汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層設(shè)計(jì)與施工

於程席

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司 華東公司，湖北 武漢430061）

汽車試驗(yàn)場(chǎng)地作為模擬汽車行駛過(guò)程中可能出現(xiàn)的道路路況及環(huán)境的場(chǎng)所，能夠還原試驗(yàn)場(chǎng)地的特種路面，對(duì)我國(guó)道路交通行業(yè)的發(fā)展具有一定的作用[1]。由于道路特征具有很大的復(fù)雜性，汽車試驗(yàn)場(chǎng)地的道路瀝青面層施工難度較大，在施工方案設(shè)計(jì)中需要綜合考慮機(jī)械、環(huán)境、材料等各種不穩(wěn)定因素[2]。現(xiàn)階段，我國(guó)已知的汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青塑形路面類型較多，包括隨機(jī)起伏路、短波路、瀝青凍脹變形路等[3]。傳統(tǒng)施工方案的道路面層瀝青塑形達(dá)到預(yù)期效果難度較大且施工周期較長(zhǎng)[4]。本文在傳統(tǒng)施工方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，提出了全新的汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層施工方案設(shè)計(jì)。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 道路瀝青面層受力特征參數(shù)

汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路主要包括直道與環(huán)道。直道在汽車行駛過(guò)程中承受一定的荷載，與鋪面中的水分形成孔隙水壓力，導(dǎo)致路面存在水損壞風(fēng)險(xiǎn)；環(huán)道承受汽車離心力，對(duì)鋪面產(chǎn)生的水平力作用較大[5]。

基于道路鋪面結(jié)構(gòu)，控制法向力與汽車的重力相等、縱向水平力與汽車行駛中受到的阻力相等，結(jié)合汽車動(dòng)力學(xué)原理，計(jì)算道路瀝青面層的縱向水平力與橫向水平力

式中：p為縱向水平力；W為道路瀝青面層法向力；μ為道路面層受到滾動(dòng)阻力的系數(shù)；iw為汽車行駛的坡度；K為汽車行駛中受到滾動(dòng)阻力的系數(shù)；A為汽車行駛中的迎風(fēng)面積；v為汽車行駛的速度；G為汽車的軸載；R為道路面層彎道的幾何半徑；δ為汽車行駛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；m為汽車的質(zhì)量；a為汽車行駛的加速度；f為橫向水平力。

通過(guò)算得到道路瀝青面層的橫向水平力與縱向水平力，基于離心力的作用，汽車輪軸的承載力存在一定的差異，施加到道路面層的法向力也不同。

1.2 玻纖網(wǎng)土工格柵鋪設(shè)

為了保證瀝青與混凝土板之間良好的黏接性，設(shè)計(jì)了噴灑粘層油。將汽車試驗(yàn)場(chǎng)地路面清洗干凈并整平，在溫度達(dá)到12 ℃以上時(shí)噴灑，控制粘層油熱瀝青的溫度在150~180 ℃，按照0.85 L 的用量均勻噴灑[6]。采用錨固法的施工方式，分配汽車行駛中的荷載。結(jié)合整幅攤鋪方式，布設(shè)玻纖網(wǎng)土工格柵縱向接縫，盡量實(shí)現(xiàn)環(huán)形連續(xù)攤鋪，不得已條件下設(shè)置橫向接縫，接縫位置設(shè)置在轉(zhuǎn)彎半徑小、車速較小樁號(hào)。為了避免道路路面出現(xiàn)打滑情況，在網(wǎng)孔上層均勻鋪設(shè)石屑。

在鋪設(shè)前，噴灑適用于鋪設(shè)玻纖網(wǎng)土工格柵的陽(yáng)離子乳化瀝青，提高路基的整體強(qiáng)度。清掃下承層表面上的浮土、浮砂，如有泥土用吹風(fēng)機(jī)吹干凈，無(wú)法吹動(dòng)的用鋼絲刷進(jìn)行清理；如下承層表面局部稀漿封層脫落，則應(yīng)在脫落處表面清掃干凈后補(bǔ)做稀漿封層，使其表面保持干燥、清潔、無(wú)松散材料。將玻纖網(wǎng)土工格柵的橫向搭接長(zhǎng)度控制在45~120 mm，縱向搭接長(zhǎng)度控制在160~210 mm。

1.3 基于施工指標(biāo)設(shè)計(jì)瀝青面層

鋪設(shè)完玻纖網(wǎng)土工格柵后，基于道路表面整體結(jié)構(gòu)的位移量，選取瀝青面層施工指標(biāo)，結(jié)合動(dòng)態(tài)參數(shù)，設(shè)計(jì)施工方案。施工指標(biāo)能夠全方位地反映道路瀝青面層結(jié)構(gòu)的抗變形能力與剛度，本文選取疲勞開(kāi)裂與路面變形作為施工指標(biāo)。道路瀝青層面結(jié)構(gòu)的破損形態(tài)中，裂縫屬于最常見(jiàn)的破損形態(tài)，受荷載、施工的影響產(chǎn)生龜狀開(kāi)裂的疲勞裂縫；因此，在道路施工設(shè)計(jì)中，要綜合考慮疲勞開(kāi)裂指標(biāo)。分析混合材料的抗疲勞能力，建立道路損傷率關(guān)系，得到汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層損傷率。

式中：D為道路瀝青面層損傷率；T為總時(shí)期數(shù)；ni為i時(shí)期的道路實(shí)際交通量；Ni為i時(shí)期的道路允許交通量。

根據(jù)損傷率分析道路疲勞開(kāi)裂的形式與結(jié)構(gòu)。通常情況下，開(kāi)裂的形式以自上而下為主，具有較大的接觸壓力，會(huì)極大程度降低面層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。道路永久變形指標(biāo)指的是在重復(fù)荷載的作用下，瀝青面層結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形，影響瀝青面層結(jié)構(gòu)的牢固性，長(zhǎng)期不進(jìn)行維修，會(huì)導(dǎo)致面層出現(xiàn)開(kāi)裂，也是施工方案設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)注意的問(wèn)題。

道路瀝青面層的永久變形包括瀝青層、粒料層與路基變形的總和。用限制路基頂面壓變力的方法，分析面層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與結(jié)構(gòu)層材料的塑性變形性質(zhì)，控制其永久變形性能。

式中：ε為路基頂面壓變力；N為道路瀝青面層荷載的重復(fù)作用次數(shù)；a、b分別為汽車行駛過(guò)程中的回歸系數(shù)。

將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行多次修正處理，提高瀝青面層永久變形結(jié)果的精確度。

1.4 瀝青混合料攤鋪設(shè)計(jì)

控制瀝青混合料的溫度，由拌和廠運(yùn)至汽車試驗(yàn)場(chǎng)地的溫度在165 ℃左右，攤鋪后的溫度在125 ℃左右。使用2~3 輛最大攤鋪寬度為10.5 m 的攤鋪機(jī)，保證調(diào)換車輛時(shí)能夠做到連續(xù)攤鋪，調(diào)整攤鋪與供料之間的銜接，控制攤鋪車前進(jìn)的功率。在道路瀝青面層下層進(jìn)行攤鋪時(shí)，控制攤鋪機(jī)的橫坡度與高程，調(diào)整路面的平整度。在攤鋪機(jī)上安裝均衡器，減小準(zhǔn)基線的誤差，更好地調(diào)整道路面層平整度。采取分幅雙機(jī)聯(lián)鋪，下面層共分15幅，其中14幅分幅寬度15 m、1幅分幅寬度13.71 m；中面層共分16 幅，分幅寬度14.5 m；上面層分幅寬度與下面層一致。保證攤鋪機(jī)行駛過(guò)程的順暢，避免反復(fù)修整。

瀝青混合料溫度開(kāi)始下降時(shí)，進(jìn)行碾壓操作。采用雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行3 遍初壓，碾壓速度控制在1.5~2.0 km/h，每次碾壓重疊25 cm，初壓結(jié)束后檢查道路瀝青面層的平整度，當(dāng)出現(xiàn)高低不平的情況時(shí)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的修整；再用重型輪胎壓路機(jī)進(jìn)行重復(fù)碾壓操作，碾壓速度控制在3.5~4.5 km/h；最后，采用雙輪鋼筒式壓路機(jī)，碾壓2~3遍，碾壓速度控制在2.5~3.5 km/h，檢測(cè)碾壓效果。采取一定的措施，避免碾壓過(guò)程中雜質(zhì)掉落在路面上。控制瀝青面層壓實(shí)的接縫，采用加熱器提高瀝青混合料的溫度，結(jié)合切縫機(jī)垂直切割的方式，進(jìn)行橫向碾壓，調(diào)整面層的碾壓接縫。在碾壓瀝青混合料過(guò)程中，壓路機(jī)的行駛方向不能發(fā)生改變，前后兩次碾壓的停留地點(diǎn)距離應(yīng)當(dāng)在12 m以上，根據(jù)合理的壓實(shí)工藝，完成汽車試驗(yàn)場(chǎng)道路瀝青面層組合壓實(shí)。

2 試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為了對(duì)本文提出的汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層施工方案應(yīng)用效果進(jìn)一步分析，進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。以汽車試驗(yàn)場(chǎng)地A為研究對(duì)象，工程呈線狀分布，地理位置良好，處于城區(qū)主干道，交叉路口較多。

在進(jìn)行道路瀝青面層施工前，先對(duì)原有水泥混凝土路面病害進(jìn)行全面的檢測(cè)與處理，保證施工效果與預(yù)期效果一致。應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的道路瀝青面層施工方案后，對(duì)汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層的性能進(jìn)行評(píng)估。采用統(tǒng)計(jì)法構(gòu)建瀝青面層車轍深度預(yù)估模型，進(jìn)而判斷道路瀝青面層的性能。測(cè)量瀝青面層的動(dòng)態(tài)回彈模量與軸重，在預(yù)估模型中輸入測(cè)量所得參數(shù)，確定道路的回彈模量值。結(jié)合ASTM 計(jì)算方式，計(jì)算道路瀝青面層的熱收縮系數(shù)

式中：L為汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層的熱收縮系數(shù)；Ba為瀝青固體的體積熱收縮系數(shù)；Bc為其他基料的體積熱收縮系數(shù)；VMA為瀝青材料的間隙率；VAG為瀝青混合料的體積百分?jǐn)?shù)；VTOTAL為100%。

通過(guò)計(jì)算，獲取到汽車試驗(yàn)場(chǎng)地A 的道路瀝青面層熱收縮系數(shù)。

2.2 結(jié)果分析

本文設(shè)計(jì)的施工方案為試驗(yàn)組，傳統(tǒng)道路瀝青面層施工方案為對(duì)照組，結(jié)合道路瀝青面層回彈模量與熱收縮系數(shù)，預(yù)測(cè)兩種施工方案下汽車試驗(yàn)場(chǎng)地瀝青面層的疲勞裂縫結(jié)果。應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的道路瀝青面層施工方案后，道路出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂的趨勢(shì)較緩慢，可靠度較高，出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂的概率不超過(guò)2%；傳統(tǒng)的施工方案下，道路瀝青面層出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂的趨勢(shì)較快，疲勞開(kāi)裂的概率最高可到9%。見(jiàn)圖1。

圖1 汽車試驗(yàn)場(chǎng)地瀝青面層疲勞裂縫對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可知，本文設(shè)計(jì)的汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層施工方案更加具有優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的汽車試驗(yàn)場(chǎng)地道路瀝青面層施工方案有效改善了傳統(tǒng)施工方案施工周期較長(zhǎng)、瀝青塑形效果較差的問(wèn)題，預(yù)防并降低了道路鋪面結(jié)構(gòu)的損傷，提高了道路瀝青面層的抗滑性能與抗剪性能，保障了道路整體的高強(qiáng)度與耐久度。

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