公路瀝青路面層間處治措施研究

收稿日期：2024-01-08

作者簡介：伍越輝（1985—），男，本科，工程師，從事路橋施工工作。

摘要 為了保證瀝青路面施工質(zhì)量，文章總結(jié)了瀝青路面透層油、黏層油和封層等層間處治材料的選擇方法。依托某高速公路項(xiàng)目，以滲透深度和層間抗剪強(qiáng)度為評價(jià)指標(biāo)，確定了透層油和黏層油的最佳用量，并闡述了瀝青路面層間處治施工要點(diǎn)和常見問題，研究成果可為類似項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞 高速公路；瀝青路面；透層；黏層；封層；施工要點(diǎn)

中圖分類號 U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0125-03

0 引言

近年來，公路工程的建設(shè)里程逐年增加。瀝青混合料因施工簡單、行車舒適性好等優(yōu)勢，已成為公路工程中最常用的路面結(jié)構(gòu)層。為了避免瀝青路面在車輛荷載作用下產(chǎn)生推移、剝落和分層等病害，需在瀝青路面層與層之間撒布透層油、黏層油和封層等。但是，很多技術(shù)人員通常參考類似項(xiàng)目圖紙制定瀝青路面層間處置方案和施工技術(shù)，使得處治效果不佳。因此，進(jìn)一步研究公路瀝青路面層間的處治措施具有重要意義。

1 公路瀝青路面層間處治材料

公路瀝青路面的層間處治技術(shù)包括鋪設(shè)透層油、黏層油、封層及基層粗糙度控制等，其中透層是鋪在基層上、增加基層與瀝青面層的黏結(jié)性，黏層是鋪在瀝青面層之間、增加面層之間的黏結(jié)性，封層主要是為了防水。不同層間處治技術(shù)的功能不同，對材料性能的要求也不同。

1.1 透層材料

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004，以下簡稱《規(guī)范》），透層油可選擇滲透系數(shù)好的煤瀝青、液體瀝青和乳化瀝青等材料。煤瀝青是煤焦油經(jīng)蒸餾去除液體餾分之后的殘余物，化合物組成較復(fù)雜，與集料的黏附性較好，但溫度穩(wěn)定性較低，熔融時(shí)易燃燒，并會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，威脅人身安全，在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)盡量少用；液體瀝青是采用汽油、煤油和柴油等溶劑，將石油瀝青稀釋而成，具有軟化點(diǎn)較高、黏度小和流動(dòng)性好等特點(diǎn)；乳化瀝青是在普通瀝青加入陽離子乳化劑、陰離子乳化劑和非離子乳化劑等充分?jǐn)嚢瓒?，其黏結(jié)性、防水性和抗老化性較好[1]。

無論采用哪種透層材料，噴灑后應(yīng)滲入基層內(nèi)至少5.0～10.0 mm，與基層聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。需注意，透層材料的用量不能直接采用設(shè)計(jì)文件中的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試灑確定，且不宜超出表1所示的數(shù)值。

1.2 黏層材料

由《規(guī)范》可知，黏層油宜優(yōu)先選用快裂或中裂乳化瀝青、改性乳化瀝青、快凝或中凝液體瀝青等，且基質(zhì)瀝青標(biāo)號應(yīng)和瀝青路面結(jié)構(gòu)層保持一致。同時(shí)，黏層材料的用量也應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試灑確定，且不宜超出表2所示的數(shù)值。如果黏層兼做封層或上方鋪筑薄層大空隙排水路面時(shí)，可適當(dāng)提高黏層油用量。

1.3 封層材料

按使用位置不同，瀝青路面封層可分為上封層（下面層下）和下封層（中上面層間）。封層應(yīng)結(jié)合公路等級、交通量和外界環(huán)境等因素，選擇黏結(jié)性好、溫度穩(wěn)定性好和水密性好的材料，比如碎石封層、稀漿封層和微表處等[2]。

2 公路瀝青路面層間處治施工要點(diǎn)

2.1 工程概況

2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

研究對象為某高速公路項(xiàng)目，其里程為108.5 km，起點(diǎn)樁號為K0+000，終點(diǎn)樁號為K108+500，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道，路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬25.5 m，路面為瀝青混合料路面，厚度為70 cm。具體路面結(jié)構(gòu)組合如下：AC-13C上面層（4.0 cm）+AC-20C中面層（6.0 cm）+AC-25C下面層（8.0 cm）+水穩(wěn)碎石基層（36.0 cm）+水穩(wěn)碎石底基層（18.0 cm）。其中，透層油采用SBS改性乳化瀝青，黏層油采用快裂陽離子乳化瀝青，封層采用同步碎石封層。

2.1.2 建設(shè)條件

公路沿線地勢較平坦，屬大陸季風(fēng)性氣候，夏季高溫持續(xù)時(shí)間長，降水量較小，年平均降雨量約335～

380 mm，且集中在6—9月份，冬季寒冷干燥。

2.2 層間處治材料用量

2.2.1 透層油用量

在20 ℃的環(huán)境中開展室內(nèi)試驗(yàn)，利用水穩(wěn)碎石材料制備若干個(gè)試件，測量了不同用量的SBS改性乳化瀝青在半剛性基層中的滲透深度，試驗(yàn)結(jié)果見圖1所示：

圖1 透層油乳化瀝青含量對滲透深度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，乳化瀝青含量越高，其在基層材料中的滲透深度越大。當(dāng)乳化瀝青含量＜1.2 L/m2時(shí)，滲透深度快速增大。乳化瀝青含量從0.7 L/m2增加至1.2 L/m2，滲透深度從5.1 mm增加至8.0 mm，增加幅度F=（8.0?5.1）/5.1×100%=56.9%；當(dāng)乳化瀝青含量＞1.2 L/m2時(shí)，滲透深度變化不明顯。

2.2.2 黏層油用量

該文制作了若干個(gè)噴灑快裂陽離子乳化瀝青的瀝青混合料試件，測量其層間抗剪強(qiáng)度，并以未噴灑黏層油的瀝青混合料為對照組，試驗(yàn)結(jié)果見圖2所示。

隨著乳化瀝青含量的增加，瀝青混合料的層間抗剪強(qiáng)度增加，且兩者之間基本呈線性正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)乳化瀝青含量從0.3 L/m2增加至0.6 L/m2時(shí)，瀝青混合料的層間抗剪強(qiáng)度從0.86 MPa增加至1.03 MPa，增加幅度F=（1.03?0.86）/0.86×100%=19.8%。隨后，用式（1）擬合了乳化瀝青含量和層間抗剪強(qiáng)度的關(guān)系，擬合相關(guān)系接近1，擬合效果好。

y=0.57x+0.686 （1）

綜上，基于經(jīng)濟(jì)性、合理性和可行性原則，建議該高速公路的透層油乳化瀝青含量取1.2 L/m2、黏層油乳化瀝青含量取0.3 L/m2。

圖2 黏層油乳化瀝青含量對層間抗剪強(qiáng)度的影響

2.3 層間處治的施工要點(diǎn)

2.3.1 基層粗糙度控制

結(jié)合相關(guān)研究成果，基層表面粗糙度會(huì)影響瀝青路面層間的抗剪性能。一般情況下，基層表面粗糙度越大，摩阻力越大，瀝青路面層間的抗剪性能越好。但當(dāng)基層表面粗糙度超出某一臨界值時(shí)，瀝青路面層間的抗剪性能呈衰減趨勢，主要原因在于：基層表面粗糙度過大，部分透層材料會(huì)堆積在其紋理中，無法形成均勻薄膜。

在面層施工前，需在基層強(qiáng)度大幅增長前進(jìn)行橫向鑿毛處理，使基層表面形成一個(gè)粗糙均勻的接觸界面，提高瀝青路面層間的水平抗剪強(qiáng)度?；鶎哟植诙葦?shù)值宜控制在0.4～0.8 mm，可采用鋪砂法測量，即將一定體積（25 cm3）的標(biāo)準(zhǔn)干砂在基層上攤鋪成圓形，然后測量圓的直徑，最后可按式（2）計(jì)算出基層粗糙度[3]。

（2）

式中，TD、D——基層表面粗糙度、圓的直徑（mm）；V——干砂體積（cm3）。

2.3.2 透層施工

為了保證SBS改性乳化瀝青透層油在基層中的入滲深度，應(yīng)在水穩(wěn)碎石基層施工完成12 h內(nèi)及時(shí)撒布。透層油宜選智能瀝青撒布車施工，以準(zhǔn)確控制透層油用量、撒布溫度等參數(shù)。撒布車可先在中央分隔帶一側(cè)施工，掉頭后再施工另一側(cè)，且2次撒布寬度宜重疊10.0～15.0 cm。對于局部漏撒或撒布車難以施工的區(qū)域，可采用人工補(bǔ)撒；對于撒布量大的局部區(qū)域，需及時(shí)清掃干凈，保持透層油撒布量的均勻性。

SBS改性乳化瀝青的透層油施工完成后，要暫時(shí)封閉交通，對其進(jìn)行養(yǎng)生，直至乳化瀝青滲透且水分蒸發(fā)，并及時(shí)鋪筑面層，防止施工車輛損壞透層。

2.3.3 黏層施工

黏層也可使用智能瀝青撒布車施工，施工順序同透層油。但是，在氣溫小于10 ℃的環(huán)境中，不得撒布黏層油。需注意，撒布的黏層油要呈均勻霧狀，不得有灑花漏空或成條狀，也不得有堆積。對于噴灑量不足的區(qū)域要進(jìn)行補(bǔ)灑，對于噴灑過量的區(qū)域要刮除。黏層油施工完成后，也要封閉交通，及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

2.3.4 封層施工

同步碎石封層技術(shù)是將瀝青撒布、石料撒布同時(shí)進(jìn)行，待撒布完成后用膠輪壓路機(jī)緊跟壓實(shí)（見圖3所示），使得瀝青與石料間充分接觸，能夠迅速結(jié)合成碎石封層。在瀝青和石料結(jié)合時(shí)，瀝青溫度下降較少，基本可保持在160 ℃以上。此時(shí)，瀝青流動(dòng)性好，可以更好地嵌入石料表面的微觀紋理中，使兩者黏結(jié)牢固，在很大程度上改善了封層的黏結(jié)性和防水性[4]。因此，同步碎石封層施工技術(shù)較簡單、施工速度快，僅需一輛同步碎石封層車和一臺壓路機(jī)就可完成主要的施工作業(yè)。

圖3 同步碎石封層施工示意圖

2.4 層間處治施工的問題分析

2.4.1 透層下滲困難

由于該公路工程的基層為半剛性材料，表面密實(shí)性好，SBS改性乳化瀝青透層油滲透困難，局部區(qū)域的透層油停留在表面，形成一層“油膜”，無法起到黏結(jié)、防水作用。同時(shí)，在瀝青路面的面層施工時(shí)，停留在基層表面的透層油容易被運(yùn)料車和攤鋪機(jī)等破壞。

2.4.2 黏層噴灑量不均勻

即使黏層油采用智能瀝青撒布車施工，但由于施工人員的水平參差不齊，撒布車的行駛速度不均勻，使得黏層油的噴灑量不均勻，部分區(qū)域黏層油用量大于設(shè)計(jì)值，而部分區(qū)域黏層油用量小于設(shè)計(jì)值。對于黏層油用量小的部分，無法為瀝青面層提供足夠的黏結(jié)力；而黏層油用量過多，會(huì)出現(xiàn)“富油層”，更容易出現(xiàn)層間滑移。

2.4.3 層間污染

透層油或黏層油在夏季施工，若未及時(shí)結(jié)合天氣情況調(diào)整施工工期，會(huì)使得部分路段的透層油或黏層油在降雨后被沖刷至路面結(jié)構(gòu)層的邊緣，不僅使結(jié)構(gòu)層表面一定深度范圍內(nèi)的透層油或黏層油流失，還會(huì)對周邊環(huán)境造成污染。

同時(shí)，如果交通管制不當(dāng)，施工車輛可能誤入剛噴灑過透層油或黏層油的路段，使得透層油或黏層油黏在橡膠輪胎上，從而破壞透層油或黏層油。

2.4.4 碎石封層掉粒

瀝青和集料間黏結(jié)不牢，可能導(dǎo)致碎石封層出現(xiàn)掉?，F(xiàn)象，具體原因如下[5]：一是集料表面較臟，存在粉塵。二是瀝青黏度低或含量不足。三是瀝青噴灑厚度不均勻，未形成有效瀝青膜，存在“露白”現(xiàn)象。四是部分集料粒徑偏大，瀝青難以黏結(jié)。

3 結(jié)論

該文依托某高速公路項(xiàng)目主要研究了瀝青路面層間處治材料的選擇、用量估計(jì)及施工要點(diǎn)，得到了以下幾個(gè)成果：

（1）透層油、黏層油和封層等是公路瀝青路面層間處治的常用技術(shù)，可優(yōu)選采用乳化瀝青、液體瀝青和同步碎石封層等材料。

（2）透層油用量越高，在基層中的滲入深度越大，但過高會(huì)形成一層油膜。黏層油含量越高，瀝青混合料的層間抗剪強(qiáng)度越大。

（3）透層、黏層和封層等施工時(shí)，要嚴(yán)格控制乳化瀝青、碎石等材料的撒布量，合理安排施工工期，盡量避免出現(xiàn)透層下滲困難、黏層噴灑量不均勻、層間污染和碎石封層掉粒等問題。

參考文獻(xiàn)

[1]武越鋒. 半剛性基層瀝青路面層間處治技術(shù)研究[J]. 交通世界， 2021（16）： 24-25.

[2]李姝. 基于不同下封層技術(shù)的瀝青路面無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料基層疲勞壽命分析[D]. 沈陽：沈陽建筑大學(xué)， 2020.

[3]陳世斌， 袁永強(qiáng)， 姚運(yùn)仕， 等. 半剛性基層瀝青路面層間處治增強(qiáng)黏結(jié)力的試驗(yàn)[J]. 長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2019（4）： 44-51.

[4]唐羽. 基-面層間界面形態(tài)對瀝青路面力學(xué)性能影響研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)， 2018.

[5]高峰. 半剛性基層瀝青路面基面層間非光滑表面處治試驗(yàn)研究[D]. 西安：長安大學(xué)， 2017.