高原嚴寒地區(qū)瀝青混凝土面層防裂施工工法

張云甫

1.前言

西藏自治區(qū)坐落在我國領土的西南部，同時處于青藏高原西南部，海拔變化大，地理環(huán)境復雜，氣候變化多樣性。道路長年處于晝夜溫差大、冷凍期長的惡劣自然環(huán)境下，易造成瀝青混凝土面層遭受長期大溫差、低溫收縮破壞，影響工程質量，減少工程使用壽命。針對此病害我公司科技攻關創(chuàng)立了“高原嚴寒地區(qū)瀝青混凝土面層防裂施工工法”。該工法在充分結合我單位在我國北方地區(qū)瀝青混凝土路面施工經驗的基礎上，采用玻璃纖維土工格柵加強瀝青混凝土路面，我們通過西藏地區(qū)國道219線薩嘎縣至康馬縣段改建工程1合同段項目23.5萬㎡5cm AC-13C細粒式改性瀝青路面和2018年日喀則市農村公路建設項目E片區(qū)項目45.7萬㎡5cm AC-13C細粒式改性瀝青路面施工中應用，在兩個項目分別進行了2000㎡的攤鋪實踐應用，采用傳統(tǒng)玻纖格柵表面優(yōu)質改性瀝青涂覆處理工藝加筋瀝青混凝土路面施工，有效防止和減少了瀝青混凝土路面疲勞裂縫、低溫收縮裂縫、由基層裂縫引發(fā)的反射裂縫等各種裂縫的產生，并可減少因溫度應力引起的路面變形，減少車轍，延長使用壽命，降低維護費用及減少維修頻次，降低工程造價。該工法在國道219線、日喀則市農村公路瀝青混凝土路面施工中實踐應用和不斷改進，后經該科技攻關小組總結撰寫形成“高原嚴寒地區(qū)瀝青混凝土面層防裂施工工法”，為今后類似瀝青混凝土路面施工提供參考。

2.工法特點

2.1玻纖格柵應用于瀝青路面中能有效增強路面的結構強度，抵抗各類裂縫的產生，特別是有效控制反射裂縫的產生。

2.2施工簡單易行，效果持久可靠，大大提高瀝青路面的質量，延長路面使用壽命。

2.3降低后期路面維護費用及減少維修頻次，從而提高了道路運行的綜合效益。

3.適用范圍

本工法適用于高寒地區(qū)、晝夜溫差大、冷凍期長、四季溫差大的地區(qū)和地震多發(fā)地區(qū)。

4.工法原理

玻璃纖維土工格柵是以無堿玻璃纖維網布為基材經表面涂覆處理而成的半剛性制品，是一種增強道路路面性能的新型優(yōu)良土工基材，通過自身性能改性瀝青混合料從而達到提高瀝青路面結構性能。

玻纖格柵作用機理主要從玻纖格柵的性能及其在瀝青混凝土路面中的作用來闡釋：

1.玻纖格柵的性能

1）高抗拉強度和低延伸率。玻纖格柵是以玻璃纖維為原料，而玻璃纖維的強度極高，超過了其它纖維和金屬，抗拉強度能達100KN/m。同時它的彈性模量也很高，具有很高的抗變形能力，斷裂延伸率小于3%，為延緩反射裂縫的發(fā)展提供了足夠的剛度。

2）熱穩(wěn)定性。玻璃纖維熔點在1000℃以上，這確保了玻纖格柵在瀝青混合料攤鋪作業(yè)中能承受180℃以上的高溫。

3）與瀝青混合料的相容性。玻纖格柵表面在后處理改性工藝中涂覆的材料是針對瀝青混合料設計的，每根纖維都被充分涂覆，與瀝青混合料有很高的相容性，從而確保了玻纖格柵在瀝青層中不會與瀝青混合料隔離，而是牢固地結合在一起。

4）無長期蠕變。作為加筋、增強材料，具有在長期荷載作用下抵抗變形的能力，即抗蠕變性。玻璃纖維不會發(fā)生蠕變，確保了玻纖格柵能長期保持性能。

5）物理、化學穩(wěn)定性。經過特殊處理劑進行涂覆后，玻纖格柵能夠抵抗各類物理磨損和化學侵蝕，還能抵御生物侵蝕和氣候變化，保證其性能不受損失。

6）對集料運動的限制作用。玻纖格柵是網狀結構，瀝青混凝土中的集料可以貫穿其中，這樣就形成機械嵌鎖，能限制集料運動，使瀝青混合料在碾壓時能夠更好的壓實，在受荷載時具有更好的承重能力和更好的荷載傳遞性能及較小的變形。

2.玻纖格柵對瀝青混凝土的物理改性作用

1）提高瀝青路面高溫抗車轍能力。在瀝青面層與封層之間鋪設玻纖格柵，其在瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土中的集料貫穿于格柵間，形成復合力學嵌鎖體系，限制集料運動，增加了瀝青面層中的約束力，瀝青層中各部分彼此牽制，防止了瀝青面層的推移，從而起到抵抗車轍的作用。

2）提高瀝青路面低溫抗縮裂能力。嚴寒地區(qū)的瀝青道路，冬季面層溫度接近于氣溫，在這樣的溫度條件下，瀝青混凝土遇冷收縮，產生拉應力。當拉應力超過瀝青混凝土拉伸強度時，產生裂紋，在裂紋集中的地方產生裂縫，形成病害。在瀝青面層中的面層與封層之間鋪設玻纖格柵，使得瀝青混凝土的拉伸強度大大提高，可以抵抗住較大的拉應力而不致發(fā)生破壞。另外，即使因為局部區(qū)域產生裂紋，使裂紋發(fā)生處的應力過于集中，但經玻纖格柵的傳遞而逐漸消失，裂紋不再會發(fā)展成裂縫。

3）提高瀝青路面的抗疲勞壽命。瀝青路面在設計的使用時間內不得發(fā)生疲勞破壞，因此路面必須具有一定的承載力。路面在直接與車輪接觸的區(qū)域長期受到壓力，在荷載邊緣以外的區(qū)域受到拉力，因兩塊受力區(qū)域所受力的性質不同，而又彼此依靠。因此在兩塊受力區(qū)域的交界處，即在力的突變處容易發(fā)生破壞。在車輛荷載的長期反復作用下，發(fā)生疲勞裂縫。在瀝青面層中鋪設玻纖格柵，能將上述的壓應力與拉應力分散，在兩塊受力區(qū)域之間形成緩沖帶，在這里應力逐步變化而不是突變，減少應力突變對瀝青面層的破壞。利用材料的高抗拉強度和低延伸率，減少路面彎沉變形，提高路面承載能力，從而提高瀝青路面的抗疲勞壽命。

4）防止反射裂縫。在瀝青面層中鋪設玻纖格柵，利用材料的高抗拉強度和低延伸率，分散應力，阻止裂縫向路面延伸，從而防止底層裂縫向路面反射。

5.施工工藝流程及操作要點

5.1施工工藝流程

水泥穩(wěn)定砂礫基層清掃→測量放樣→透層油撒布→玻纖格柵防裂材料鋪設→搭接接頭處理→玻纖格柵固定→稀漿封層撒布→膠輪碾壓→SBS改性瀝青混凝土攤鋪→取芯檢測→驗收。

5.2施工操作要點

5.2.1玻纖格柵施工準備

1.材料要求

鋪設在瀝青混凝土層內的型號GG100100玻纖格柵由玻璃纖維束編織并經過改性瀝青結合料浸漬而成，纖維的抗拉強度不小于100kN/m，拉斷時的延伸率不大于3%，纖維的熔點不低于1000℃，能耐180℃以上的高溫。

玻纖格柵的單位面積質量應小于300g/m，網孔尺寸宜為12mm×12mm至50mm×50mm，通常不小于其上鋪筑的瀝青面層骨料的最大粒徑，網孔形狀為正方形。格柵應在潔凈無塵、干燥的條件下遮蓋保存。

2.鋪設路面的處理

玻璃纖維土工格柵的使用效果與鋪設路面的處理情況密切相關，在鋪設前要將路面上可能影響玻璃纖維土工格柵與底層結合強度的物質如油脂、油漆、封層料、水漬、污物等徹底清除干凈，使鋪設表面清潔干燥，如路面有水跡時，應待路面干燥后鋪設。鋪設前應對達不到強度要求的路面進行處理。

3.澆灑粘層瀝青

粘層的瀝青材料宜采用快裂的灑布型瀝青，宜用與面層所用的種類、標號相同的瀝青經乳化制成。粘層瀝青的用量根據(jù)工程的具體情況，通過試灑決定，以形成均勻、連續(xù)、盡量薄的一層瀝青膜為度。路面潮濕時，不得澆灑粘層瀝青。大氣溫度宜在5℃-60℃之間，粘層瀝青灑布后，應立即鋪設玻璃纖維土工格柵。如果情況特殊，也可先鋪設玻纖格柵，再澆灑粘層瀝青，然后在玻纖格柵上適量均勻地撒一些細粒石屑，再用輕型膠輥壓路機在其上作適度碾壓。

5.2.2玻纖格柵鋪設施工要點

在高原嚴寒地區(qū)選用不帶自粘膠玻纖格柵表面經優(yōu)質改性瀝青涂覆處理后，改變了玻璃纖維的表面性能，提高了其同瀝青的復合性能，極大提高了該基材的耐磨性能及抗剪切能力;同時大大增強了瀝青混凝土路面強度和防止路面與基層反射裂縫，采用釘子固定法進行施工。新建瀝青混凝土路面玻纖格柵置于下封層與瀝青面之間，為了使玻纖格柵與原路面保持良好粘接，先灑布熱瀝青作粘層油，待粘層瀝青凝結時，再鋪設玻纖格柵。施工方法如下：

1.粘層油選用AH-90重油熱瀝青，粘層油的規(guī)格及質量應符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40-2017，采用霧化熱油撒布車噴灑。粘層油每平方米用量約0.4kg-0.6kg。

2.路面溫度低于5℃或路面潮濕時，不得鋪設玻纖格柵，以保證玻纖格柵與瀝青混合料層的粘結。

3.采用人工鋪設法，將整卷玻纖格柵放在卡車后或手推車的放卷架上，確保放卷軸已鎖定，布卷不致自由松動。當卡車（或手推車）慢慢向前走時，應踩住格柵一端。如格柵有松馳時，即時調整以防皺折。

4.保持玻纖格柵鋪設平順、拉緊，橫向搭接長度80-100mm，縱向搭接長度150-200mm;玻纖格柵沿公路縱向鋪設，縱向接頭將后一端壓在前一端之下。用膠輪的輕型壓路機勻速碾壓1-2遍。

5.釘子固定法鋪設玻纖格柵時，先將專用錨栓（6cm）長腿剪掉留頂蓋和釘子（2英寸優(yōu)質水泥鋼釘）固定在已灑布粘層瀝青的下層結構上，釘子可用錘擊或射釘槍射入，再將格柵縱向拉緊并分段固定，每段長度為2米梅花形固定。要求格柵拉緊時玻纖格柵縱橫向均處于挺直張緊狀態(tài)。錨栓頂蓋固定玻纖格柵時，不能將釘子釘于玻纖上，也不能用錘子直接敲擊玻纖。固定后如發(fā)現(xiàn)釘子斷裂或專用錨栓頂蓋松動，則應予以重新固定。

6.為防止施工車輛的輪胎將玻纖格柵和粘油粘起來，和瀝青混凝土攤鋪機機輪打滑的現(xiàn)象，應在粘層油表面撒石屑，石屑用量為3立方米/1000㎡-5立方米/1000㎡。

7.玻纖格柵鋪設固定完畢后，需用輕型膠輥壓路機適度碾壓穩(wěn)定，使格柵與底層粘結牢固。并嚴格控制車輛在其上行駛，嚴禁車輛在格柵層上急轉向、急剎車和傾倒混合腳料，以防止對玻纖格柵造成損傷或破壞。

5.2.3鋪筑瀝青面層并碾壓成型

1.瀝青混合料的攤鋪必須在確認玻纖格柵鋪設良好并能滿足瀝青混合料攤鋪進度后方可進行。

2.已鋪設的玻纖格柵的路面，必須當日完成鋪設瀝青混合料的工作，瀝青混合料面層最小厚度為4cm。瀝青混合料的拌制、運輸、攤鋪和壓實均應符合現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》的規(guī)定和要求。

3.瀝青混合料攤鋪時，應防止攤鋪機的找平小車等金屬構件損壞已鋪設的玻纖格柵。

5.2.4施工注意事項

1.嚴格控制運送混合料的車輛出入，在格柵層上禁止車輛急轉向、急剎車和傾瀉混合料腳料，以防止對玻纖格柵的損壞。

2.玻纖格柵背腹涂覆材料易溶于水，雨天或路面潮濕時不得施工。

3.玻纖格柵為玻璃制造，對人體皮膚易產生刺激作用，施工人員須戴防護手套。

4.當使用的膠輪壓路機需注水增加重量時，其注水量不能太滿，以防溢流到玻纖格柵上，造成其背腹涂覆材料失去粘性。

5、玻纖格柵鋪設過程中，若發(fā)現(xiàn)底層有較小的坑塘應事先填平，以保證格柵鋪設平整。

6.玻纖格柵鋪設時，要求路面溫度在5℃～60℃之間。

6.材料與設備

7.質量控制

7.1鋪設玻纖格柵前下承層必須清掃干凈，無油污、雜物，粘層油應在24 h前完成，以加強玻纖格柵與瀝青混合料層的粘結。

7.2鋪設玻纖格柵后應封閉交通，可通行施工車輛，但不得在玻纖格柵上急轉彎或剎車，應限制車速，車輛的車速不應超過10 km/h。鋪設的玻纖格柵應保持潔凈，不得損壞，如有損壞必須更換或修補。

7.3鋪設玻纖格柵后，瀝青面層應盡量緊跟著施工。不宜一次鋪設太長的玻纖格柵，一次鋪設的路線長度以滿足一天瀝青面層需要的工作面數(shù)量為宜，以免因下雨、降溫等天氣變化引起路面潮濕、降溫，從而導致玻纖格柵與路面失去粘結力而翹起。

8.安全措施

8.1切實做好鋪設玻纖格柵及攤鋪瀝青時的道路疏導工作，攤鋪段落前后做好警示標示標牌。

8.2工人固定玻纖格柵時安全防護用具要佩帶齊全。

8.3施工之前做好三級安全技術交底。

8.4 安排專人進行車輛指揮工作，確保在施工過程中人員設備的安全。

9.環(huán)保措施

9.1施工期間不允許隨意丟棄材料。

9.2攤鋪過程中瀝青混合料等廢棄物應安排專人及時清理至規(guī)定地點，做到“工完、料凈、場地清”。

9.3生活垃圾定點堆放，定期集中清運至指定垃圾站。生活污水處理設化糞池，不直接排放。

9.4玻纖格柵固定時，用錘子、打釘器工作宜放在白天進行，需夜間施工時，應有降噪措施，以避免影響周圍居民。

10.效益分析

國道219線薩嘎縣至康馬縣段改建工程1合同段，共有23.5萬㎡5cm細粒式改性瀝青混凝土面層，在使用此工法施工后，平均延長道路使用壽命由原6-8年延長至8-10年以上。每年的養(yǎng)護費用每平米約2.0元。

經測算：按使用年限8年計算，使用玻纖格柵的防裂措施，養(yǎng)護費用按照6年計算，即可節(jié)約養(yǎng)護費用2*2*23.5萬=94萬;

玻纖格柵單價為3元/㎡，滿鋪需要3*23.5萬=70.5萬。延長兩年壽命，按投資單價算透層：11.38元/㎡，封層6.43元/㎡，5cm瀝青面層96.04元/㎡，綜合單價為每平米113.85元/㎡、節(jié)約投資為23.5萬*113.85/8*2=668.86萬元。

綜合測算在8年使用年限內可節(jié)約668.86+94-70.5=692.36萬。每平米在每年可節(jié)約692.36/23.5/8=3.68元。

2018年日喀則市農村公路建設項目E片區(qū)，共有45.7萬㎡，設計使用年限為6年，每年可節(jié)約投資3.68*45.7=168萬元。本工法根據(jù)我單位兩個項目的實踐應用，在節(jié)約投資、延長使用壽命方面見效顯著。取得了一定的經濟效益和社會效益。

11.應用實例

11.1瀝青混凝土路面中加鋪玻纖格柵是一種物理改性瀝青混合料，相當于對瀝青混合料進行加筋，可以顯著提高路面結構的抗拉、抗剪和抗彎拉強度，約束瀝青混合料的變形，提高瀝青路面高溫抗車轍能力、低溫抗縮裂能力和抗疲勞壽命，防止瀝青路面反射裂縫，延長了瀝青路面的使用壽命。尤其在西藏高寒地區(qū)、四季溫差大的地區(qū)效果明顯。我公司通過多年的經驗積累，總結出了《高原嚴寒地區(qū)瀝青混凝土面層防裂施工工法》。本工法通過由我公司承建的“國道219線薩嘎縣至康馬縣段改建工程1合同段”（施工時間2018.10.06～2019.07.07）施工時的應用，有效地解決了西藏地區(qū)瀝青混凝土面層縱橫開裂、坑塘、擠漿、凸起開花和不規(guī)則短裂縫等問題。經實踐證明此工法的應用對后期交竣工后節(jié)約養(yǎng)護費用，延長道路使用壽命，節(jié)約投資方面具有極高的推廣價值。

11.2本工法通過由我公司承建的“2018年日喀則市農村公路建設項目E片區(qū)”（施工時間2018.09.30～2019.09.30）施工時的應用，有效地解決了西藏地區(qū)瀝青混凝土面層縱橫開裂、坑塘、擠漿、凸起開花和不規(guī)則短裂縫等問題。經實踐證明此工法的應用對后期交竣工后節(jié)約養(yǎng)護費用，延長道路使用壽命，節(jié)約投資方面具有極高的推廣價值。

（作者單位：安徽省路橋工程集團有限責任公司）