單層瀝青混凝土在高速公路水泥路面罩面工程中的應(yīng)用

馬步方 張魁

摘 要：單層瀝青砼罩面是一種經(jīng)濟(jì)快速的水泥砼舊路面加鋪維修技術(shù)，其可顯著提高舊路面的綜合性能，明顯改善行車條件。文章通過S12梅龍高速公路程江至梅南段的白加黑罩面實(shí)例，總結(jié)與分析了單層瀝青砼罩面的舊路面處理、加鋪結(jié)構(gòu)、瀝青等原材料的選用、施工控制及完工后的檢測等方面內(nèi)容。經(jīng)罩面后目前的工后運(yùn)營表明，其滿足路面使用性能要求，具有較好的研究和應(yīng)用價(jià)值，可為我省水泥路面的加鋪維修提供一種新的思路與借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路；水泥砼路面；加鋪單層瀝青砼

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，道路使用者對(duì)道路尤其是高速公路的行車舒適性要求越來越高，早期建設(shè)的高速公路水泥砼路面經(jīng)過長期的運(yùn)營及超負(fù)荷的重載使用出現(xiàn)了各種病害，使用性能和舒適性大大降低，為提高道路使用性能及路面維修的需要，提升道路服務(wù)水平，很多運(yùn)營期的高速公路水泥砼路面陸續(xù)開展了加鋪瀝青砼工作，即實(shí)施白色的水泥砼路面加鋪黑色瀝青砼面層的罩面工程，簡稱白加黑罩面工程。

白加黑罩面在我省已有多個(gè)工程實(shí)例，由于廣東大部分地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，為了保證加鋪層的高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性能，以往加鋪結(jié)構(gòu)多為2-3層改性瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，而使用單層瀝青砼結(jié)構(gòu)在高速公路水泥砼路面上加鋪罩面，在我省之前并未有相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)與實(shí)例。

1 工程現(xiàn)狀

S12梅龍高速公路程江至梅南段（K91+120～K103+404）全長12.284km，雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，于2003年底建成通車。原水泥砼路面結(jié)構(gòu)為28cm水泥砼面層+20cm6%水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+14cm碎石墊層。

由于程江至梅南段通車時(shí)間較長，尤其是重載交通較多，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)水泥砼路面產(chǎn)生各種病害，主要表現(xiàn)為：破碎板、裂縫板、錯(cuò)臺(tái)、脫空及唧漿病害等。其中破碎板及裂縫板病害較為嚴(yán)重，錯(cuò)臺(tái)病害大部分錯(cuò)臺(tái)高度為5～10mm，少部分完整板塊存在脫空等情況。

2 單層瀝青砼罩面方案

S12梅龍高速公路程江至梅南段罩面方案采用單層7cmGAC-20結(jié)構(gòu)，瀝青采用PG82-10級(jí)改性瀝青。該方案主要是采用單一結(jié)構(gòu)的一層較薄瀝青砼作為加鋪層完成水泥砼路面的罩面工作，方案內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：一是采用單層GAC-20一種結(jié)構(gòu)形式，二是層厚采用7cm作為加鋪厚度，三是瀝青采用SHRP分級(jí)提出的PG82-10級(jí)改性瀝青，其在高溫82℃及低溫-10℃時(shí)仍具有優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性能，保證加鋪層具有優(yōu)越的高低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)性能。

3 舊水泥砼路面處治

3.1 舊板處治

原水泥砼路面是加鋪瀝青砼的基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性及耐久性是加鋪瀝青砼路面的重要前提。因此，無論采用什么瀝青砼材料及加鋪結(jié)構(gòu)，都必須首先做好原有病害的處治工作。為保障加鋪層具有穩(wěn)定的水泥砼路面下承層，針對(duì)舊板病害主要采取以下技術(shù)措施進(jìn)行處理：（1）對(duì)破碎板和裂縫板塊進(jìn)行更換。（2）對(duì)錯(cuò)臺(tái)板塊、唧泥位置及脫空板塊進(jìn)行壓漿穩(wěn)定，對(duì)錯(cuò)臺(tái)板塊進(jìn)行磨平處理。（3）對(duì)唧漿路段進(jìn)行縱向增設(shè)多孔砼盲溝處理。

3.2 接縫處理

接縫包括舊板的縱橫結(jié)構(gòu)縫都是水泥砼路面的薄弱環(huán)節(jié)，也是加鋪后易產(chǎn)生反射裂縫的位置，因此必須做好接縫的處治工作。一般有以下幾種常規(guī)處治措施見表1。程梅段罩面采用玻纖格柵作為預(yù)防反射裂縫的處治措施。具體工藝為對(duì)水泥板接縫清縫后進(jìn)行熱改性瀝青灌縫后，跨縫設(shè)置1m寬玻纖格柵。

3.3 層間粘結(jié)及表面處理

罩面層與原水泥砼板的層間處理是影響罩面層耐久性的關(guān)鍵技術(shù)之一。一般常規(guī)層間處治采用熱改性瀝青碎石粘結(jié)層，程梅段白加黑罩面層間粘結(jié)采用高粘度改性瀝青防水粘結(jié)層進(jìn)行處治，其高粘度改性瀝青具體技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 高粘度改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

施工時(shí)使用全自動(dòng)高智能瀝青灑布車施工，灑布量按1.8kg/m2控制，再撒S12（篩除4.75mm以下部分）的預(yù)拌瀝青碎石，約為3.5kg/m2，覆蓋率占60%，以施工不粘輪為宜，局部撒布過多的石料人工清除。

4 加鋪結(jié)構(gòu)參數(shù)

4.1 加鋪驗(yàn)算

經(jīng)收集S12梅龍高速公路程江至梅南段歷年的交通量及軸載資料，利用AASHTO軸載換算系數(shù)對(duì)各類車輛進(jìn)行軸載換算，得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期10年的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為4327.2萬次，結(jié)合對(duì)原有水泥砼路面結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到加鋪層結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)如表3所示。

表3 加鋪層結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

根據(jù)上述加鋪層結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)，經(jīng)對(duì)加鋪結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，加鋪單層7cm GAC-20后，水泥砼板的綜合彎拉應(yīng)力為4.1MPa，小于舊砼板彎拉強(qiáng)度4.63MPa，結(jié)構(gòu)滿足加鋪條件。

4.2 原材料

4.2.1 PG82-10改性瀝青參數(shù)

PG82-10級(jí)改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中表4.6.2聚合物改性瀝青技術(shù)要求。其主要技術(shù)指標(biāo)要求及檢測結(jié)果見表4。

表4 PG82-10改性瀝青技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

4.2.2 粗集料

粗集料采用當(dāng)?shù)厥瘓錾a(chǎn)的凝灰?guī)r，具體技術(shù)要求及檢測結(jié)果見表5。

表5 粗集料技術(shù)要求及檢測結(jié)果

4.3 集料級(jí)配

由于本工程中僅使用單層GAC-20作為加鋪結(jié)構(gòu)，要求其有中面層的高溫穩(wěn)定性，同時(shí)兼具上面層的泌水、抗滑性能，因此集料級(jí)配設(shè)計(jì)階段著重控制4.75mm含量，與AC-20相比，級(jí)配中減少其粗集料含量，增加細(xì)集料含量，使整體接近骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，目標(biāo)級(jí)配如表6所示。

表6 目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)

4.4 最佳瀝青用量的確定

經(jīng)過馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，確定該瀝青混合料的最佳油石比為4.6%，油石比選定表如表7所示：

表7 油石比選定表

檢驗(yàn)最佳油石比時(shí)的粉膠比和有效瀝青厚度計(jì)算參數(shù)如表8所示。

表8 計(jì)算參數(shù)表

所得結(jié)果均符合規(guī)范要求。

礦料的瀝青吸收率Pba=（γse-γb）/（γse×γsb）×γb×100=23.686%

有效瀝青用量Pbe=Pb-Pba/100×Ps=4.171%

粉膠比FB=P0.075/Pbe=1.223

有效瀝青膜厚度DA=Pbe/（γb×SA）×10=8.401μm

4.5 配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證

4.5.1 高溫穩(wěn)定性

為檢驗(yàn)該GAC-20瀝青混合料的抗車轍能力，選用油石比4.6%制備車轍試件，按JTJ052-2000規(guī)程進(jìn)行車轍試驗(yàn)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行70℃動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，三個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果分別為5630.03次/mm、5398.46次/mm、5716.88次/mm，平均動(dòng)穩(wěn)定度為5581.79次/mm，變異系數(shù)2.41%，符合設(shè)計(jì)要求。

4.5.2 水穩(wěn)性

為檢驗(yàn)該GAC-20瀝青混合料的抗水侵害能力，選用油石比4.6%制備馬歇爾試件，按JTJ052-2000規(guī)范進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，殘留穩(wěn)定度為94.1%，符合設(shè)計(jì)≥85%的要求。

5 施工質(zhì)量控制及完工檢測

5.1 質(zhì)量控制

PG82-10改性瀝青是單層罩面所使用的重要原材料之一，其品質(zhì)直接影響到瀝青混合料的罩面質(zhì)量，是原材料質(zhì)量控制的關(guān)鍵材料。因此必須對(duì)瀝青的出廠與封罐做好跟蹤工作，使用前按進(jìn)場批次及數(shù)量進(jìn)行檢測，并適當(dāng)提高檢驗(yàn)頻率，以確保其品質(zhì)符合瀝青PG分級(jí)的質(zhì)量要求。

通過測試瀝青粘溫曲線及試驗(yàn)路的檢驗(yàn)總結(jié)，確定了PG82-10瀝青的施工溫度及攤鋪碾壓工藝如下：礦料的加熱溫度為190～210℃，改性瀝青的加熱溫度為165～170℃，成品料的生產(chǎn)溫度為175～185℃，攤鋪采用2臺(tái)ABG8620攤鋪機(jī)按4.75m+6.5m攤鋪寬度組合成梯隊(duì)同步攤鋪；混合料到場溫度175～185℃，攤鋪速度根據(jù)拌和樓的產(chǎn)量控制在3m/min。攤鋪過程中保持勻速、不間斷，混合料無離析現(xiàn)象，攤鋪系數(shù)為1.28，隨時(shí)檢查混合料松鋪厚度，攤鋪后采用鋼輪初壓1遍，復(fù)壓用鋼輪振動(dòng)碾壓3遍，再用膠輪碾壓3遍，最后用鋼輪終壓1遍收面。

5.2 完工檢測

施工完成后，對(duì)路面進(jìn)行了壓實(shí)度、平整度、滲水及抗滑等主要技術(shù)指標(biāo)檢測，檢測結(jié)果如下：

（1）壓實(shí)度。共取芯38個(gè)，路面壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求，最大理論密度壓實(shí)度平均值為94.8%，合格率為100%。

（2）平整度。對(duì)加鋪瀝青混凝土路面行車道的平整度檢測采用多功能數(shù)據(jù)采集車所配備的激光平整度儀進(jìn)行檢測，連續(xù)平整度檢測統(tǒng)計(jì)計(jì)算區(qū)間按照每100m為一個(gè)計(jì)算長度，計(jì)為一個(gè)實(shí)測點(diǎn)，共檢測495個(gè)測點(diǎn)，檢測IRI平均值為1.58，滿足小于2的規(guī)范要求。

（3）滲水。滲水系數(shù)采用路面滲水儀進(jìn)行檢測，在檢測路段行車道瀝青路面上進(jìn)行，共檢測348處，滲水系數(shù)平均值為31.8ml/min，滿足小于80ml/min的設(shè)計(jì)要求。

（4）抗滑。對(duì)加鋪路段內(nèi)主、超車道的路面橫向力系數(shù)進(jìn)行了檢測，采用SCRIM橫向力系數(shù)測試車全程連續(xù)進(jìn)行?，F(xiàn)場測試速度按50km/h±4km/h控制，測試地面溫度介于18℃±1℃之間，統(tǒng)計(jì)計(jì)算區(qū)間為20m一個(gè)點(diǎn)。共測得2450個(gè)點(diǎn)，橫向力系數(shù)SFC均值為61，滿足規(guī)范大于54的要求。

6 工程造價(jià)

本工程瀝青混合料采用原材料單價(jià)相對(duì)較高的PG82-10級(jí)改性瀝青，瀝青混合料GAC-20的單價(jià)約為1600元/m3，相對(duì)普通改性瀝青混合料單價(jià)略高。但按7cm的加鋪厚度折算，單位面積的瀝青混合料價(jià)格只有112元/m2，考慮到層間粘結(jié)采用高粘度改性瀝青防水粘結(jié)層，其價(jià)格約為25元/m2，而玻纖格柵接縫處理費(fèi)用約12元/m2，這樣計(jì)算單位面積的罩面結(jié)構(gòu)綜合價(jià)格約為140元/m2。與其它常規(guī)加鋪兩層或三層的白加黑罩面工程相比，單位面積的瀝青混合料使用量減少，工程費(fèi)用相對(duì)降低，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

7 結(jié)束語

（1）充分重視對(duì)舊水泥砼路面的病害處治是實(shí)施單層白加黑罩面工程的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，因此加鋪前一定要對(duì)舊水泥砼路面病害進(jìn)行徹底處治。（2）高粘度改性瀝青防水粘結(jié)層可以有效提高剛?cè)釓?fù)合路面的層間粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪切能力，是單層白加黑罩面工程中一種應(yīng)用較好的層間粘結(jié)材料。（3）單層7cmPG82-10級(jí)改性瀝青GAC-20瀝青結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性及抗滑性能，是一種兼具上中面層使用性能要求的罩面結(jié)構(gòu)。（4）單層瀝青混合料白加黑罩面結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的兩層或多層加鋪結(jié)構(gòu)具有較好的工期和經(jīng)濟(jì)效益，值得進(jìn)一步研究與應(yīng)用。

S12梅龍高速公路程江至梅南段白加黑罩面工程經(jīng)過兩年的工后營運(yùn)，目前仍然保持良好的路面使用性能，沒有發(fā)生明顯的高溫病害及水損害情況。但其耐久性能還需要時(shí)間的進(jìn)一步驗(yàn)證，對(duì)其工后進(jìn)行適當(dāng)?shù)母櫯c評(píng)估可為我省水泥砼路面的加鋪維修提供一種新的思路與借鑒作用。

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