橡膠瀝青應(yīng)力吸收層在路面改造工程中的應(yīng)用

賀曉強

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

與傳統(tǒng)的水泥混凝土路面相比，瀝青路面的耐用性更高，是高速公路路面的首選。我國的“白改黑”路面改造工程就是將原來經(jīng)過長期使用已有破損的或有破損可能性的水泥混凝土路面改造成黑面路面[1]。應(yīng)力吸收層起著吸收下層拉伸力，防止上層瀝青面出現(xiàn)反射裂縫的重要功能。

1 國道108線路面改造工程概況

1.1 工程基本情況

108國道霍州退沙——侯馬鳳城一級公路路面改造工程位于山西省中南部的臨汾市境內(nèi)，途徑霍州市、洪洞縣、堯都區(qū)、襄汾縣、曲沃縣、侯馬市等六縣市，全長125.432 km。工程地理位置圖如圖1所示。

圖1108 國道霍州退沙—侯馬鳳城一級公路地理位置示意圖

全線采用一級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全幅雙向四車道，設(shè)計速度采用100 km/h和60 km/h；路基寬度38.5 m、24 m、27 m和25.5 m；新建和加固橋涵設(shè)計荷載采用公路-I級，其余橋涵均維持原設(shè)計汽車荷載等級標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 項目由來

108國道霍州退沙——侯馬鳳城一級公路位于山西省臨汾市境內(nèi)，連接臨汾6個縣市，對臨汾市內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通運輸起著非常大的作用。然而，由于長期使用，加上自然環(huán)境的影響，導(dǎo)致原水泥混凝土路面出現(xiàn)了多處路面破損，尤其是原重車道方向（霍州→侯馬）的路面，破損情況比較嚴(yán)重。為加強路面安全，本次路面改造工程要在水泥混凝土面板與瀝青混凝土之間加一層應(yīng)力吸收層，對混凝土面板之間的縱縫、橫縫進(jìn)行灌縫處理。另外，由于重車道及爬坡車道易產(chǎn)生路面病害，為防止路面病害產(chǎn)生要對重車道以及坡度較大的爬坡車道加鋪的上、下面層進(jìn)行瀝青改性處理。

1.3 工作方案

由于輕車方向與重車方向的路面受損程度不同，在日常運營中的交通承載量也不相同，因此本次改造路面結(jié)構(gòu)按輕車方向和重車方向分別設(shè)計。輕車方向（侯馬→霍州）水泥路面相對完好，更換破碎板后直接加鋪瀝青路面；重車道方向（霍州→侯馬）破碎板較多，挖除25 cm厚水泥面板集中破碎作為基層集料加以利用，路面結(jié)構(gòu)為水穩(wěn)碎石基層和就地冷再生基層。

考慮到爬坡車道易產(chǎn)生路面病害，對霍州→侯馬方向全部路段加鋪的上、下面層及侯馬→霍州方向縱坡大于3%路段的上、下面層進(jìn)行瀝青改性處理。

為了加強瀝青路面與原水泥混凝土路面的結(jié)合度，在應(yīng)力吸收層施工前要先對混凝土面板進(jìn)行拋丸處理，對混凝土面板之間的縱縫、橫縫進(jìn)行灌縫處理。

2 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的應(yīng)用

常見的應(yīng)力吸收層材料有土工合成材料、聚合物改性瀝青、瀝青混合料等。

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層（簡稱SAMI），是指在處理后的水泥穩(wěn)定碎石上灑布1.8～2.3 kg/m2的橡膠瀝青，在路面形成一層瀝青膜后撒布一定量的粒徑9～12 mm的碎石，最后通過機械碾壓使瀝青上翻和碎石位置穩(wěn)定的一種應(yīng)力吸收層。橡膠瀝青是利用廢棄的橡膠制成的膠粉與瀝青混合，通過熱反應(yīng)制成的。在制作工程中，瀝青與膠粉相互結(jié)合，使得瀝青的力學(xué)性能發(fā)生變化，回彈性增加。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的回彈性強，抗裂性能良好，可以有效地承受下層位移引起的拉應(yīng)力，減少上層瀝青路面承受的拉應(yīng)力，阻止下層水平位移引起的裂縫蔓延到罩面層，防止瀝青路面出現(xiàn)反射裂縫。同時，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層可以起到非常好的防水和排水作用，防止公路水滲病害的發(fā)生。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層曾于2012年運用于國道108線臨汾霍州——侯馬段路面改造工程中。

3 高彈高黏應(yīng)力吸收層施工工藝

3.1 設(shè)備要求

108國道高彈高黏應(yīng)力吸收層的施工設(shè)備如表1所示。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的施工采用同步碎石封層機一體化施工的方式。同步碎石封層機可以縮短黏結(jié)劑噴灑和骨料撒布之間的間隔時間，使碎石和瀝青結(jié)合料可以立刻結(jié)合，加大了碎石與瀝青結(jié)合料的表面接觸，保證了材料之間穩(wěn)定的比例關(guān)系，有效降低碎石與瀝青脫黏的可能性[2]。同步碎石封層機結(jié)合了噴灑黏結(jié)劑和集料撒布兩道工序，提高了施工效率，降低了施工的成本。

表1 108國道高彈高黏應(yīng)力吸收層的施工設(shè)備

3.2 施工材料選擇

3.2.1 橡膠瀝青

橡膠瀝青的質(zhì)量要符合表2的要求。橡膠瀝青必須符合技術(shù)要求尤其是黏度達(dá)標(biāo)才能實現(xiàn)應(yīng)力吸收層的作用。橡膠瀝青的施工對溫度的要求很高，溫度過低過高都會影響到橡膠瀝青的性能。因此，在每次使用前都要對橡膠瀝青的性能進(jìn)行檢驗，只有質(zhì)量達(dá)標(biāo)了才能使用[3]。

表2 橡膠瀝青技術(shù)要求

3.2.2 碎石

碎石的質(zhì)量要符合表3、表4的要求。對于橡膠瀝青應(yīng)力吸收層中的石料的要求是堅硬干燥，碎石大小控制在9.5～13.2 mm之間為佳。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的碎石結(jié)構(gòu)多為單層碎石結(jié)構(gòu)，碎石的堅硬度要高才能形成應(yīng)力吸收層的骨架。另外，碎石篩選時要篩除針片狀碎石。針片狀碎石的堅硬度較低且容易破碎，與黏結(jié)劑的結(jié)合較差。碎石中針片狀顆粒含量過高會使得吸收層的碎石結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，一般來說，針片狀碎石的含量要控制在10%以內(nèi)[4]。

表3 碎石技術(shù)要求

表4 碎石級配要求

3.3 施工工藝

3.3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

a）要對舊路進(jìn)行處理。要求處理原來的水泥混凝土路面存在的路面病害，使路面整體保持平整。在鋪設(shè)應(yīng)力吸收層之前，要對混凝土面板之間的縱縫、橫縫進(jìn)行灌縫處理。通過現(xiàn)場勘查記錄裂縫出現(xiàn)的位置進(jìn)行編號，根據(jù)裂縫的產(chǎn)生原因制定填補方案進(jìn)行填補。對于輕微裂縫，可以采取黏縫技術(shù)進(jìn)行處理。黏縫技術(shù)主要包括直接灌入法和噴灌漿法。對于路面斷裂情況比較嚴(yán)重，可以采取整塊切除的方法。切除時要注意按方型切除，切除后再澆筑新的混凝土。在此次工程的范圍內(nèi)，輕車道方向（侯馬→霍州）水泥路面相對完好，更換破碎板即可。重車道方向（霍州→侯馬）破碎板較多，要挖除25 cm厚水泥面板集中破碎作為基層集料加以利用。對路面的病害處理后，還要對原來的水泥混凝土路面進(jìn)行清理，保持基面干燥、潔凈。

b）要準(zhǔn)備好施工的設(shè)備，包括同步碎石封層車、膠輪壓路機、施工車輛等。準(zhǔn)備工作分為兩個方面：（a）在施工前要確定施工的設(shè)備到位；（b）要對施工的設(shè)備性能進(jìn)行檢查，防止施工設(shè)備出現(xiàn)問題影響施工過程[5]。

3.3.2 施工工藝

應(yīng)力吸收層的施工過程分為撒布黏結(jié)劑和集料、碾壓和清掃3個階段。

第一階段，橡膠瀝青噴灑和碎石撒布，如圖2所示。同步碎石封層機的運用，大大減少了施工人員的工作量，提高了施工的效率和質(zhì)量。在使用同步碎石封層機時要注意撒布均勻，封層機的速度不宜過快。橡膠瀝青每平方的噴灑量要控制在1.8～2.3 kg之間，每平方米的偏差量不應(yīng)超過0.2 kg。碎石的撒布量要控制在每平方米10～20 kg之間，保證撒布的碎石鋪滿，不散失。在碎石撒布期間，局部碎石量不足的應(yīng)當(dāng)進(jìn)行人工補足。碎石鋪滿后，工作人員要將散落在瀝青外的碎石掃入橡膠瀝青中。

圖2 橡膠瀝青噴灑和碎石撒布

第二階段，碾壓作業(yè)。膠輪壓路機要緊跟在碎石鋪滿橡膠瀝青覆蓋面后進(jìn)行碾壓作業(yè)，碾壓次數(shù)為2遍，碾壓速度要均勻、緩慢。由于橡膠瀝青的黏性非常大，在使用膠輪壓路機進(jìn)行碾壓時瀝青會上翻。為了避免發(fā)生黏輪現(xiàn)象，在碾壓前要在膠輪上噴灑少量的水或者表面活性劑溶液。碾壓對溫度的要求很高，不同的碾壓溫度下，橡膠的凝固和老化程度不同，因此操作的時間也有限制，如表5所示。

表5 碾壓時間表 min

第三階段，清掃松散碎石。為了防止瀝青膜外的碎石飛散，造成環(huán)境污染以及對交通安全的不良影響，在橡膠瀝青應(yīng)力吸收層封層完成后要進(jìn)行清掃，去除沒有與黏結(jié)劑結(jié)合的松散碎石。

3.3.3 施工過程中的封閉交通工作

為保證施工過程的順利進(jìn)行，從舊路處理階段就要對路段交通進(jìn)行封閉。在灑鋪橡膠瀝青、碎石后嚴(yán)禁任何車輛、行人通行，交通開放至少要等到橡膠應(yīng)力吸收層碾壓施工后3 h以后。為了加強高彈高黏應(yīng)力吸收層與上層瀝青層的結(jié)合程度，在橡膠瀝青碎石封層后要及時進(jìn)行上面瀝青層的施工[6]。在瀝青層施工期間也要封閉交通，禁止車輛、行人通行。

3.3.4 施工質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)

在每個階段及時對施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗是整體施工質(zhì)量合格的重要保證。施工質(zhì)量檢驗項目包括橡膠瀝青指標(biāo)、碎石物理性質(zhì)、黏結(jié)劑灑布量、集料撒鋪量和外觀檢查5個方面。橡膠瀝青和碎石的質(zhì)量必須符合設(shè)計需要和國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[7-8]。對黏結(jié)劑和集料用量的檢驗在具體試驗方法如表6所示。外觀檢查要隨時隨地進(jìn)行，觀察瀝青層外觀是否均勻一致，并且要刮開表面，觀察黏結(jié)是否牢固。

表6 橡膠瀝青灑布量及集料撒鋪量的試驗方法

4 結(jié)語

根據(jù)實踐證明，在“白改黑”路面改造工程中，在新舊路面之間設(shè)置應(yīng)力吸收層可以對瀝青路面起到或多或少的緩裂作用。而與其他材料相比，橡膠瀝青的回彈性和防水性能良好，具有較好的防反射裂縫的效果。另外，橡膠瀝青對廢舊輪胎的回收利用也充分體現(xiàn)了路面工程的環(huán)保意識。因此，在國道108線路面改造工程中采用橡膠瀝青作為應(yīng)力吸收層具有重要的意義。