瀝青穩(wěn)定碎石基層在衡德高速公路試驗(yàn)段上的應(yīng)用研究

張 偉

(河北省衡水市交通局衡德高速公路管理處)

半剛性基層瀝青路面具有較高的強(qiáng)度、承載力和良好的使用性能,在高等級(jí)公路建設(shè)中被廣泛采用,但半剛性基層瀝青路面橫向裂縫較多,并易引起瀝青路面唧漿、網(wǎng)裂直至路面破壞等問題。為了探索解決此問題,應(yīng)上級(jí)主管部門的要求,我市在衡德高速K40+650～K43+300段進(jìn)行了柔性基層試驗(yàn)段。試驗(yàn)路段于 2003年 7月 9日開始,至 2003年8月 15日結(jié)束。

1 試驗(yàn)研究的目的

(1)采用級(jí)配碎石基層或?yàn)r青碎石基層是否減輕半剛性瀝青路面裂縫;

(2)柔性基層瀝青路面經(jīng)濟(jì)性能是否合理;

(3)柔性基層瀝青路面的行車舒適性如何;

(4)研究級(jí)配碎石基層、瀝青碎石基層施工工藝。

2 試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)形式選擇

由于試驗(yàn)段準(zhǔn)備施工時(shí),20cm二灰穩(wěn)定土己經(jīng)完工,所以柔性基層路面結(jié)構(gòu)采用表 1中的結(jié)構(gòu) 1、結(jié)構(gòu) 2、結(jié)構(gòu) 3三種形式。為了驗(yàn)證 15cm的三層瀝青路面是否可以采用兩層施工,在K40+650～K43+300右幅(表1結(jié)構(gòu)4:半剛性基層雙層路面結(jié)構(gòu))亦做了試驗(yàn)研究。

表1 試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)形式匯總表

3 級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)與施工

3.1 級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)

石料采用濟(jì)南料場(chǎng)生產(chǎn)的石灰?guī)r。經(jīng)配合比設(shè)計(jì)(見表2),最終確定配合比為 1～2cm、0.5～1cm、0.3～0.6cm、礦粉質(zhì)量比為 37∶20∶16∶27,由重型擊實(shí)試驗(yàn)得出最佳含水量為5.8%,最大干密度為2.18g/cm3。

表2 級(jí)配碎石級(jí)配要求和試配實(shí)際級(jí)配

3.2 拌和與運(yùn)輸

(1)拌和設(shè)備采用一臺(tái)江蘇鎮(zhèn)江產(chǎn)ASR250D型拌和樓,生產(chǎn)能力為250t/h;一臺(tái)WZS400A型基層拌和樓,生產(chǎn)能力為350t/h,兩臺(tái)拌和樓的總生產(chǎn)能力為580t/h,拌和樓的料斗上裝有去除超大粒徑的過濾網(wǎng)。拌和后混合料的含水量宜高于最佳含水量的 1%～2%,根據(jù)施工當(dāng)天的天氣決定,用以補(bǔ)償后續(xù)施工的水份損失。為確保出料質(zhì)量,拌和過程中,試驗(yàn)員要經(jīng)常抽檢混合料的含水量。

(2)當(dāng)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)或氣溫較高時(shí),為防水份蒸發(fā),運(yùn)輸過程中對(duì)混合料進(jìn)行了覆蓋。

(3)自卸車裝料時(shí)分2～4層裝料,為減小骨料的離析,按前、后、中三次裝料。

3.3 攤鋪和整型

(1)攤鋪時(shí)采用兩臺(tái)ABG423型攤鋪機(jī)成階梯作業(yè),兩臺(tái)攤鋪機(jī)前后相距 15m左右,兩臺(tái)攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)有 20cm左右重疊,保證了縱縫平整,攤鋪速度控制在1.5m/min左右。經(jīng)試驗(yàn),確定了松鋪系數(shù)為 1.12。

(2)兩臺(tái)攤鋪機(jī)同步攤鋪時(shí),前一臺(tái)攤鋪機(jī)路肩一側(cè)采用掛鋼絞線控制,另一側(cè)采用橫坡儀進(jìn)行控制;后一臺(tái)攤鋪機(jī)路肩一側(cè)掛鋼絞線,另一側(cè)采用滑靴,滑靴放于已攤鋪出的級(jí)配碎石基準(zhǔn)面上。

3.4 碾壓

(1)參考其它公路級(jí)配碎石施工成功的碾壓工藝?yán)碚?確定試驗(yàn)段碾壓工藝如表3。

表3 碾壓設(shè)備選擇及碾壓工藝

碾壓過程中對(duì)于局部出現(xiàn)粗細(xì)集料離析的,及時(shí)進(jìn)行了處理。挖除大料窩點(diǎn)及含水量超限點(diǎn),并換填了合格材料,用石屑對(duì)表面偏粗的部位進(jìn)行精心找補(bǔ);碾壓過程中對(duì)局部表面干燥的段落進(jìn)行了補(bǔ)充灑水。

3.5 質(zhì)量檢驗(yàn)

碾壓成型后,各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)在 24h內(nèi)完成。表面均勻無松散等現(xiàn)象,壓實(shí)度不合格的進(jìn)行了返工處理。在做透層、封層之前,壓實(shí)度、平整度等各項(xiàng)指標(biāo)均按照規(guī)范檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)逐段進(jìn)行了檢測(cè)。通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè),13cm級(jí)配碎石壓實(shí)度達(dá)到了99%以上,20cm和21cm的級(jí)配碎石壓實(shí)度也達(dá)到了 98%以上,說明壓實(shí)效果較好,達(dá)到了規(guī)范要求。

4 瀝青碎石基層施工

4.1 施工材料

(1)瀝青:K40+650～K41+718(左幅)、K42+373～K43+300(左幅)采用濱州產(chǎn) 50#重交通道路石油瀝青,K41 +718～K42+373(左幅)采用70#道路石油瀝青。

(2)集料:骨料全部采用濟(jì)南產(chǎn)石灰?guī)r。

(3)石屑:采用硬質(zhì)石料(石灰?guī)r)生產(chǎn)的石屑。

4.2 配合比

我們委托省交通廳科研所對(duì)ATB瀝青碎石用GTM進(jìn)行了配比試驗(yàn),結(jié)果如表 4。

表4 ATB-25瀝青碎石合成級(jí)配

最佳瀝青用量為3.0%,其密度為2.508g/cm3。

4.3 施工工藝

混合料拌和采用TM40型瀝青拌和樓,無錫 2000型瀝青拌和樓同時(shí)拌和。瀝青混合料溫度控制標(biāo)準(zhǔn)見表 5。

表5 瀝青混合料溫度(℃)控制標(biāo)準(zhǔn)

為了保證不間斷攤鋪,采用兩臺(tái) ABG423攤鋪機(jī)成梯隊(duì)作業(yè)進(jìn)行聯(lián)合攤鋪,相鄰兩幅的攤鋪應(yīng)有 5～10cm寬度的攤鋪重疊,相鄰兩臺(tái)攤鋪機(jī)前后宜相距為 5～10m,且不得造成前面攤鋪的混合料冷卻。

4.4 瀝青混合料的碾壓

瀝青混合料碾壓初溫度不低于120℃,由于結(jié)構(gòu)層厚度最大的達(dá)到9cm(結(jié)構(gòu)4),采用一臺(tái)20t的膠輪壓路機(jī)和三臺(tái)DD-110雙鋼輪壓路機(jī)。

初壓時(shí)首先采用 20t膠輪進(jìn)行初壓,碾壓速度為 1.5～2km/h;復(fù)壓采用雙鋼輪DD-110振壓3遍,終壓緊接在復(fù)壓后進(jìn)行;終壓采用 DD-110靜壓 1遍,速度為 2.5～3.5km/h。碾壓終了時(shí)溫度不得低于 70℃,直到路面無明顯輪跡為止。碾壓過程中相鄰碾壓帶應(yīng)重疊 1/3～1/2輪寬,碾壓時(shí),壓路機(jī)不得中途停留轉(zhuǎn)向或制動(dòng)。壓路機(jī)每次應(yīng)由兩端折回的位置階梯形隨攤鋪機(jī)向前推進(jìn),橫向不得在相同的斷面上。壓路機(jī)不得停留在溫度高于 70℃的已壓實(shí)的混合料上。

經(jīng)驗(yàn)證厚度為9cm的混合料的壓實(shí)度能夠達(dá)到95%以上,滿足規(guī)范要求。瀝青碎石完成后,2003年 8月 2日進(jìn)行了彎沉試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表6。

表6 瀝青碎石完成后彎沉試驗(yàn)結(jié)果

5 試驗(yàn)段主要指標(biāo)檢測(cè)

5.1 指標(biāo)檢測(cè)

為了評(píng)價(jià)試驗(yàn)路段的使用效果,經(jīng)過一年半的通車運(yùn)行后,2005年 4月,我們委托河北省交通科研所對(duì)試驗(yàn)路段的車轍、彎沉、裂縫等指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)查,結(jié)果如表 7、表 8。

表7 路面車轍深度、裂縫檢測(cè)結(jié)果

表8 通車一年半后彎沉檢測(cè)結(jié)果

5.2 經(jīng)濟(jì)效益比較

表9 瀝青路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)效益比較表

6 綜合評(píng)價(jià)

通過對(duì)柔性基層、半剛性基層雙層路面結(jié)構(gòu)、半剛性基層三層路面結(jié)構(gòu)車轍、裂縫、彎沉三項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)(表 7、表 8)的對(duì)比分析,得出如下結(jié)論。

(1)K40+650～K43+300左幅(柔性基層)和右幅(半剛性基層雙層路面結(jié)構(gòu))的裂縫發(fā)生率為0;K43+500～K47 +000(半剛性基層三層路面結(jié)構(gòu))段裂縫為 3條/km;說明柔性基層試驗(yàn)路可以減少或減緩裂縫的產(chǎn)生。

(2)柔性基層三個(gè)代表段的車轍深度基本沒有差別,且三段的車轍深度都較小,說明柔性基層抗車轍的能力并不比半剛性基層結(jié)構(gòu)差。

(3)彎沉指標(biāo)柔性基層的彎沉最大,半剛性基層三層路面結(jié)構(gòu)次之,半剛性基層雙層路面結(jié)構(gòu)彎沉最小。

(4)采用半剛性基層雙層路面結(jié)構(gòu)(6cm+9cm),平整度、彎沉、壓實(shí)度、車轍四項(xiàng)指標(biāo)與采用三層結(jié)構(gòu)基本相同,且壓實(shí)度控制和平整度指標(biāo)能夠達(dá)到規(guī)范要求,說明 15cm的三層瀝青路面采用兩層施工的可行性。此結(jié)構(gòu)可以提高瀝青面層整體性能、減少瀝青面層的污染、加快工程進(jìn)度、降低工程投資等,可以在高速公路中得到大面積推廣。

(5)按照經(jīng)濟(jì)、技術(shù)原則,柔性基層結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu) 3形式最為經(jīng)濟(jì)、合理(見表9)。

[1] JTJ034-2000.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTGF40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 楊楓,張洋.單機(jī)寬幅作業(yè)法和并機(jī)梯形施工法對(duì)瀝青混合料離析的影響[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2004,(2):22-25.