復合封層技術在廣西高速公路預防性養(yǎng)護中的應用研究

汪繼平，曹小燕

(梧州高速公路運營有限公司，廣西 梧州 543000)

0 引言

隨著經濟水平的不斷提升，我國高速公路里程不斷增長，車流量不斷增大，在養(yǎng)護資金有限，且養(yǎng)護施工不能對高速公路交通產生過大影響的前提下，如何實現瀝青路面的快速修復并盡可能延長路面使用壽命已成為高速公路運營問題中的一個熱點。預防性養(yǎng)護技術是實現公路全壽命期成本效益的有效途徑，這已獲得國內外行業(yè)內普遍認可并得到推廣。目前在國內常用的瀝青路面預防性養(yǎng)護技術包括瀝青還原處治、霧封層、含砂霧封層、同步碎石封層、微表處等。復合封層技術是將碎石聯結層及碎石封層系統和微表處(或稀漿封層)結合，通過不同結構組合的疊加，對原路面病害及平整度的包容度更大、適用范圍更廣，不僅能夠建立一個密實的表面，在穩(wěn)固石料的同時還能達到防水和抗滑的效果，能更好地保護路面，防止石料脫落，提升路用性能[1]。目前復合封層技術在廣西高速公路預防養(yǎng)護中的應用還是一片空白，本文選取廣西東部的一段高速公路作為試驗段，通過配合比設計和驗證，探索復合封層技術在廣西高速公路中的應用效果，為高速公路預防性路面養(yǎng)護提供技術指導。

1 復合封層技術的特點和優(yōu)勢

復合封層結構鋪裝厚度為15～30 mm，微表處工藝在整個復合封層結構中主要作為面層，起到防水保護和磨耗的作用，為了進一步提升路用性能，可采用纖維微表處設計。同步碎石封層的粘結材料可采用改性乳化瀝青、SBS改性瀝青或者橡膠瀝青等多種材料。該技術既能有效修復中度車轍病害，也能改善路面抗滑性能，增加路面的密水性。同時，更具有較好的抵抗原路面反射裂縫的效果，延緩病害的出現，延長道路壽命期，適用于結構強度滿足要求的高速公路、國省道、城市快速路的預防性養(yǎng)護罩面。其主要技術特點包括：

(1)復合封層技術兼具碎石封層和微表處的優(yōu)勢，在具有良好的抗滑效果和抑制反射裂縫的同時，可以有效地阻止路表水的下滲。

(2)施工受氣候影響小，施工過程由專用設備完成，施工自動化程度高。

(3)施工方便、速度快，可快速開放交通，對交通的干擾小，社會效益顯著。

(4)節(jié)能環(huán)保。采用移動攪拌設備不依賴拌和樓，能有效降低有害氣體的排放，具有節(jié)能減排的優(yōu)勢。

2 復合封層技術應用研究

2.1 試驗路段基本狀況

G78汕昆高速公路賀州支線起于賀州市八步區(qū)，終于賀州市鐘山縣，設計行車速度為100 km/h，于2006年12月建成通車，日均交通量在14 000輛以上。試驗路段為下行線K703+800～K702+600、K694+611～K691+411和上行線K714+000～K715+000等三個路段，總施工長度為5 400 m、施工寬度為8.25 m。為科學、合理地制定養(yǎng)護設計方案，對路面技術狀況進行了全面檢測及調查。根據檢測結果，該路段平均破損率為0.28%，路面破損指數平均PCI值為93.6，路面行駛質量指數平均RQI值為95.6，車轍深度在2.39～10.56 mm之間，結構強度指數PSSI為100，路面抗滑指數平均值<90。由此可以看出，試驗路段路面結構強度完好，路面整體技術狀況良好，路面病害以橫向裂縫、縱向裂縫、坑槽為主，存在輕、中度車轍及抗滑不足等問題。

2.2 材料要求

本項目復合封層設計采用原路面病害處治+玻璃纖維土工格柵+SBS改性瀝青同步碎石封層+微表處組合的設計方案。碎石封層改性瀝青粘結層所用膠結料為SBS改性瀝青I-D級，基質瀝青為埃索牌瀝青，集料為5～10 mm單粒徑石灰?guī)r碎石，來自廣東連山。根據試驗結果可知，本次碎石封層試驗所用的瀝青、碎石滿足規(guī)范使用質量要求(見表1～2)。

表1 同步碎石封層用集料技術指標表

表2 SBS改性瀝青質量技術指標表

微表處采用SBS改性乳化瀝青與高強耐磨的石料，生產改性乳化瀝青的乳化劑應選用慢裂快凝型乳化劑，集料為廣東連山0～5 mm、5～10 mm輝綠巖碎石，填料為海螺牌425#水泥。按目標配合比設計的需要，對瀝青及集料進行試驗，結果如表3、表4 所示。

表3 微表處用SBS改性乳化瀝青技術指標表

表4 微表處用粗細集料技術要求表

2.3 配合比設計

2.3.1 同步碎石封層配合比設計

同步碎石封層采用經驗配比法，預拌碎石，將5～10 mm碎石加熱后與瀝青進行預拌，瀝青含量控制在0.5%。SBS改性瀝青的含量必須確保碎石穩(wěn)固粘結在瀝青混合料攤鋪層上且不泛油。根據碎石封層的經驗值，碎石封層路面經碾壓后瀝青將碎石裹附大約達到2/3，石料覆蓋率為70%～80%。具體配合比如表5所示。

表5 同步碎石封層各材料用量比例表

2.3.2 微表處配合比設計

表6 微表處礦料級配要求表

將兩種規(guī)格集料進行篩分試驗，篩分結果及合成礦料級配結果如表7所示。

表7 礦料篩分結果及合成級配表

采用拌和試驗可以確定稀漿混合料可拌和時間以及定性地判斷稀漿混合料的稠度和配伍性[2-3]。采用表7合成礦料的級配，根據經驗值和實際施工情況，初擬改性乳化瀝青、水和填料的用量，進行拌和試驗，拌和試驗結果見表8[3]。結果表明，外加水的用量為礦料質量的5.0%時，混合料的可拌和時間、稠度均滿足微表處的施工技術要求。

表8 拌和試驗結果表

為確定稀漿混合料初凝時間以及開放交通時間，需進行粘聚力試驗。采用與拌和試驗相同的礦料級配、油石比及最佳用水量，試件成型后進行粘聚力試驗，結果見表9[3]。

采用上述試驗的礦料級配、用水量及水泥用量，分別選擇5.8%、6.3%、6.8%三個不同的油石比進行濕輪磨耗試驗和負荷車輪粘砂試驗，試驗結果見表10[3]。根據計算得出稀漿混合料油石比范圍為6.07%～6.47%，由表10中6 d的稀漿混合料磨耗值要求≤800 g/m2時最小油石比為6.11%，由此確定稀漿混合料的最佳油石比在6.11%～6.47%之間。由表10數據及圖1曲線可知，油石比為6.3%時稀漿混合料的性能指標都能滿足設計微表處混合料的技術要求，因此確定該微表處混合料最佳油石比為6.3%。根據檢測結果確定微表處稀漿混合料配合比為：

表9 粘聚力試驗結果表

表10 濕輪磨耗試驗和負荷車輪粘砂試驗結果表

圖1 圖解法確定最佳油石比曲線圖

3 施工控制

3.1 碎石封層施工

(1)同步碎石封層施工前，先對原路面的病害進行處治，包括裂縫、坑槽等。

(2)預拌碎石，將5～10 mm碎石加熱后與瀝青進行預拌，瀝青含量控制在0.5%。

(3)采用輪式裝載機向同步碎石封層車的骨料斗裝載碎石，從瀝青高溫罐車泵吸高溫SBS改性瀝青(165 ℃～175 ℃)到同步封層車瀝青儲罐內。

(4)噴灑熱瀝青和預拌碎石：①用同步碎石封層車噴灑熱瀝青和預拌碎石，灑布行駛速度宜控制在2.5 km/h之內；②熱瀝青灑布量控制在1.0～1.5 kg/m2，灑布溫度宜為165 ℃～180 ℃；③碎石灑布量覆蓋率為70%～80%，以灑布后小石子不重疊、不松散、不成堆和不露出瀝青為準。

(5)灑布一段集料后，待SBS改性瀝青溫度降至100 ℃左右時，立即用16 t輪胎壓路機以較慢的速度(2 km/h)碾壓2～4遍。碾壓時每次輪機重疊約30 cm，由低處往高處碾壓。

(6)灑布量檢測：要求瀝青實際用量與設計用量的差值應<100 g/m2。

3.2 上層微表罩面施工

將符合技術要求的原材料分別裝入攤鋪機的相應料箱，一般情況下滿裝，確保礦料的濕度均勻一致。讓混合料在攤鋪箱的全寬范圍內均勻分布，緩慢啟動攤鋪機，一般時速為1.5～3.0 km/h，要確保稀漿混合料生產量和攤鋪量保持一致?；旌狭蠑備佂瓿珊螅黄秸膽捎萌斯ふ移?。然后重新加料攤鋪，從上一車攤鋪終點前3～4 m處開始，使前后兩次攤鋪有一段重疊。微表處攤鋪后，在乳化瀝青破乳后、初凝前采用16 t輪胎壓路機進行碾壓，碾壓遍數以1～2遍為宜。微表處應進行初期養(yǎng)護，如出現泛油情況，可于泛油處灑鋪與最上層石料粒徑一樣的嵌縫料并攤均勻，浮料應及時掃出路面以外，如發(fā)現其他破壞情況應及時補修。

4 關鍵控制要點

(1)原路面要求。復合封層不能應用于補強處理，施工前要求原路面的強度、剛度和整體穩(wěn)定性符合規(guī)范要求，并確保表面干凈、平整和密實。

(2)材料要求。每車瀝青抽樣檢測三大指標(針入度、延度、軟化點)和彈性恢復試驗(SBS改性瀝青)，檢測合格后才能卸車使用。微表處集料應當選用強度高、硬度大、耐磨性好的輝綠巖石、玄武巖等石料軋制而成，嚴格控制集料的含泥量。

(3)配合比。充分利用設計資料及同類道路與同類材料的施工試驗經驗，經過目標配合比設計、生產配合比設計和生產配合比驗證這三個階段來確定集配和瀝青的使用量。

(4)攤鋪。施工前要滿足的天氣條件：地表溫度>10 ℃，氣溫>7 ℃；如果下雨后要等路面干燥。

(5)啟動微表處攤鋪機前，應確保攤鋪箱中有一定量的稀漿混合料，同時稠度適中，均勻分布攤鋪機全寬，攤鋪機才能勻速前進。

(6)微表處鋪筑后，必須待乳化瀝青破乳、水分蒸發(fā)后、干燥成形方可開放交通，正常通行。

5 施工后路用性能與經濟評價

5.1 路用性能評價

施工完成后，依據《公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTG 5142-2019)的復合封層驗收標準及檢測頻率對滲水系數、擺值(BPN)、縱向接縫及構造深度等指標進行檢測。根據檢測結果，復合封層施工后路面滲水系數在0～10 ml/min之間，平均值為4.83 ml/min，滿足滲水系數≤10 mL/min的要求；構造深度在0.69～0.91 mm之間，平均值為0.83 mm，滿足構造深度≥0.6 mm的要求；擺值在69～85之間，平均值為75.75，滿足擺值≥45的要求；縱向接縫高差均<6 mm，平整度平均值為1.1 m/km。各項檢測指標均滿足設計要求，其中擺值系數遠大于設計要求。

表11 路用性能指標檢測結果表

為進一步對復合封層施工后的路用性能進行評價，對各路段施工前后的路面破損PCI值、路面平整度RQI值、路面車轍RDI值、路面抗滑SRI值等四個指標進行了檢測，以公里為評價單元，檢測結果如表11所示。從檢測結果可以看出，經過復合封層施工后的路面路用性能得到很大程度的恢復，各項指標均有一定提升，PCI最大提升值為10.7，RDI最大提升值為11.6，SRI最大提升值為10.4，表明復合封層技術在修復原路面病害、固結防水的同時，能夠有效地解決路面車轍、抗滑不足的問題，使行車舒適性、安全性得到保障。

5.2 經濟效益評價

超薄磨耗層與復合封層均屬于表面薄層處治工藝，兩者均具有修復路面輕微車轍、延緩裂縫發(fā)展、封閉路表水的功能，但超薄磨耗層的抗滑性能及經濟性略差，常見的超薄磨耗層代表結構為Novachip、AC-8、OGFC-8等，厚度約1～3 cm，其壽命一般為3～4年，費用約60～80元/m2。復合封層通過結構組合的疊加，增加了施工后的厚度，這也使得復合封層對原路面病害及平整度的包容度更大、適用范圍更廣，其費用約40元/m2。同時，復合封層具有施工及成型速度較快，對交通影響小的特點，在以后的加鋪改造中還可以作為應力吸收層使用。因此，從長遠角度考慮，復合封層具有更高的經濟效益。

6 結語

本文以G78汕昆高速公路預防養(yǎng)護項目為依托，闡述了復合封層的原材料要求、配合比設計和施工控制技術，并對實施后的路用性能進行了評價。在已通車14年的高速公路上實施復合封層后，路面滲水系數、構造深度、擺值等指標均達到較高水平，路面破損指數PCI、車轍指數RDI、路面平整度指數RQI、路面抗滑指數SRI值均顯著提高，表明復合封層技術是一項經濟適用的高速公路路面預防性養(yǎng)護工藝，也為后續(xù)工程提供了參考。