極端溫差環(huán)境高速公路路面抗轍抗裂施工技術(shù)

劉悅

一、工程概況

根據(jù)《新疆大陸干旱性氣候區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合及性能研究》項(xiàng)目前期研究進(jìn)展以及實(shí)體工程實(shí)際進(jìn)度，擬在京新高速梧桐到木壘段實(shí)施試驗(yàn)段工程，本項(xiàng)目試驗(yàn)段選用三段，每段500m，三段試驗(yàn)路位于我標(biāo)段連接線左幅K12+500-K14+000，共計(jì)1.5公里長(zhǎng)，由中鐵16局二公司標(biāo)段負(fù)責(zé)施工。

二、抗裂施工工藝

極端低溫條件下，瀝青路面結(jié)構(gòu)在實(shí)際變溫中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不能導(dǎo)致基層反射裂紋在短期內(nèi)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致反射裂紋擴(kuò)展的原因是路面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期的溫度疲勞。因此，對(duì)于本工程來(lái)說(shuō)，若不及時(shí)處理，后期則很大概率出現(xiàn)路面強(qiáng)度下降現(xiàn)象，從而在大量行車荷載作用下，瀝青路面會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，影響高速運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)此，可采取的措施有：

1.由于本工程裂縫主要發(fā)生在路面聯(lián)結(jié)薄弱處，因此處理時(shí)應(yīng)加強(qiáng)接縫處的剛度和緊密度。其次，可在調(diào)查基礎(chǔ)上確定路面搭接中線，并以此為準(zhǔn)在瀝青層裂縫處切開(kāi)槽，同時(shí)在基層裂縫處也要切開(kāi)槽。值得注意的是，在切縫處需避開(kāi)行車道輪跡帶。

2.瀝青層厚度范圍內(nèi)回填中粒式瀝青混凝土，基層厚度范圍內(nèi)回填高強(qiáng)度微膨脹混凝土。待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，在其頂面噴灑透、封層油，并在覆蓋玻纖格柵后鋪筑瀝青面層。另外，鋪筑瀝青面層前，要在該接縫處需安裝止水貼。

三、AC-5瀝青混凝土配合比及施工工藝

1.原材料

AC-5采用SBSI-B改性瀝青，集料采用粒徑0～4.75mm的石屑以及礦粉組成，與中下面層同料源，且應(yīng)潔凈、干燥。AC-5馬歇爾試驗(yàn)成型條件：雙面各擊實(shí)次數(shù)75次，根據(jù)其體積指標(biāo)及力學(xué)性能確定最佳油石比。

AC-5瀝青砂馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求見(jiàn)表1。

表1 AC-5瀝青砂馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)要求

2.礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004），推薦AC-5瀝青砂礦料級(jí)配范圍，如表2所示。

表2 瀝青砂礦料推薦級(jí)配范圍

3.生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

（1）篩分熱料倉(cāng)內(nèi)各規(guī)格的礦料，經(jīng)過(guò)檢測(cè)后確定材料的毛體積相對(duì)密度和表觀相對(duì)密度兩項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。

（2）以礦料篩分結(jié)果為依據(jù)，組織礦料設(shè)計(jì)工作，以期得到合適的礦料組成方案。多次調(diào)整冷料倉(cāng)的進(jìn)料比例，經(jīng)此操作后，直至達(dá)到各料倉(cāng)幾乎平衡的狀態(tài)為止；切實(shí)提高級(jí)配曲線的可行性，盡可能趨近于目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)曲線。

（3）考慮最佳瀝青用量及其+0.3%、-0.3%三種用量，取用特定數(shù)量的瀝青，組織馬氏實(shí)驗(yàn)，其中馬氏試樣在工地試驗(yàn)室制備。

（4）經(jīng)馬氏實(shí)驗(yàn)后，得到生產(chǎn)配合比礦料級(jí)配，并檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試拌AC5瀝青砂力學(xué)性能。

四、高速公路路面材料性能與交通荷載分析

1.環(huán)境因素的影響

該工程地屬天山北坡，屬于典型大陸性干旱氣候，極寒氣候、日溫差、降雪、日曬均是常見(jiàn)的環(huán)境因素，其會(huì)對(duì)瀝青路面帶來(lái)不同程度的影響。其中，溫度變化的主要影響對(duì)象為瀝青混合料的高溫性能，該材料的散熱性相對(duì)有限，僅憑借自身的特性難以高效散熱，聚集在路面的熱量在較短時(shí)間內(nèi)無(wú)法有效散發(fā)，隨著熱量的增加，迫使混合料伴有明顯的流變性特征，整體穩(wěn)定性不足，加之車輛荷載的作用，路面發(fā)生變形，顯現(xiàn)出擁包、車轍損壞病害。

2.車載重量

道路車流量逐步增加，且車輛具有重載化的特點(diǎn)，受外部荷載的作用，路面易受到損傷，且在路面溫度較高時(shí)更為明顯，此環(huán)境下混合料的高溫穩(wěn)定性不足，外力的作用會(huì)使內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生明顯的變形，最終路面整體受到損傷。在車輛總重量增加之下，路面的受損程度也隨之加重。

3.行駛速度

在相同荷載的條件下，隨荷載作用時(shí)間的延長(zhǎng)，瀝青路面的受損程度增加。貨運(yùn)車輛在高速公路車流量中占據(jù)較大的比重，荷載對(duì)路面的作用力較強(qiáng)，同時(shí)車輛行駛速度過(guò)慢，會(huì)延長(zhǎng)荷載作用于路面的時(shí)間，從而導(dǎo)致路面受損。相比之下，車輛行駛速度較快時(shí)，在同荷載條件下其對(duì)路面的不良影響小于慢速行駛狀態(tài)。

4.渠化交通

交通量較大，以貨車為代表的重型車數(shù)量較多，此類車輛行駛速度較慢時(shí)，將會(huì)加劇交通渠化現(xiàn)象；由此進(jìn)一步分析，在交通渠化程度越高時(shí)，路面車轍病害的發(fā)生概率越大，影響范圍也越廣。

五、車轍形成過(guò)程分析

車轍的形成并非一蹴而就，實(shí)際上其具有階段性的特征，是行車荷載反復(fù)作用下的結(jié)果，具體如圖1所示。

圖1 車轍形成過(guò)程

1.壓密階段：混合料原本相對(duì)松散，經(jīng)過(guò)碾壓施工后，在外部作用下瀝青與膠漿被迫發(fā)生擠壓，逐步轉(zhuǎn)向石料間隙內(nèi)，由此產(chǎn)生骨架結(jié)構(gòu)。

2.壓密穩(wěn)定階段：受車輛荷載等外力的作用，瀝青混合料組合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有所下降，部分物質(zhì)呈半流動(dòng)的狀態(tài)，原本穩(wěn)定的路面形態(tài)發(fā)生改變，有變形的跡象。

3.剪切階段：外力荷載作用于集料上，自由面逐步存在瀝青和膠漿材料（兩者會(huì)向該處發(fā)生流動(dòng)），此時(shí)有剪切現(xiàn)象。

若從宏觀層面分析，變形層主要被劃分為兩個(gè)區(qū)域，以輪跡邊緣的圓柱面為分界，形成密實(shí)流動(dòng)區(qū)和流動(dòng)松脹區(qū)。并且兩個(gè)區(qū)間的混合料存在聯(lián)系，即密實(shí)區(qū)的混合料通過(guò)斷面后，將逐步轉(zhuǎn)向流動(dòng)松脹區(qū)，隨著該變化的持續(xù)發(fā)生，最終瀝青路面有大范圍的變形問(wèn)題。

六、不同車轍類型的成因分析

1.失穩(wěn)型車轍。外部產(chǎn)生剪切應(yīng)力，路面面層在該部分力的作用下發(fā)生異常狀況，失穩(wěn)、凹陷、橫向位移，即所謂的失穩(wěn)型車轍。

2.結(jié)構(gòu)型車轍。路面或基層的強(qiáng)度不足是出現(xiàn)結(jié)構(gòu)型車轍的關(guān)鍵原因，此類車轍的寬度較大，兩側(cè)無(wú)隆起。

3.壓密型車轍。路面施工過(guò)程中未全面碾壓是關(guān)鍵的原因，壓密型車轍主要集中在車道線周邊的區(qū)域，兩側(cè)無(wú)隆起、有下凹。

七、車轍防治技術(shù)研究

1.混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)方法

取3種SMA間斷級(jí)配，分別組織車轍試驗(yàn)。結(jié)果表明：在瀝青混合料的原材料組成中，若粗集料的含量增加，則能夠提高混合料的抗車轍性能；若適當(dāng)增加中粗集料的使用量，此時(shí)拌制成型的混合料具有更為突出的高溫穩(wěn)定特性；而在選用骨架密實(shí)型集料后，施工成型的路面抗車轍性能突出。從這一角度來(lái)看，級(jí)配的選擇極為關(guān)鍵。

2.改性瀝青法

改性瀝青在提高混合料工程性能時(shí)具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，按照特定的比例將合適類型的改性劑添加至瀝青混合料中，得到改性瀝青，此類材料施工后的路面性能良好。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在基礎(chǔ)試驗(yàn)條件一致的前提下，對(duì)于形變量而言，SBS改性瀝青混合料的該值遠(yuǎn)小于AH.70基質(zhì)瀝青混合料，意味著基于SBS改性瀝青混合料的路面抗變形能力良好，該類材料對(duì)于改善路面性能而言具有積極意義，且在高溫穩(wěn)定性方面具有更加突出的優(yōu)勢(shì)。

八、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)路面車轍病害發(fā)生概率高、影響范圍大的特點(diǎn)，需要加強(qiáng)理論研究，并緊扣實(shí)際條件，確定具有適用性的瀝青路面車轍防治新思路，通過(guò)相關(guān)措施的落實(shí)，切實(shí)提高瀝青路面的抗車轍性能。在本文中，則提出一些有關(guān)于瀝青路面車轍的防治措施，希望通過(guò)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，提高瀝青路面的綜合性能，避免車轍以及其它病害的發(fā)生。