大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石排水基層應(yīng)用技術(shù)分析

文/中鐵六局集團路橋建設(shè)有限公司 丁國盛

多年以來，國內(nèi)外學(xué)者一直在研究如何排出瀝青路面內(nèi)部的水分，減少瀝青路面病害，提高瀝青路面使用壽命。大量研究經(jīng)驗證明，設(shè)置排水基層，可以大幅提高瀝青路面的使用壽命（約延長了30%）。瀝青路面使用壽命提高了，建設(shè)成本就相應(yīng)降低了，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)置排水基層所增加的成本。

文章以高速公路大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石排水基層設(shè)計與施工為施工背景，分析了排水基層的強度構(gòu)成原理、原材料組成、配合比設(shè)計、路面使用性能分析與施工技術(shù)要點，以期為排水基層的設(shè)計與施工提供參考。

工程概況

某高速公路位于多雨地區(qū)，年均降雨量超過1500mm，周邊道路受水害嚴(yán)重。面層結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土，組合形式為4cmAC-13C瀝青混凝土+6cmAC-20C瀝青混凝土。基層設(shè)計中擬設(shè)置10cm大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石基層ATPB-25，以排除路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分。

配合比設(shè)計

強度形成原理

大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石基層粗集料要求強度高、形狀規(guī)則、多棱角。集料之間相互嵌擠形成一個穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，具有較高的內(nèi)摩擦力和嵌擠力。另一方面，瀝青和細(xì)集料、礦粉形成的瀝青膠漿以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布在混合料內(nèi)部，將集料黏結(jié)在一起，形成一定的黏聚力。

可見，大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石基層的強度形成主要包括兩個方面，一方面是骨料間的嵌擠作用所形成的內(nèi)摩擦力和嵌擠力，另一方面是由瀝青膠漿提供的黏聚力，二者組合形成具有一定強度的穩(wěn)定骨架結(jié)構(gòu)。

瀝青最佳用量確定

普通瀝青混合料采用馬歇爾試驗確定瀝青最佳用量，而大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石排水基層為骨架-空隙結(jié)構(gòu)，僅采用馬歇爾試驗不能準(zhǔn)確地確定瀝青最佳用量。該項目瀝青最佳用量確定時充分考慮穩(wěn)定度和空隙率等因素的影響，采用馬歇爾試驗與瀝青析漏試驗相結(jié)合的方式進行確定。本文只分析級配Ⅰ型大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石排水基層瀝青最佳用量確定過程。

馬歇爾試驗

分別選擇五種不同的瀝青用量，采用標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗制作馬歇爾試件，其試驗結(jié)果見表1，瀝青用量與馬歇爾穩(wěn)定度關(guān)系曲線見圖1。

圖1 瀝青用量與馬歇爾穩(wěn)定度關(guān)系曲線

表1 級配Ⅰ型大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石馬歇爾試驗結(jié)果

圖2 瀝青析漏量與瀝青用量的關(guān)系曲線

瀝青析漏試驗

瀝青析漏試驗是通過檢測瀝青穩(wěn)定碎石混合料中析出瀝青的數(shù)量，確定游離瀝青的數(shù)量，試驗所得的瀝青析漏量與瀝青用量的關(guān)系曲線見圖2。

瀝青最佳用量確定

結(jié)合馬歇爾試驗和瀝青析漏試驗所確定的試驗數(shù)據(jù)進行分析，瀝青最大用量為2.8%。而當(dāng)瀝青用量為2.6%時，瀝青穩(wěn)定碎石混合料的馬歇爾穩(wěn)定度最大，而此時的空隙率和流值均符合要求。根據(jù)對試驗數(shù)據(jù)的分析可知，選取2.6%為瀝青最佳用量。

施工技術(shù)要點

混合料拌和

為防止排水基層混合料離析，混合料拌和的每一個環(huán)節(jié)都應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范實施；拌和設(shè)備的存料斗之間應(yīng)設(shè)置隔板，防止使用裝載機上料過程中產(chǎn)生竄料，影響配合比；粗集料傳送裝置應(yīng)具有足夠的動力，保證供料的連續(xù)性；定期檢查振動篩分裝置，以減少由于細(xì)集料提前下落至熱儲料倉而出現(xiàn)的離析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)成品料變化較大時隨時進行檢查；瀝青穩(wěn)定碎石混合料拌制時間應(yīng)較普通瀝青混合料長40s至50s，應(yīng)保證拌和均勻；嚴(yán)格控制成品料出廠溫度，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、攤鋪、壓實要求確定最佳出廠溫度。

混合料運輸

混合料運輸過程中應(yīng)對裝料、運輸、覆蓋等方面做嚴(yán)格要求，注意防止出現(xiàn)溫度離析和集料離析：成品料應(yīng)分多次裝入運輸車輛車廂內(nèi)，每次裝料車輛應(yīng)配合移動，防止裝料過程中出現(xiàn)離析；運料車廂內(nèi)應(yīng)涂抹油，防止混合料黏結(jié)在車廂上，如有少量黏結(jié)應(yīng)及時清理；瀝青穩(wěn)定碎石混合料運輸過程中應(yīng)加蓋篷布，并嚴(yán)格控制運送時間和施工溫度，運料車數(shù)量應(yīng)與攤鋪機攤鋪生產(chǎn)能力相協(xié)調(diào)。

混合料攤鋪

攤鋪過程中應(yīng)保證攤鋪機連續(xù)、勻速攤鋪，防止對攤鋪機產(chǎn)生撞擊：運料車數(shù)量應(yīng)與攤鋪機攤鋪速度相協(xié)調(diào)，保證攤鋪機攤鋪的連續(xù)性，盡量減少收斗次數(shù)，防止出現(xiàn)離析；攤鋪前施工放樣，每個10m打樁，掛線確定攤鋪基準(zhǔn)線；正式攤鋪前應(yīng)鋪筑試驗路段，確定攤鋪速度、松鋪厚度等參數(shù)；為避免產(chǎn)生縱向冷接縫，采用兩臺攤鋪機平行作業(yè)，前后距離控制在5m至10m。

混合料壓實

對瀝青穩(wěn)定碎石混合料壓實應(yīng)正確選擇壓實設(shè)備，并嚴(yán)格控制壓實溫度。初壓采用輕型鋼輪壓路機或輪胎壓路機進行穩(wěn)壓，復(fù)壓采用振動壓路機進行碾壓，形成骨架結(jié)構(gòu)即可，防止壓碎粗集料，終壓采用重型壓路機碾壓一遍，消除輪跡。碾壓完成后即可進行壓實度的檢測，可采用灌沙法進行檢測，壓實度達(dá)到98%以上即為合格。

排水設(shè)施施工

該項目排水設(shè)施設(shè)計采用在路緣處設(shè)置集水溝、縱向排水管和橫向排水管相結(jié)合的方式，排水基層路緣排水系統(tǒng)見圖3。

圖3 排水基層路緣排水系統(tǒng)

試驗段施工現(xiàn)場評價試驗

選取K59+460K至59+660作為試驗段，施作排水基層后對其穩(wěn)定度、空隙率和滲透系數(shù)進行檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 試驗路段現(xiàn)場檢測結(jié)果匯總表

通過對以上試驗數(shù)據(jù)的分析，試驗路段結(jié)構(gòu)強度符合設(shè)計要求，排水性能良好。

結(jié)語

本文通過對大孔隙瀝青穩(wěn)定碎石排水基層的強度形成原理、配合比設(shè)計、施工工藝與施工現(xiàn)場檢測評價等方面進行全面分析，得出以下結(jié)論：試驗確定瀝青最佳用量時應(yīng)充分考慮各方面因素的影響，采用馬歇爾試驗與瀝青析漏試驗相結(jié)合的方式確定；施工中對嚴(yán)格進行各工序的監(jiān)管，保證排水基層的空隙率和壓實度；施工現(xiàn)場通過試驗對排水基層的進行檢測，通過試驗數(shù)據(jù)表明其各方面指標(biāo)可以滿足要求。