基于路面使用性能分析和設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)及路面材料技術(shù)在工程上的應(yīng)用

姚建喜，楊 平

河南省公路工程局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000

我國高速公路建設(shè)起步晚、時間段、發(fā)展迅猛，在十幾年的時間內(nèi)，通車?yán)锍桃呀?萬km，躍居世界第二位。造成高速公路路面早期損壞嚴(yán)重，根本達(dá)不到設(shè)計(jì)年限，通車三、五年就進(jìn)行大中修。

1 基于路面使用性能對早期損壞現(xiàn)象機(jī)理分析

第一，半剛性基層引起收縮裂縫的反射縫問題，瀝青面層較薄時半剛性基層開裂引起反射縫的問題。我國高等級公路經(jīng)過十幾年的建設(shè)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在路面結(jié)構(gòu)方面形成了一種主流模式——半剛性基層瀝青路面，但半剛性材料、瀝青材料對溫度和濕度變化比較敏感，在其強(qiáng)度形成過程中以營運(yùn)期間會產(chǎn)生干縮裂縫和低溫收縮裂縫。在路面交通荷載重復(fù)作用下，半剛性基層的干縮裂縫和收縮裂縫會擴(kuò)展到瀝青路面面層形成反射裂縫而具有弱點(diǎn)。路面裂縫不僅影響路面美觀、減低平整度，而且會削弱路面的整體平整度。特別是路面開裂后水分通過裂縫滲到路面基層、底基層甚至土層，削弱基層、土層的強(qiáng)度，從而加劇路面的破壞，縮短路面的使用壽命。由于半剛性基層中細(xì)顆粒部分較多，比例一般超過20%。半剛性基層中的粗集料已經(jīng)不能或很難形成嵌擠，完全成為一種懸浮密實(shí)狀態(tài)。由于一般認(rèn)為路面破壞是由于彎沉不足造成的，容許彎沉值隨之不斷減小，對半剛性基層的強(qiáng)度要求也不斷提高。再加上不少施工單位、監(jiān)理人員，總認(rèn)為強(qiáng)度越高越好，只控制下限，不控制高限，使工程實(shí)際的半剛性基層強(qiáng)度更高，但又算不上貧混凝土。大量的工程實(shí)踐證明，半剛性基層的強(qiáng)度過高將使基層開裂及反射性裂縫的問題更嚴(yán)重。這個問題在最近幾年更加突出。

第二，唧漿問題，產(chǎn)生唧漿病害的原因，除了受氣候條件影響外，主要還與路面結(jié)構(gòu)類型、面層碎石級配、路基路面排水、超載車輛通行等有關(guān)。半剛性基層的強(qiáng)度主要來自于結(jié)合料的劑量和嚴(yán)格的壓實(shí)(良好的壓實(shí)本身是沒有錯的)，半剛性基層本身非常致密，幾乎成為完全不透水的層次。但目前國、省道多數(shù)采用瀝青碎石路面，瀝青碎石路面由于空隙率大、抗?jié)B性差，公路建成后，來自瀝青層及基層的水將積存在基層表面，無法通過基層排走，受地表水侵蝕以及各種外因條件的影響，路面早期容易出現(xiàn)唧漿病害，進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致路面大面積破壞。而且我國路面及結(jié)構(gòu)層排水長期以來不完善或者根本就沒有考慮。當(dāng)瀝青層滲水不能通過基層擴(kuò)散，滯留在基層表面的水將逐漸使基層軟化，形成泥漿時，瀝青面層越薄，作用到瀝青層底部的荷載壓力較大，在荷載作用下，基層表面越容易破壞。以往大部分高速公路瀝青層的下面層常常采用空隙率較大的Ⅱ型瀝青混凝土，甚至還有半開級配的瀝青碎石，這一層厚度薄，集料最大粒徑又大，離析比較嚴(yán)重，半剛性基層的灰漿逐漸充滿下面層的空隙，并通過裂縫泵吸到路面上來，即產(chǎn)生通常所說的唧漿，成為瀝青面層的早期損壞的重要原因。

第三，半剛性基層與瀝青層之間的聯(lián)結(jié)是個很大的困難。路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定路面設(shè)計(jì)是按照界面完全連續(xù)的界面條件考慮的。但實(shí)際上，當(dāng)瀝青層滲水不能通過基層擴(kuò)散，滯留在基層表面的水將逐漸使基層軟化，形成泥漿時，瀝青層和基層之間的界面條件將從想象中的連續(xù)狀態(tài)變?yōu)榛瑒訝顟B(tài)或半連續(xù)半滑動狀態(tài)。我國在瀝青層施工過程中往往不恰當(dāng)?shù)匾笙葘r青層下面層修通，表面層又拖到通車前最后才鋪。這中間開挖中央分隔帶，埋管道、綠化、安裝護(hù)欄等施工使路面污染嚴(yán)重，嚴(yán)重妨礙了瀝青層成為一個整體，致使多條高速公路均不同程度出現(xiàn)了較嚴(yán)重的車轍，有些路段通車的第一個高溫期就產(chǎn)生深度為10～50 mm的車轍，有的甚至達(dá)100mm以上，而且橋面上也過早地出現(xiàn)了車轍，遠(yuǎn)超出《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D50-2006)要求的使用期末車轍深度不大于15 mm。這不僅使路面平整度變差，影響行車安全，而且很快出現(xiàn)推移、網(wǎng)裂、坑洞、坑槽等早期病害。在這樣的界面條件下，瀝青層底部的彎拉應(yīng)變將可能成為控制性指標(biāo)，將有可能在荷載作用下早于基層首先發(fā)生彎拉開裂，并逐漸向上擴(kuò)展，成為破壞的根源。

瀝青層厚度薄、級配不合理、石料質(zhì)量差、施工時的瀝青混合料離析、壓實(shí)不足，造成路面車轍、泛油、松散、沉陷。

2 基于路面使用性能的創(chuàng)新技術(shù)和管理在鄭州至堯山高速公路上的應(yīng)用

針對上述問題，借鑒國外SUPERPAVE經(jīng)驗(yàn)，開展了對瀝青路面厚度、瀝青混合和半剛性基層的骨架密實(shí)型級配、路面材料、施工管理等高速公路瀝青路面的成套技術(shù)的科研課題，并將科研成果應(yīng)用到工程上，基本上解決了高速公路路面的早期損壞的問題，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1）路面結(jié)構(gòu)

18cm、2.5%水泥穩(wěn)定碎石底基層+36cm、3%水泥穩(wěn)定碎石基層+1cm稀漿封層+10cmTAB下面層+7cmAK-16中面層+5cmAK-16上面層，上基層灑透層油，瀝青面層之間灑粘層油。

運(yùn)用旋轉(zhuǎn)振動（GMT）技術(shù)，設(shè)計(jì)瀝青混凝土、水泥穩(wěn)定碎石的骨架密實(shí)型的配合比，控制瀝青、水泥用量，使得瀝青混凝土AK-13的密度達(dá)到2.48kg/cm。水泥穩(wěn)定碎石的水泥用量控制在3%以下，其密度達(dá)到2.44 kg/cm左右，強(qiáng)度控制在4～5MPa。

2）路面材料

瀝青下面層用70號瀝青，稀漿封層、中上面層用BSB改性瀝青，瀝青軟化點(diǎn)在65℃以上。粗集料碎石首先選開采有一定的時間，基本沒有風(fēng)化巖的石質(zhì)為優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r的石料廠。再要求廠家對碎石設(shè)備、篩分設(shè)備進(jìn)行改造。生產(chǎn)現(xiàn)場派駐監(jiān)理，從石頭爆破、到各級碎石都要派人撿除風(fēng)化石。細(xì)集料采用優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂和礦粉。

3）施工控制

拌合現(xiàn)場建石料大棚防止石料雨淋。拌和機(jī)要求為進(jìn)口機(jī)械，生產(chǎn)能力300t/h，生產(chǎn)時拌和機(jī)每天都要打印拌合記錄，由監(jiān)理核對。拌和機(jī)吐出的粗細(xì)集料不準(zhǔn)再用。

運(yùn)輸拌合料的車輛用保溫布覆蓋，攤鋪現(xiàn)場使用拌和運(yùn)轉(zhuǎn)車向攤鋪機(jī)供料。壓實(shí)有專人監(jiān)控壓實(shí)溫度。有一臺攤鋪機(jī)全半幅攤鋪。

調(diào)整施工順序，實(shí)現(xiàn)零污染。下基層施工后，先把中央分隔帶內(nèi)的排水、通訊、防撞護(hù)欄柱、填土，路肩土的填筑施工完畢，再進(jìn)行上基層的施工。在上基層碾壓完成后，立即灑透層油，并封閉交通至上面層施工完畢。

3 結(jié)論

鄭州至堯山高速公路在交、竣工時，工程質(zhì)量均被評為優(yōu)良，平整度在當(dāng)年通車河南省13個項(xiàng)目中排第二。在通車已兩年多的時間內(nèi)沒有出現(xiàn)高速公路路面早期損壞。