公路路面抗滑表層施工技術應用

張振海

（中交（青島）城市建設有限公司，山東 青島）

前言

在現代化高等級公路出現并迅速發展過程中，瀝青路面因特有力學強度大、行車平穩、振動噪聲小的優勢得到大面積應用。但是，公路瀝青路面抗滑性能存在較多問題。一旦公路路面表層抗滑能力下降，車輛輪胎、公路路面之間的接觸摩擦力將顯著減弱，埋下車輛轉彎滑移或車輛制動失控風險。基于此，探究公路路面抗滑表面施工技術具有非常突出的現實意義。

1 公路路面抗滑表層施工方案

1.1 公路工程概述

一公路工程全長94.56 km。工程處于暖溫帶大陸性半濕潤季風氣候區，一年內平均氣溫為14.4 ℃，絕對最高氣溫為41.2 ℃，絕對最低氣溫為-12.2 ℃；一年內，公路所在區域降水量為930 mm，7 月份到8 月份降水量較為集中。

1.2 抗滑表層處理方案設計

根據機械- 分子共同作用理論，公路路面與車輛輪胎之間的摩擦由粘附力、范德華力、彈性變形力、微凸體切削力組成，總體表現為公路路面與車輛輪胎接觸粘附力、輪胎滯后變形的共同作用，其中粘附力源于輪胎橡膠分子、內部材料分子的分子鍵，受路面微觀紋理作用；輪胎滯后變形則表現為橡膠材質輪胎在公路路面接觸滾動下產生的擠壓- 變形- 恢復活動，存在能量損失[1]。基于此，可以綜合考慮公路路面表層宏觀形貌、微觀紋理構造，選擇適宜的抗滑表層結構。

圖1 中，1 為改性SBS 瀝青細粒式混合料層；2 為改性SBS 瀝青中粒式混合料層；3 為路面下面層；4 為路面基層。根據公路瀝青路面抗滑移要求，選擇密實型級配。密實型級配中，礦粉含量小于等于0.075 mm；粒徑為0.075 mm～0.6 mm 時，表觀密度為2.920 g/cm3，平均密度為2.742 g/cm3；粒徑為0.6 mm～2.36 mm 時，表觀密度為3.024 g/cm3，平均密度為3.024 g/cm3；粒徑為2.36 mm～4.75 mm 時，表觀密度為3.135 g/cm3，平均密度為3.135 g/cm3；粒徑為4.75 mm～9.5 mm 時，毛體積密度為3.015 g/cm3，表觀密度為3.089 g/cm3，平均密度為3.052 g/cm3；粒徑為9.5 mm～13.2 mm 時，毛體積密度為3.040 g/cm3，表觀密度為3.096 g/cm3，平均密度為3.068 g/cm3；粒徑為13.2 mm～16 mm 時，毛體積密度為3.048 g/cm3，表觀密度為3.106 g/cm3，平均密度為3.077 g/cm3，級配曲線如圖2 所示。

圖1 公路路面表層抗滑移處理結構

圖2 密實型級配曲線

圖2 中，橫欄為篩孔尺寸，縱欄為通過百分率。如圖2 所示，在篩孔尺寸為0 mm 時，通過百分率為11%；在篩孔尺寸為0.075 mm 時，通過百分率為15%；篩孔尺寸為0.15 mm 時，通過百分率為20%；篩孔尺寸為0.3 mm 時，通過百分率為25%；篩孔尺寸為0.6 mm 時，通過百分率為32%。整個級配過程中，公路瀝青路面的瀝青、骨料配比需要落實最大密實度原則，確保瀝青與骨料之間粘結力、骨料顆粒之間嵌入擠壓力、骨料顆粒之間內在摩擦阻力均達到最大[2]。

2 公路路面抗滑表層施工技術應用過程

2.1 準備材料

2.1.1 瀝青

在瀝青路面抗滑表層處理時，上面層可選擇改性SBS 瀝青，為SK 基質瀝青摻加5%SBS 改性瀝青。改性SBS 瀝青針入度（25℃）應達到40/0.1 mm，針入度指數達到0.2，延度應達到30 cm，軟化點應達到73℃，溶解度應達到99%，閃點應達到230 ℃，彈性恢復應達到85%，離析溫度應達到2.5 ℃。

2.1.2 粗集料

粗集料是瀝青路面抗滑表層處理用材料之一，占總材料用量的85%～89%，一般選擇石灰巖碎石或玄武巖碎石、輝綠巖碎石、花崗巖碎石復配。根據JTGE42《公路工程集料試驗規程》，可以按照0.236:0.764 的質量比，將玄武巖碎石、石灰巖碎石摻和，確保粗集料壓碎值（700kN）小于等于18%，洛杉磯磨耗值（700 轉）小于等于20%，磨光值達到或超過42%。同時公路路面表層抗滑移處理用材料應完全破碎，外在形狀接近立方體，具有棱角，質地堅韌，外在粗糙，扁平細長顆粒含量小于15%，對瀝青粘附性大于等于4 級，堅固性小于等于12%，軟石含量小于等于1%，吸水率小于等于2.0%，石料沖擊值小于等于28%[3]。

2.1.3 細集料

公路路面表層抗滑移處理用細集料為砂，砂的毛體積密度為2.733 g/cm3～2.801 g/cm3，表觀密度為2.767 g/cm3～2.812 g/cm3，平均密度為2.750 g/cm3～2.805 g/cm3。

2.2 拌和材料

公路路面表層抗滑移處理用材料拌和流程見圖3。

圖3 公路路面表層抗滑移處理用材料拌和流程

根據圖3，結合原設計公路路面表層抗滑移處理配方，在4000 型瀝青拌和站內處理材料。在瀝青原料投入時，控制拌和站溫度達到165 ℃以上、175 ℃以內，在輔料投入時，控制拌和站溫度達到175 ℃以上、195℃以內，拌和60 s 及以上，過磨發育后，公路路面表層抗滑移處理用材料溫度應達到175 ℃以上、185 ℃以內，為后期瀝青料平整、均勻攤鋪與密實碾壓提供良好條件[4]。

2.3 應用材料

2.3.1 運輸

在公路路面表層抗滑移處理用材料拌和完畢后，借助自卸式帶篷布運輸車（車廂周邊塞填加厚泡沫板），將公路路面表層抗滑移處理用材料先后裝填到運輸車車廂前端、中端、后端。進而調整車輛車廂高度、接料口高度，以公路路面表層抗滑移處理用材料呈“山字”形為宜，從源頭解決公路路面表層抗滑移處理用材料在運輸途中前后移動離析問題[5]。

2.3.2 攤鋪

攤鋪前，由專人排查公路路面，確定公路路面無病害，若存在路面病害，則預先處理，處理方法隨公路路面類型的變化而變化，具體見表1。

根據表1 方法處理完畢后，人工與機械配合全面清除公路路面雜物、灰塵、油污，均勻撒布增強型乳化瀝青。等待增強型乳化瀝青破乳期間，加熱攤鋪機熨平板，促使攤鋪機熨平板溫度超過100 ℃，加熱時間超過30 min。

表1 公路路面病害及處理方法

待增強型乳化瀝青破乳且攤鋪機熨平板預先加熱后，以2臺攤鋪機梯隊式作業的形式，連續、平穩攤鋪，前一臺攤鋪機、后一臺攤鋪機之間距離小于等于5 m。根據公路路面表層不平整度控制要求，攤鋪期間夯錘頻率需超出20 Hz，攤鋪速度在2.5 m/min±0.5 m/min 左右，搭接寬度在15 cm 左右[6]。

2.3.3 碾壓

在攤鋪后，操作者可以借助4 臺雙鋼輪振動壓路機，規范碾壓，碾壓程序及參數見表2。

根據表2，碾壓初期，操作者可以對初次碾壓溫度進行測量，確保公路路面表層抗滑移處理用材料碾壓溫度達標，并及時鏟除溫度不達標時碾壓的公路路面表層抗滑移處理用材料。

表2 公路路面表層抗滑移處理用材料碾壓程序及參數

3 公路路面抗滑表層施工技術應用效果

3.1 評價模型

利用Penn State 模型，對公路路面表層抗滑移效果進行評價。公路路面抗滑表層處理效果評價模型如下：

式（1）中，F（S）為車輛輪胎在滑移速度為S 時的摩擦因數；F0為與路面微觀構造有關的特征系數，即車輛輪胎滑移速度為0 時的摩擦因數；S0為與路面宏觀構造有關的特征數，即車輛輪胎在滑移速度為0 時的公路路面構造函數，如表層紋理。

3.2 評價結果

在公路路面抗滑表面構成后，對公路路面表層波長進行分析，得出結果見表3。

表3 公路路面抗滑表層紋理波長

表 3 中 的 標 準 由 PIARC （The Permanent International Association of Road Congress，國際道路會議常設會）設定。表中，不平整度為與公路表面基準平面存在偏差的程度，與行車作用、公路路面結構不足存在一定聯系，案述公路路面不平整滿足標準要求；微觀紋理；宏觀紋理是瀝青公路路面混合料表面顆粒的微觀結構，表現為公路路面表層微觀粗糙度，可與車輛輪胎表面橡膠顆粒相互作用，較大的微觀紋理粗糙度決定著輪胎- 公路路面表層黏附力的增加，案述公路路面微觀紋理在0.2 mm～0.5 mm 之間，表明輪胎- 公路路面黏附力較大，可以打破路面特別是濕路面表面水膜，降低車輛輪胎滑移事故發生率；巨紋理是裂縫、車轍、坑洞現象的描述依據，案述工程巨紋理在50 mm～100 mm 之間，表明車轍、裂縫、坑洞等問題較少，滿足規范要求；宏觀紋理受公路路面表層骨料顆粒形狀、粗細骨料類型、集料級配的共同作用，可以為車輛高速行駛時的輪胎提供抗滑力，案述工程巨紋理在35 mm～45 mm 之間，可以滿足車輛快速行駛期間路面抗滑要求。

4 結論

綜上所述，公路瀝青路面抗滑表層對于交通運輸事業發展具有重大意義，可以在一定程度上減少路面長時間運行過程中的抗滑性能下降風險。因此，操作者應根據公路所在地氣候特點，選擇適宜的瀝青路面表層材料，科學級配，合理應用，從源頭解決車輛與公路瀝青路面接觸滑移問題，確保行車安全。