高速公路擴改建路面結(jié)構(gòu)設計與瀝青冷再生混合料應用

郭德棟

（濰坊公路發(fā)展集團有限公司，山東 濰坊 261000）

0 引言

隨著社會快速發(fā)展，車輛的與日俱增為人們提供了出行便利，但是也導致道路擁堵的現(xiàn)象時常發(fā)生，這無疑會增大交通運輸?shù)膲毫?。建設高速公路有利于減輕交通運輸壓力，因此我國投入大量人力、物力、財力等建設高速公路。為進一步保證交通運輸水平，我國除了做好高速公路建設之外，還應當根據(jù)現(xiàn)實發(fā)展情況在原有的項目基礎(chǔ)上開展擴建工作。由于路面結(jié)構(gòu)設計與瀝青冷再生混合料應用是高速公路擴建項目的重要施工環(huán)節(jié)，有必要高度重視這兩項工作，構(gòu)建合理的路面結(jié)構(gòu)設計與瀝青冷再生混合料應用體系，以此為高速公路擴改建項目的順利推進奠定堅實基礎(chǔ)。

1 高速公路擴改建項目概況

此次高速公路擴改建項目的原始路基的行車寬度為25m，擴展路基的行車寬度更改為45m，并使用雙向8車道，希望通過開展高速公路擴改建施工活動，緩解交通壓力，滿足人們對高速公路運輸需求。

2 高速公路擴改建項目路面結(jié)構(gòu)設計流程

冷再生加鋪結(jié)構(gòu)設計是路面結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵所在，通過構(gòu)建冷再生加鋪結(jié)構(gòu)設計方案，推進相關(guān)施工工作，利于提升高速公路擴改建水平。為此，需要積極地推進冷再生加鋪結(jié)構(gòu)設計工作。此次主要從以下方面研究了高速公路擴改建項目路面結(jié)構(gòu)設計流程。

2.1 交通量確定

在開展路面結(jié)構(gòu)設計時，需要提前對交通量進行調(diào)查研究，得出關(guān)于高速公路交通量的數(shù)據(jù)。之后，就可以根據(jù)交通量調(diào)查，根據(jù)瀝青面層，冷再生基層和半剛性基層的軸載換算公式，分別計算出瀝青面層層底拉應力，冷再生基層層底拉應力和半剛性基層層底拉應力。路面在設計年限內(nèi)累積當量標準軸載N，Ne，Ne。

2.2 結(jié)構(gòu)層參數(shù)確定

根據(jù)舊路路面實測彎沉值，通過彈性層狀體系軟件計算半剛性基層層底當量回彈模量Et；加鋪瀝青面層，冷再生基層，通過經(jīng)驗值或?qū)嶋H測試獲取剩余半剛性基層的回彈模量以及劈裂強度數(shù)值。

2.3 路面結(jié)構(gòu)組合

在設計路面結(jié)構(gòu)時，需要考慮兩種情況，即考慮在路面標高不受限以及路面標高受限制情況下的路面結(jié)構(gòu)設計工作。在不受限時，需要依據(jù)常規(guī)的加鋪結(jié)構(gòu)設計方法，推進結(jié)構(gòu)設計工作，而在受限時，需要通過瀝青面層，冷再生基層以及銑刨殘余半剛性基層之間的厚度組合，保證路面結(jié)構(gòu)厚度不變化，從而更好地連接擴建前的高速公路。對于路面結(jié)構(gòu)設計人員來講，其需要清楚高速公路擴改建項目路面結(jié)構(gòu)設計要求，了解路面標高受限與不受限的情況，以此優(yōu)化推進路面結(jié)構(gòu)設計工作。

2.4 結(jié)構(gòu)驗算

在結(jié)構(gòu)設計中，還需要完成結(jié)構(gòu)驗算工作。具體涉及的結(jié)構(gòu)驗算事項如下所述：

其一，將N，代入式（1）中，求得路面設計彎沉值I，進行彎沉指標驗算；

其二，根據(jù)瀝青面層的K公式，即式（2）和冷再生基層的K公式，即式（3），分別計算面層和冷再生層層底容許拉應力，進行拉應力指標驗算；

其三，結(jié)合設計資料和交通量調(diào)查，確定舊路半剛性基層設計壽命和使用壽命N根據(jù)式（4）計算出殘余壽命系數(shù)值，依據(jù)式（5）獲取加鋪路面結(jié)構(gòu)中殘余半剛性基層的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)，計算加鋪后半剛性基層層底容許拉應力，進行拉應力指標驗算。

該項目經(jīng)過結(jié)構(gòu)驗算后，得出了最終的加鋪結(jié)構(gòu)設計方案，即4cmACl3+6cmAC20+15cm再生混合料+35cm剩余水穩(wěn)基層+剩余路面結(jié)構(gòu)。施工時先對路面進行銑刨，銑刨深度為25cm。

3 高速公路擴改建項目瀝青冷再生混合料應用

該次項目適合使用“乳化瀝青”，因此該次主要圍繞著“乳化瀝青”研究瀝青冷再生混合料在高速公路擴改建項目中的應用。

3.1 乳化瀝青成型機理

乳化瀝青在成型的過程中會將熱瀝青進行增壓、剪切、研磨，從而分散成細小的顆粒，最后形成了穩(wěn)定、均勻的乳液。乳化瀝青可以在常溫下使用，同時可以與冷、潮濕的石料一起使用。當前，乳化瀝青成為一種重要的建筑材料。其中，就被應用在高速公路項目建設中，以起到提高車速，降低油耗，增加行駛舒適度等作用。

3.2 乳化瀝青混合料配合比設計

3.2.1 材料的組成與設計

（1）回收瀝青路面材料（RAP）

乳化瀝青冷再生混合料是通過將所回收的高速公路乳化瀝青銑刨料通過加入乳化瀝青拌和而形成的材料。在展開瀝青混合料配合比工作時，需要做好高速公路銑刨廢料回收工作。同時還需要嚴格按照“瀝青冷再生”工藝，推進瀝青冷再生活動。包括：處理與篩選分離回收的高速公路乳化瀝青銑刨料；將以上步驟完成后得到了材料分為0～5mm、5～10mm、10～20mm三檔。同時，在應用“瀝青冷再生”工藝的過程中做好銑刨料含水率，半剛性基層材料混入率的控制工作。其中，銑刨料含水率需小于3%，防止影響瀝青混合料的性能，而半剛性基層材料混入率則應小于2%。

（2）乳化瀝青

在應用“瀝青冷再生”工藝時，會使用到乳化瀝青。該次在高速公路擴建項目中所應用的乳化瀝青為“70號基質(zhì)瀝青”，希望通過應用“70號基質(zhì)瀝青”，確保瀝青冷再生效果。

（3）新骨料

為保證“瀝青冷再生”工藝實施效果，充分地提升“再生瀝青路面材料（RAP）”的性能，發(fā)揮“再生瀝青路面材料（RAP）”在高速公路建設中的作用，需要在開展“瀝青冷再生”工藝活動的過程中加入新骨料。也就是說，需要在舊的材料中加入新骨料，進而增強再生混合物的強度，從而保障高速公路的耐用性，合理地延長高速公路的壽命。在該次“瀝青冷再生”工藝實施中，所加入的新骨料的篩選結(jié)果詳見表1。

表1 新骨料篩選情況（單位：mm）

（4）礦粉與水泥

礦粉與水泥是瀝青冷再生混合料的重要組成部分，在實施“瀝青冷再生”工藝的過程中，需要放入礦粉與水泥，并進行攪拌。從礦粉的角度分析，在實施“瀝青冷再生”工藝中應用礦粉的作用是：增加乳液和骨料的覆蓋率，降低混合物的孔隙率，提高混合物的整體強度。在這種情況之下，就可以有效地確保高速擴建項目施工質(zhì)量。為切實發(fā)揮礦粉的作用，需要注重控制礦物粉末的取代度。一般而言，礦物粉末的取代度大約在3%左右。從水泥的角度分析，在拌和乳化瀝青混合料的過程中，需要使用水泥緩凝劑。通過使用水泥緩凝劑，就可以延長初始凝固、最終凝固時間等，以確保施工人員有效應用乳化瀝青混合料推進施工活動。其中，使用水泥緩凝劑能夠?qū)⒊跏寄虝r間控制在3h以上，能把最終凝固時間控制在6～10h。除此之外，在拌和乳化瀝青混合料的過程中，使用水泥緩凝劑還有助于降低混合物的孔隙率。對于乳化瀝青混合料拌和人員，一定要認識到水泥緩凝劑在拌和乳化瀝青混合料以及后續(xù)使用中所起到的作用，積極地踐行此項工作。值得注意的是，混合料拌和人員需要注重在拌和乳化瀝青混合料的過程中控制水泥的含量，否則就容易起到相反的效果。將水泥的含量控制在15%以內(nèi)可保證混合料拌和水平，增強混合料的性能，所以混合料拌和人員需要把水泥的含量控制在15%以內(nèi)。

3.2.2 礦料級配組成設計

礦料級配組成設計的科學性對于提升瀝青冷再生混合料性能具有重要的價值。在實施“瀝青冷再生”工藝的過程中，需要主動地推進礦料級配組成設計工作。在開展礦料級配組成設計工作時，需要明確每塊的原料比。其中，應將每塊的原料比確定為：RAP10－20mm∶RAP5－10mm∶RAP0－5mm∶新 材 料10－20mm∶礦粉=23%∶27%∶37%∶10%∶3%。作為“瀝青冷再生”工藝實施者需要根據(jù)以上配比規(guī)定，開展工作。

3.2.3 最佳液體含量確定

在實施“瀝青冷再生”工藝的過程中，需要確定液體含量。而最佳用量是外摻3.5%，水泥為外摻1.5%，按預加含水率2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%分別在烘干后的骨料進行拌和，旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)70次，60℃烘箱中養(yǎng)護至恒重。在嚴實后，會得到最大干密度及干劈強度，之后就可以確定最佳的液體含量。經(jīng)過推進以上工作發(fā)現(xiàn)，最佳液體含量為6.5%。

3.2.4 最佳乳化瀝青用量與含水量確定

最佳液體含量為6.5%，3種乳化瀝青含量分別選擇為3.0%、3.5%和4.0%，確定了瀝青的最佳用量為3.5%，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，水含量為3.0%。而在瀝青的最佳用量為3.5%以及水含量為3.0%的情況下，瀝青冷再生混合料的性能符合高速公路擴建項目對瀝青混合料材料性能的要求。

4 高速公路擴改建項目施工質(zhì)量控制策略

4.1 混合料拌和與檢測

在拌和混合料時，要避免水泥發(fā)生結(jié)塊以及避免液體下流。另外，材料白化表示混合料的質(zhì)量并未達到標準。所以，混合料拌和人員也需要防止出現(xiàn)該問題。在施工前，需要檢測乳化瀝青。而在乳化瀝青達到施工標準的情況下，才可以使用，否則就不予以使用。其中，蒸發(fā)殘留物含量、1d存儲穩(wěn)定性、5d存儲穩(wěn)定性的標準分別為不小于62%、不大于1%、不大于5%。通過將這些指標控制在合理的范圍內(nèi)，才可以有效地確保施工質(zhì)量。

4.2 混合料運輸

在高速公路擴改建項目施工的過程中，有必要推進混合料運輸工作。其中，需要在運輸混合料前清洗車輛，同時還需要在車輛上涂上專用隔離劑，保證混合料性能。在混合料達到現(xiàn)場后，就需要及時卸貨。

4.3 攤鋪碾壓

為保證混合料的緊密度，提升高速公路結(jié)構(gòu)強度，需要控制碾壓4次。不同碾壓機械在不同碾壓階段需碾壓的遍數(shù)存在差異。在初壓階段，需要使用雙鋼輪碾壓2遍；在復壓階段，需要使用單鋼輪碾壓4遍，另外還需要使用膠輪碾壓4遍；在終壓階段，需要使用雙鋼輪碾壓2遍。

4.4 養(yǎng)護及交通管制

養(yǎng)護與交通管制是在高速公路改擴建項目完成后需要開展的工作。通過開展這兩項工作，可以有效提高公路結(jié)構(gòu)的強度，保證施工項目質(zhì)量。從養(yǎng)護角度分析，雨水容易影響混合料的性能，不利于增強公路結(jié)構(gòu)的強度。所以，需要提前了解天氣情況。若發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護期間有降雨天氣，就需要預先準備防雨的材料，將材料覆蓋在路面。另外，還需要在雨水結(jié)束后做好排水工作。在對公路養(yǎng)護時，需要控制養(yǎng)護時間，養(yǎng)護的時間不應少于3d。

5 結(jié)語

綜上所述，在高速公路擴改建項目中，應用瀝青冷再生混合料不僅可以保證施工質(zhì)量，而且可以在一定程度上降低施工成本?；诖?，要重視在高速公路擴改建項目中應用瀝青冷再生混合料。同時在應用瀝青冷再生混合料開展施工時，需要制定科學的高速公路擴改建路面結(jié)構(gòu)設計方案，強化施工效果。另外，在整個的高速公路擴改建施工中要做好各個施工環(huán)節(jié)的把控工作，切實增強公路結(jié)構(gòu)的強度，確保公路的耐用性，延長公路的使用壽命。