工機械品種較多，且價格較高，導致瀝青路面施工的機械臺班費很高。現(xiàn)場主要使用到的施工機械為：攤鋪機、雙鋼輪壓路機、輪胎壓路機、瀝青灑布車等機械。一套路面施工機械每月臺班費約為 25～30 萬元。單層瀝青面層施工，減少了一層瀝青面層的施工工序，工期縮短了一半，施工機械臺班減少了一半。

3）人工。隨著工序的簡化，輔助工人工作也減少了一半，從而人工費用也減少了一半。人工減少后，施工現(xiàn)場工人安全隱患也降低了。同時現(xiàn)場保通人員的工作也減少了一半，從而保通人員的費用也減少了一半。

5.2 施工材料

1）采用單層瀝青路面結構，可以取消粘層。設計要求層間粘層瀝青可以采用乳化瀝青或熱瀝青，灑布量一般為 0.3～0.6 kg/m2。在國省干線改造工程中還要考慮污染的影響，所以實際灑布量應結合現(xiàn)場污染情況而定，一般用量都在 0.6～0.8 kg/m2。在粘層瀝青灑布前，還需要對路面進行全面清掃，部分污染嚴重路段還要考慮采用高壓水槍沖洗。根據(jù)市場瀝青價格和人工費用計算，取消粘層瀝青后，成本可節(jié)約 5 元/m2。

2）采用混合料類型為 AC-16 瀝青混合料單層路面與傳統(tǒng)雙層結構 AC-13+AC-20 相比，瀝青用量一致，材料性能基本一致，不增加成本；與傳統(tǒng)雙層結構 AC16+AC25 相比，瀝青用量增加 0.4 %，瀝青混合料性能得到提高，瀝青成本增加 0.39 元/m2。

3）從以上兩方面看，單層瀝青路面結構材料成本增加費用為 -5～-4.61 元/m2，由此說明在采用單層結構后，不僅材料成本可節(jié)約 4.61～5 元/m2，同時瀝青路面的路用性能還可以保證。

5.3 長期效益

在“十二五”“十三五”期間進行的大部分國道改造，在結構設計及材料設計時大都為限額設計，所以沒有充分考慮到現(xiàn)場交通環(huán)境的要求進行針對性設計，加之施工環(huán)節(jié)上受沿線交通環(huán)境影響較大，使雙層瀝青路面施工的弊端突出，致使路面施工質量總體水平不高，導致部分路段在通車 2 年后就逐漸發(fā)生早期損害，不僅造成了經(jīng)濟損失，還對社會造成了不良的影響。從單層瀝青路面結構特點和施工優(yōu)勢看，其能夠確保路面的設計使用壽命，避免過早投入養(yǎng)護經(jīng)費；確保路面的服務功能，提高了駕駛舒適度，從長遠來看有著很好的經(jīng)濟和社會效益，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）采用單層瀝青路面結構，一次攤鋪，一次成型，不存在層間粘結問題，提高了瀝青路面的整體性，避免路面出現(xiàn)層間分離，削弱了路面抗剪切能力，導致過早出現(xiàn)剪切疲勞破壞，從而延長了路面的使用壽命。

2）提高了壓實度，減少了路面殘余空隙，避免出現(xiàn)壓密車轍病害；避免路面出現(xiàn)透水，對路面及路基造成危害，保證了路面的耐久性。

3）提高了平整度，確保了路面的服務功能，提供了較好的行車環(huán)境，提高了行車舒適性，降低了安全隱患。

6 結語

通過分析單層瀝青路面結構的特點和施工優(yōu)勢可知，在路面大修、養(yǎng)護和改造工程中采用單層瀝青路面結構，既可以保證施工質量，同時還有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，因此，研究適宜于公路路面養(yǎng)護的技術有著重要的意義。Q