試車場(chǎng)高速環(huán)道曲面段瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

俞方英，章建廷，趙章華

（1.杭州市城市建設(shè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310003；2.杭州市路橋集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310015）

0 前言

近年來(lái)瀝青路面作為高速環(huán)道路面的優(yōu)勢(shì)日益顯著，新建的大部分試車場(chǎng)均采用瀝青路面高速環(huán)道，如上海大眾試車場(chǎng)、廣德通用試車場(chǎng)、昆山正新試車場(chǎng)以及鹽城中汽試車場(chǎng)等[1-3]。然而，高速環(huán)道曲面段由內(nèi)向外橫向超高傾角逐漸增大，有的外邊沿高達(dá)70°以上，瀝青混合料在施工作業(yè)面上處于傾斜狀態(tài)，未經(jīng)壓路機(jī)碾壓前存在下滑的問(wèn)題，壓實(shí)后未徹底冷卻前由于重力的作用也有變形剝落的現(xiàn)象發(fā)生[4-6]。而現(xiàn)行的JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》和GB 50092—96《瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》均是針對(duì)水平面施工的路面，未考慮傾斜狀態(tài)，直接指導(dǎo)曲面設(shè)計(jì)和施工存在不合理之處，因此，研究高速環(huán)道曲面瀝青層的配合比設(shè)計(jì)，對(duì)于曲面瀝青路面施工有著重要指導(dǎo)的意義。

1 原材料及配比

考慮到AC-25混合料級(jí)配粒徑范圍大，最易離析和下滑，選取AC-25作為試配對(duì)象，粗集料采用湖州地區(qū)石灰?guī)r，規(guī)格為：20～25 mm、15～20 mm、5～15 mm 三種。細(xì)石料采用南京地區(qū)玄武巖石料，規(guī)格為3～5 mm和0～3 mm，天然砂礫采用中粗砂，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，瀝青采用埃索70#基質(zhì)瀝青，原材料各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合JTGF40—2004要求。

由于我國(guó)沒(méi)有專門針對(duì)高速環(huán)道曲面段瀝青混合料的配比設(shè)計(jì)規(guī)定，而日本NIPPO株式會(huì)社有著豐富的測(cè)試場(chǎng)高速環(huán)道配比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次環(huán)道曲面配比設(shè)計(jì)參照其經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體經(jīng)驗(yàn)參照值如表1所示。

參考上述表1經(jīng)驗(yàn)值，結(jié)合我國(guó)JTG F40—2004的規(guī)定，選取5個(gè)級(jí)配進(jìn)行對(duì)比分析，級(jí)配組成及曲線見(jiàn)表2。

表1 NIPPO株式會(huì)社高速環(huán)道曲面級(jí)配設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)參考值

表2 AC-25合成級(jí)配的通過(guò)率

2 測(cè)試及結(jié)果分析

曲面施工過(guò)程中，攤鋪機(jī)攤鋪后，由于曲面橫向超高傾角過(guò)大，在壓路機(jī)還未碾壓時(shí)，松鋪混合料有可能下滑，針對(duì)這一情況，室內(nèi)采用車轍試模按松鋪系數(shù)1.2折算后的松方密度計(jì)算所需混合料用量，靜壓至與試模平整成型試樣，試樣成型后立刻將其傾斜與水平地面成70°并拆除上下2處側(cè)模，夾角處空缺由熱瀝青混合料填充，如圖2所示。

圖1 松鋪試樣傾斜試驗(yàn)示意

觀察1 min內(nèi)變化情況并記錄混合料變動(dòng)情況，結(jié)果顯示，在傾斜70°的斜面上，級(jí)配1、級(jí)配2最穩(wěn)定，未發(fā)生任何滑動(dòng)或松散跡象；級(jí)配3次之，雖有松散下滑趨勢(shì)，并未產(chǎn)生實(shí)質(zhì)變形；級(jí)配4和級(jí)配5穩(wěn)定性差，混合料已松散下滑，其中級(jí)配5還出現(xiàn)大顆粒滾落的現(xiàn)象。

在曲面施工碾壓過(guò)程及碾壓剛完成，混合料未完全冷卻時(shí)，混合料容易變形。針對(duì)這一問(wèn)題，室內(nèi)采用車轍試樣進(jìn)行模擬試驗(yàn)，考慮到曲面車速快，荷載輕及壓實(shí)工藝不同等因素，車轍試件按雙面擊實(shí)50次馬歇爾試件密度計(jì)算所需混合料用量，靜壓至與試模平整成型試樣，試樣成型后立刻將其傾斜與水平地面成70°并拆除上下2處側(cè)模，夾角處空缺由壓實(shí)熱瀝青混合料填充，如圖2所示。

圖2 壓實(shí)試樣傾斜試驗(yàn)示意

觀察試件在完全冷卻前的變形情況，結(jié)果顯示，在傾斜70°的斜面上，級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3均無(wú)變形，級(jí)配4上部略有變形，級(jí)配5上部明顯變形，穩(wěn)定性差。

綜合上述2組試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著級(jí)配由細(xì)變粗，混合料在斜面上的穩(wěn)定性變差，級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3在試驗(yàn)中沒(méi)有明顯松散、下滑和變形情況發(fā)生，可作為曲面混合料配比，而級(jí)配4和級(jí)配5則無(wú)法滿足要求?？紤]到級(jí)配越細(xì)粗集料間的嵌擠作用越小，高溫穩(wěn)定性越差，因此在保證不產(chǎn)生曲面施工下滑和變形問(wèn)題的前提下，級(jí)配3比級(jí)配1、級(jí)配2更合理。

根據(jù)級(jí)配3各篩孔通過(guò)率，對(duì)照J(rèn)TG F40—2004對(duì)AC-25級(jí)配要求，再結(jié)合NIPPO株式會(huì)社的經(jīng)驗(yàn)可以得出：在JTG F40—2004規(guī)定的AC-25級(jí)配范圍內(nèi)，要想滿足橫向超高傾角70°左右的曲面施工，首先級(jí)配曲線應(yīng)靠近規(guī)范上限，中下限范圍內(nèi)的級(jí)配難以滿足要求；其次4.75 mm篩孔通過(guò)率要求在50%以上比較合理，但為兼顧其它性能，不宜過(guò)大；2.36 mm篩孔通過(guò)率則在40%左右比較合理。

3 工程測(cè)試道驗(yàn)證

昆山正新橡膠有限公司測(cè)試場(chǎng)工程是專業(yè)打造汽車輪胎測(cè)試基地，其高速環(huán)道東西兩側(cè)各有一曲面段，西側(cè)曲面由于圓曲線半徑小，橫向超高傾角最大值達(dá)75°，圖3為其平面圖[7]。

圖3 試車場(chǎng)高速環(huán)道平面示意

為保證曲面AC-25混合料施工質(zhì)量，根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整目標(biāo)配合比，通過(guò)率見(jiàn)表3。

表3 AC-25配合比通過(guò)率

根據(jù)表3的目標(biāo)配合比指導(dǎo)生產(chǎn)施工，采用橋式攤鋪機(jī)進(jìn)行，牽引車連接壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，施工現(xiàn)場(chǎng)如圖4、圖5所示。施工及冷卻過(guò)程中，作業(yè)面平整，無(wú)混合料松散下滑，施工完成后也未有變形產(chǎn)生。

圖4 曲面攤鋪現(xiàn)場(chǎng)

圖5 曲面碾壓現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

高速環(huán)道曲面是瀝青路面的特殊形式，通過(guò)對(duì)曲面施工中混合料松散下滑及變形問(wèn)題的室內(nèi)模擬試驗(yàn)分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試道驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

（1）在JTG F40—2004規(guī)定的AC-25級(jí)配范圍內(nèi)，要想滿足橫向超高傾角70°左右的曲面施工，級(jí)配曲線應(yīng)靠近規(guī)范上限，中下限范圍內(nèi)的級(jí)配難以滿足要求。

（2）隨著級(jí)配由細(xì)到粗，斜面穩(wěn)定性由好變差，因此超高傾角越大的曲面，適合的配比也越細(xì)。

（3）針對(duì)橫向超高傾角為70°左右的曲面，AC-25混合料配比4.75 mm篩孔通過(guò)率在50%以上較合理，但為兼顧其它性能不宜過(guò)大；2.36 mm篩孔通過(guò)率則在40%左右比較合理。

[1] 方紅燕.對(duì)中國(guó)汽車試驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)狀的思考[J].汽車工業(yè)研究，2009（9）：33-36.

[2] 李運(yùn)勝，熊選愛(ài).上海大眾試車場(chǎng)高速環(huán)道曲面施工[J].上海建設(shè)科技，2004（4）：42-43．

[3] 李振紅.試車場(chǎng)工程特殊路面施工要點(diǎn)[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2008（4）：26-28.

[4] 李運(yùn)勝，林本炎.布勞斯曲線在高速環(huán)道幾何設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2003（2）：29-32.

[5] 熊選愛(ài).試車場(chǎng)高速環(huán)道曲面施工技術(shù)[J].工程與建設(shè)，2008（4）：538-540.

[6] 謝中祥.試車場(chǎng)高速環(huán)道曲線挖方段路床施工工藝探討[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2011（8）：189-192.

[7] 俞方英.試車場(chǎng)瀝青路面抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].公路工程，2014（6）：239-242.