薄層罩面技術(shù)在隧道路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

張中夏

（山西交投忻阜高速公路管理有限公司，山西 忻州 034000）

1 概述

忻阜高速公路是山西省東出長(zhǎng)城，直抵冀中大平原的重要通道，是國(guó)家促進(jìn)中部崛起的重要項(xiàng)目，全長(zhǎng)124 km，2011年全線建成通車。長(zhǎng)城嶺隧道全長(zhǎng)4.641 km是山西省乃至華北地區(qū)第一條投入運(yùn)營(yíng)的雙向六車道特長(zhǎng)隧道，其中K0+000—K3+000屬于山西省管轄范圍，其余部分歸河北省管轄。

從開通至今，長(zhǎng)城嶺隧道出現(xiàn)過多起安全行駛事故，嚴(yán)重地影響了道路的行駛安全性能，造成了極大的安全隱患?；诖耍瑢?duì)忻阜高速長(zhǎng)城嶺隧道抗滑性能進(jìn)行了檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果急需對(duì)路面進(jìn)行抗滑處治，增加路面抗滑性能，以保證車輛的行駛安全性。

2 長(zhǎng)城嶺隧道路面抗滑性能分析及處治方案設(shè)計(jì)

2.1 抗滑性能評(píng)價(jià)

《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D40—2011）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2004）中對(duì)水泥路面抗滑性能采用構(gòu)造深度來評(píng)價(jià)。水泥混凝土路面一般進(jìn)行刻槽處理來增加路面的表面構(gòu)造，然而這種技術(shù)只有在路面的微觀抗滑構(gòu)造滿足技術(shù)要求的情況下才能起到作用，這主要在于集料的級(jí)配[1]。水泥混凝土路面做刻槽處理后，不管路面表面的粗糙度大小，構(gòu)造深度指標(biāo)都能輕易達(dá)到規(guī)范要求。

雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)適合測(cè)定瀝青和水泥混凝土路面的抗滑性能指標(biāo)。利用MK-6橫向力系數(shù)測(cè)試儀對(duì)忻阜高速長(zhǎng)城嶺隧道抗滑性能進(jìn)行了檢測(cè)，依據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2007）以百米作為評(píng)價(jià)單元，橫向力系數(shù)分布曲線如圖1所示，等級(jí)評(píng)定結(jié)果見圖2，根據(jù)檢測(cè)評(píng)定結(jié)果，長(zhǎng)城嶺隧道橫向力系數(shù)合格率僅為1.8%，評(píng)價(jià)等級(jí)“差”占81.7%。為保證行車的安全性，針對(duì)長(zhǎng)城嶺隧道路面抗滑性能的處治已迫在眉睫。

圖1 長(zhǎng)城嶺隧道路面橫向力系數(shù)分布曲線

圖2 各車道等級(jí)評(píng)定結(jié)果

2.2 原因分析

根據(jù)長(zhǎng)城嶺隧道水泥路面抗滑性能檢測(cè)評(píng)定結(jié)果，結(jié)合抗滑調(diào)查資料及忻阜高速現(xiàn)狀，對(duì)長(zhǎng)城嶺隧道抗滑性能下降主要原因分析如下：

a）水泥路面細(xì)觀抗滑構(gòu)造深度不足，刻槽對(duì)路面抗滑性能的提高有限。

b）水泥路面刻槽在高速行車及重載交通下抗磨損性能差。

c）隧道內(nèi)路面常年無風(fēng)吹日曬雨淋，導(dǎo)致汽車尾氣及油污容易在路面聚集，當(dāng)遇水后，水會(huì)溶解油污成為潤(rùn)滑體，導(dǎo)致路面的抗滑能力急速下降。

2.3 處治方案設(shè)計(jì)

根據(jù)長(zhǎng)城嶺隧道抗滑系數(shù)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合原因分析提出采用同步薄層罩面技術(shù)處治隧道抗滑不足問題。具體方案如下：

銑刨1 cm水泥混凝土路面，加鋪2.5 cm同步薄層罩面。

同步薄層罩面技術(shù)是指改性乳化瀝青的噴灑和熱瀝青混合料的攤鋪由一臺(tái)專用攤鋪機(jī)同步完成，隨后通過鋼輪壓路機(jī)的適當(dāng)碾壓形成的熱瀝青混合料磨耗層。改性乳化瀝青獨(dú)特的配方設(shè)計(jì)會(huì)使其在與熱混合料接觸的瞬間破乳并向上氣化填充混合料的下部空隙，確保磨耗層與原路面黏結(jié)，同步薄層罩面采用間斷級(jí)配，保證瀝青混合料的骨架結(jié)構(gòu)。

3 材料技術(shù)要求

3.1 集料

粗集料生產(chǎn)必須選用3級(jí)破碎以上的破碎工藝，其中須包含反擊破，同時(shí)粗集料磨耗性應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)要求。由于薄層罩面結(jié)構(gòu)的特殊性，粗集料須采用粗糙、堅(jiān)韌、有棱角的優(yōu)質(zhì)石料，確保粗集料的抗壓碎性能，同時(shí)要嚴(yán)格控制粗集料的針片狀顆粒含量。

細(xì)集料應(yīng)確保干燥、潔凈、無雜質(zhì)、無風(fēng)化，并要嚴(yán)格控制顆粒級(jí)配。石屑或機(jī)制砂的潔凈程度應(yīng)以砂當(dāng)量（適用于0～5 mm）或亞甲藍(lán)值（適用于0～3 mm）表示。

3.2 礦粉

礦粉是選用巖漿巖或石灰?guī)r等憎水性石料經(jīng)研磨而成具有一定細(xì)度的粉末，生產(chǎn)前應(yīng)確保原石料的干凈。生產(chǎn)的礦粉應(yīng)潔凈、干燥，能自由地由礦粉倉(cāng)流出。

3.3 瀝青

應(yīng)用SBS改性瀝青，其各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范的相關(guān)技術(shù)要求。同時(shí)，改性瀝青還需滿足超薄磨耗層系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)要求，依據(jù)長(zhǎng)城嶺隧道目前的交通條件及地理位置氣候環(huán)境，所選用瀝青還應(yīng)滿足PG70-22的要求，以確保超薄磨耗層系統(tǒng)路用性能。

SBS改性乳化瀝青也應(yīng)滿足磨耗層的整體設(shè)計(jì)技術(shù)要求，以確保該項(xiàng)技術(shù)的路用性能。

3.4 瀝青混合料技術(shù)要求

礦料級(jí)配范圍見表1，混合料設(shè)計(jì)采用馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，體積、性能指標(biāo)滿足表2、表3所示的技術(shù)要求。

表1 同步薄層罩面混合料礦料級(jí)配范圍

表2 同步薄層罩面混合料技術(shù)要求

表3 同步薄層罩面混合料配合比檢測(cè)指標(biāo)

4 薄層罩面施工

4.1 混合料拌和時(shí)間和溫度

同步薄層罩面采用的是間斷級(jí)配瀝青混合料，不易拌和均勻，因此總拌和時(shí)間要求比普通改性瀝青混合料多拌和5 s，以所有礦料顆粒表面均勻裹覆瀝青為準(zhǔn)，混合料的總拌和時(shí)間宜為30～50 s，其中干拌時(shí)間不少于5 s，具體拌和時(shí)間由現(xiàn)場(chǎng)試拌確定。

薄層罩面采用的SBS改性瀝青PG分級(jí)低溫等級(jí)應(yīng)超過-22℃，高溫等級(jí)應(yīng)超過70℃，5℃延度控制在30 cm以上，老化后5℃延度應(yīng)控制在20 cm以上?；旌狭系陌韬蜏囟葢?yīng)控制在165℃～175℃以內(nèi)，礦料的加熱溫度應(yīng)比瀝青溫度高10℃～20℃，瀝青混合料出廠溫度控制在175℃～185℃范圍為宜，高于200℃的混合料應(yīng)予廢棄[2]。

熱瀝青混合料儲(chǔ)存時(shí)間不得太久，特殊情況必須儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)保存在具有保溫功能的儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)，儲(chǔ)存時(shí)間亦不得超過12 h，且存儲(chǔ)期間混合料溫度降低不得超過10℃，且不得出現(xiàn)混合料老化及離析現(xiàn)象，否則應(yīng)棄用。

4.2 攤鋪

改性乳化瀝青噴灑應(yīng)將溫度控制在60℃～80℃，灑布量應(yīng)嚴(yán)格控制，以確保路面攤鋪的均勻性；SBS改性乳化瀝青合理的灑布量約為0.85 L/m2。

瀝青混合料在改性乳化瀝青灑布后進(jìn)行攤鋪，攤鋪溫度應(yīng)控制在150℃～170℃，且瀝青混合料應(yīng)攤鋪在已灑布改性乳化瀝青的路面上，然后由加熱的振動(dòng)熨平板熨平。

4.3 碾壓

由于薄層罩面瀝青混合料特殊的級(jí)配，及施工機(jī)械的特殊性，在薄層罩面攤鋪完成后的初始?jí)簩?shí)度基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求壓實(shí)度，碾壓的目的不是為提高壓實(shí)質(zhì)量，而是將薄層罩面表面不平整的骨料歸位，提高路面的平整度與舒適性。故薄層罩面碾壓只能應(yīng)用鋼輪壓路機(jī)靜壓，不得采用膠輪壓路機(jī)，同時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

a）同步薄層罩面碾壓采用一臺(tái)10～12 t的鋼輪壓路機(jī)碾壓，并且全程靜壓。

b）鋼輪壓路機(jī)緊隨攤鋪機(jī)進(jìn)行折返碾壓，每次碾壓路段長(zhǎng)度大致相同，碾壓速度宜控制在5 km/h以內(nèi)。

c）薄層罩面碾壓溫度應(yīng)在90℃以上進(jìn)行，施工結(jié)束后，路面溫度降到50℃以下就可開放交通。

5 同步薄層罩面施工質(zhì)量控制

為獲得良好的路面使用性能，必須嚴(yán)格控制薄層罩面施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括原材料質(zhì)量、混合料性能以及施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制。

同步薄層罩面是種表面功能層，對(duì)表面功能質(zhì)量具有嚴(yán)格的控制要求，首先要求路面要平整緊密，施工完畢不得有明顯的裂縫、油包、輪跡等缺陷，更不得出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

同步薄層罩面混合料屬于間斷級(jí)配混合料，本身設(shè)計(jì)空隙率較大，能夠起到快速排水的作用，故而不能將滲水指標(biāo)用于評(píng)價(jià)薄層罩面的質(zhì)量，對(duì)此項(xiàng)技術(shù)防水性質(zhì)量控制重點(diǎn)應(yīng)在改性乳化瀝青原材料質(zhì)量以及施工過程中的灑布量控制，而不需要進(jìn)行滲水檢測(cè)。

由于同步薄層罩面施工厚度較薄，容易碾壓，故壓實(shí)度檢測(cè)無較大意義，相比而言嚴(yán)格控制施工過程中乳化瀝青和瀝青混合料的溫度尤為重要。

6 應(yīng)用效果

隧道采用同步薄層罩面技術(shù)后，再次對(duì)其橫向力系數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，橫向力系數(shù)分布曲線與等級(jí)評(píng)定結(jié)果見圖3、圖4所示。

圖3 同步薄層罩面施工后長(zhǎng)城嶺隧道路面橫向力系數(shù)分布曲線

圖4 同步薄層罩面施工后各車道等級(jí)評(píng)定結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果可以看出經(jīng)過同步薄層罩面技術(shù)處治的長(zhǎng)城嶺隧道路面，橫向力系數(shù)分布在70左右，合格率達(dá)到100%，遠(yuǎn)超過了瀝青路面橫向力系數(shù)設(shè)計(jì)值（SFC≥45），四車道的評(píng)價(jià)等級(jí)均達(dá)到“優(yōu)”，說明此設(shè)計(jì)方案能很好地改善隧道路面抗滑不足的問題，對(duì)以后此技術(shù)的應(yīng)用推廣具有重要意義。

7 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了同步薄層罩面技術(shù)在長(zhǎng)城嶺隧道中的成功應(yīng)用，通過對(duì)處治后隧道路面抗滑性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)同步薄層罩面技術(shù)能有效改善原有水泥混凝土路面抗滑不足的問題，且獲得較好的舒適性與降噪效果，對(duì)以后薄層罩面技術(shù)在高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用具有重要指導(dǎo)作用。

同步薄層罩面是種優(yōu)良的耐久性表面層，具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、防水能力、抗滑、抗磨耗等性能。同時(shí)同步薄層罩面施工速度快，可采用專門的攤鋪設(shè)備一次性完成改性乳化瀝青噴灑與混合料的攤鋪，攤鋪后約20 min即可恢復(fù)交通，開放交通速度快。