纖維碎石封層在應(yīng)力吸收層中的應(yīng)用分析

趙振華

（南通市市政設(shè)施管理處，江蘇 南通 226001）

對老路的改擴(kuò)建可以有效緩解交通壓力，提高路面行駛舒適性，而路基和基層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性是老路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)中極為重要的內(nèi)容，若不能采取合理的設(shè)計(jì)方案，極易導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)反射裂縫、沉陷、網(wǎng)狀裂縫等病害，加速路面結(jié)構(gòu)的破損。纖維材料具有較好的抗裂性，將其用于碎石封層可以顯著提升抗裂性能，纖維碎石封層可作為瀝青路面的上封層和下封層使用，在路面結(jié)構(gòu)中起到消散應(yīng)力、延緩路面開裂的作用[1]。

1 工程概況

長江路快速化改造工程建設(shè)促進(jìn)了南通市區(qū)西部南北快速通行，也為長江北路西延預(yù)留了空間，對于緩解市區(qū)的交通壓力、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義。由于躍龍南路～工農(nóng)南路已納入嗇園路快速化改造范圍，而洪江路～躍龍南路段又為高架路段，主要對濱江大橋～洪江路路段進(jìn)行改造維修，各路段的路面技術(shù)狀況及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試結(jié)果見表1。

表1 各路段的路面技術(shù)狀況及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試結(jié)果

結(jié)合濱江大橋～洪江路路段的路面技術(shù)狀況檢測結(jié)果提出各路段的養(yǎng)護(hù)方案，濱江大橋～人民西路和中遠(yuǎn)路～虹橋路路段的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度處于臨界值附近、路面狀況處于中等以上，采用輔路結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案；人民西路～任港路和任港路～中遠(yuǎn)路路段的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、路面狀況處于中等以下，采取輔路開挖新建方案；虹橋路～姚港路和姚港路～洪江路路段的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度處于臨界值附近、路面狀況處于中等以上，采取主輔路結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、局部開挖新建的方案。因此，對于路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度處于臨界值附近的路段，需要對基層和路基進(jìn)行聚合物注漿補(bǔ)強(qiáng)。為加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)層的層間粘結(jié)，同時(shí)減少基層反射裂縫對瀝青面層的影響，有必要在瀝青面層與基層之間加設(shè)纖維碎石封層，提高瀝青面層的防水性能和低溫抗裂性能。

2 纖維碎石封層的功能與技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)碎石封層技術(shù)類似，纖維碎石封層也屬于嵌擠類結(jié)構(gòu)，由下層乳化瀝青、纖維、上層乳化瀝青、碎石集料等組成（如圖1所示）。纖維碎石封層采用層鋪法的施工工藝，采用專用噴灑設(shè)備，先噴灑一層乳化瀝青，撒布纖維，然后再噴灑一層乳化瀝青，最后撒布碎石，采用膠輪壓路機(jī)碾壓成型。

纖維碎石封層采用經(jīng)專門工藝切割而成的具有一定長度的纖維，通過將纖維布置在上、下兩層膠粘材料中，使得纖維在膠粘材料中亂向均勻分布，從而形成一層具有高彈性和高強(qiáng)度的加筋結(jié)構(gòu)層，表現(xiàn)出良好的抗拉、抗剪、抗壓和抗沖擊強(qiáng)度等綜合力學(xué)性能[2]。通過纖維與兩層乳化瀝青的滲透、吸附作用，使得纖維與乳化瀝青形成加筋的保護(hù)層結(jié)構(gòu)，有效提升了結(jié)構(gòu)層的密閉性和防水性，且纖維的加筋與橋接作用形成的結(jié)構(gòu)層還可以起到消散路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力、延緩反射裂縫的效果。在瀝青路面維修、水泥混凝土路面加鋪施工中，常將纖維碎石封層作為路面結(jié)構(gòu)下封層或者應(yīng)力吸收層使用，能有效抑制反射裂縫，減少路面病害，還可以起到封閉上層路面面層裂縫、防止水分下滲到下面層或基層的作用，從而提高路面結(jié)構(gòu)整體的抗水損害能力[3]。

圖1 纖維碎石封層結(jié)構(gòu)

因此，結(jié)合本工程各路段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及破損情況，對于采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案的濱江大橋～人民西路、中遠(yuǎn)路～虹橋路、虹橋路～姚港路和姚港路～洪江路等路段均可采用纖維碎石封層作為應(yīng)力吸收層。

3 纖維碎石封層的配合比設(shè)計(jì)方法

3.1 設(shè)計(jì)理論

纖維碎石封層配合比指根據(jù)工程需求確定纖維碎石封層各組成材料的比例。從現(xiàn)有碎石封層配合比設(shè)計(jì)方法來看，主要有經(jīng)驗(yàn)法和理論法兩種。碎石封層配合比的理論設(shè)計(jì)方法與瀝青混合料類似，通過試驗(yàn)測試原材料的體積參數(shù)，根據(jù)體積設(shè)計(jì)法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，這種方法可以得出初步的配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，但未能考慮工程項(xiàng)目實(shí)際情況，設(shè)計(jì)結(jié)果往往有偏差。因此，當(dāng)前主流的碎石封層配合比設(shè)計(jì)方法仍采用基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，在確定乳化瀝青、碎石及纖維用量范圍的基礎(chǔ)上，針對材料特性、路面技術(shù)狀況、交通量、氣候特點(diǎn)等影響因素進(jìn)行理論修正，并采用室內(nèi)試驗(yàn)方法對成型的纖維碎石封層進(jìn)行試驗(yàn)測試，驗(yàn)證纖維碎石封層的性能指標(biāo)。采用這種經(jīng)驗(yàn)方法與理論方法相結(jié)合的方式，可充分發(fā)揮兩種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢，有效保障纖維碎石封層的施工質(zhì)量，既能減少碎石集料嚴(yán)重散失和泛油等病害，還能延長纖維碎石封層的使用壽命，對推動纖維碎石封層的工程應(yīng)用有重要意義。

在配合比設(shè)計(jì)前期，需要對各原材料（乳化瀝青、碎石及纖維等）參數(shù)進(jìn)行檢測，確保各原材料的質(zhì)量符合工程應(yīng)用要求。在配合比設(shè)計(jì)中期，主要根據(jù)工程項(xiàng)目的交通量、原路面技術(shù)狀況、施工季節(jié)、施工目的等要求，在室內(nèi)開展配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，確定各組成材料的初步用量和比例。在配合比設(shè)計(jì)后期，可在室內(nèi)模擬纖維碎石封層的施工，并對其性能進(jìn)行驗(yàn)證，或者進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)段施工，現(xiàn)場測試?yán)w維碎石封層的實(shí)際應(yīng)用效果，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)或者現(xiàn)場試驗(yàn)測試情況進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)調(diào)整[4]。

3.2 配合比設(shè)計(jì)過程

為保證養(yǎng)護(hù)維修工程施工質(zhì)量，須選用符合工程設(shè)計(jì)要求的纖維碎石封層材料。纖維碎石封層的膠粘材料選用快凝陽離子改性乳化瀝青，SBR聚合物膠乳的含量為3%，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合要求。由于本工程中纖維碎石封層用于路面結(jié)構(gòu)的下封層，為提高集料與膠粘材料的粘結(jié)效果，選用單一級配的石灰?guī)r碎石集料，所用石灰?guī)r集料應(yīng)保證其壓碎值、破碎面數(shù)量、扁平指數(shù)等指標(biāo)滿足工程設(shè)計(jì)要求。纖維選用對環(huán)境污染小的無硼、無氟改進(jìn)型玻璃纖維，纖維切割長度一般為30～120mm，具體長度的選用需結(jié)合路面的病害情況、乳化瀝青用量、維碎石封層厚度等綜合確定。

確定纖維碎石封層各組成材料的用量是纖維碎石封層配合比設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)規(guī)范，纖維碎石封層碎石集料用量的推薦范圍見表2，纖維碎石封層乳化瀝青用量的推薦范圍見表3，纖維碎石封層玻璃纖維用量的推薦范圍見表4。

表2 纖維碎石封層碎石集料用量的推薦范圍

表3 纖維碎石封層乳化瀝青用量的推薦范圍（kg/m2）

表4 纖維碎石封層玻璃纖維用量的推薦范圍

纖維碎石封層的碎石集料用量與封層類型、封層厚度、碎石材料特性、道路交通量及路面技術(shù)狀況等密切相關(guān)，纖維碎石封層的最大厚度為碎石集料的最大公稱粒徑，本工程中纖維碎石封層作為路面面層與基層之間的應(yīng)力吸收層使用，且不同路段的路面技術(shù)狀況和承載力不同。纖維碎石封層碎石集料FCA2級配類型，碎石粒徑為5～10mm，封層厚度為10mm，碎石撒布量為8m3/1000m2。

纖維碎石封層的乳化瀝青用量與封層類型、集料特性、集料用量、原路面技術(shù)狀況及瀝青含量等密切相關(guān)，本工程采用的改性乳化瀝青的瀝青含量為60%，由于該路段為重交通路段，乳化瀝青用量在推薦用量的基礎(chǔ)上減少5%～10%，預(yù)計(jì)秋季施工時(shí)乳化瀝青用量在推薦用量的基礎(chǔ)上增加5%左右，加上該路段原有路面技術(shù)狀況較差，由表2可知，纖維碎石封層乳化瀝青的用量范圍為2.0kg/m2。

纖維碎石封層的纖維用量與原路面技術(shù)狀況、交通量類型等密切相關(guān)，當(dāng)路面的龜裂、網(wǎng)裂病害較多時(shí)，應(yīng)增加纖維用量，而封層用于應(yīng)力吸收層時(shí)纖維用量也需增加，由表3，結(jié)合纖維廠家的生產(chǎn)工藝和工程實(shí)際需求，選用纖維長度為60mm，纖維用量為120g/m2。

按照經(jīng)驗(yàn)方法確定的纖維碎石封層材料配合比用量進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，主要對纖維的吸油率、乳化瀝青破乳時(shí)間、乳化瀝青與碎石附著力、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、粘結(jié)力等進(jìn)行測試，纖維碎石封層的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)和路用性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，可以進(jìn)行試驗(yàn)段施工，根據(jù)試驗(yàn)段的現(xiàn)場測試結(jié)果判斷是否需要進(jìn)行配合比的調(diào)整。

4 纖維碎石封層的施工與質(zhì)量控制

4.1 施工準(zhǔn)備

對于原路面基層出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫、松散及路基凍脹、翻漿的路段，應(yīng)對路基和基層進(jìn)行修補(bǔ)處理，一般路面修補(bǔ)工作應(yīng)至少提前6個(gè)月完成，裂縫封閉工作應(yīng)至少提前3個(gè)月完成，且宜在纖維碎石封層施工前一年的秋季進(jìn)行。

纖維碎石封層施工需要用到較多的施工設(shè)備和輔助設(shè)備，施工前應(yīng)對各個(gè)機(jī)械的性能和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)和測試，確保所有的機(jī)械設(shè)備都處于良好的工作狀態(tài)，同時(shí)制定設(shè)備的使用和應(yīng)急處理方案，確保工程施工能按照施工方案的要求連續(xù)進(jìn)行。

4.2 鋪筑試驗(yàn)

由于纖維碎石封層的工程施工受原路面技術(shù)狀況、施工季節(jié)、施工溫度等多方面因素的影響，在條件允許的情況下，應(yīng)開展工程試驗(yàn)段施工，驗(yàn)證室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果和工程應(yīng)用效果，試驗(yàn)長度不宜少于50m，本工程試驗(yàn)段長度200m。工程試驗(yàn)段施工時(shí)，先按照1.0kg/m2的用量灑布第一層改性乳化瀝青，同步按照120g/m2的用量撒布玻璃纖維，待第一層改性乳化瀝青破乳后，再灑布第二層改性乳化瀝青，第二層乳化瀝青破乳撒布碎石，碎石撒布量為8m3/1000m2，然后用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行初期碾壓，并對纖維碎石封層的局部區(qū)域進(jìn)行人工修補(bǔ)，待纖維碎石封層初期養(yǎng)護(hù)完成后，清除過量碎石。在試驗(yàn)段施工過程中，應(yīng)對材料用量進(jìn)行計(jì)量，檢驗(yàn)乳化瀝青、纖維及碎石的用量是否合適。在試驗(yàn)段施工完成后，還應(yīng)開展測量碎石集料的嵌入深度、觀察碎石集料的嵌擠效果、測試?yán)w維碎石封層的粘結(jié)強(qiáng)度等工作，以此為依據(jù)對工程施工設(shè)備的參數(shù)及材料配合比進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

4.3 施工流程

氣候條件對纖維碎石封層工程施工的質(zhì)量影響明顯，陽光充足、氣溫較高、濕度較低、微弱風(fēng)或無風(fēng)、無雨、無霧的天氣條件是纖維碎石封層工程最理想的施工時(shí)段。當(dāng)最低氣溫低于15℃和氣溫高于45℃時(shí)，不可開展纖維碎石封層的施工，施工過程中還應(yīng)注意樹蔭下或其他陰涼處的路面溫度與有陽光路段的溫度差別，以保證滿足工程施工溫度的要求。大規(guī)模施工時(shí)，在纖維碎石封層試驗(yàn)段施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，并按照清潔原路面、設(shè)置施工引導(dǎo)線、灑布乳化瀝青，撒布纖維和碎石、碾壓壓實(shí)、人工修補(bǔ)、初期養(yǎng)護(hù)、清除過量碎石和后期養(yǎng)護(hù)的流程進(jìn)行[5]。

4.4 質(zhì)量管理與驗(yàn)收

由于工程施工路段較長，考慮采用抽檢的方式進(jìn)行纖維碎石封層工程施工質(zhì)量驗(yàn)收評定，一般選取1～3km路段對路面的表觀質(zhì)量（外觀、橫向接縫、縱向接縫、邊線）、滲水系數(shù)、封層厚度、粘結(jié)強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行檢測，同時(shí)檢查工程施工的原始記錄，核算纖維碎石封層各材料的用量。長江路快速化改造工程的纖維碎石封層施工結(jié)束后，對濱江大橋～人民西路和中遠(yuǎn)路～虹橋路共計(jì)1.025km路段的纖維碎石封層各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測試，結(jié)果表明，纖維碎石封層工程的各項(xiàng)指標(biāo)滿足工程設(shè)計(jì)的要求。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)碎石封層技術(shù)已成為道路養(yǎng)護(hù)維修工程的常用養(yǎng)護(hù)方案之一，而纖維碎石封層不僅具有普通碎石的基本性能，通過摻加纖維材料，還使得封層在抗裂性能、防水性能方面得到顯著的提升，可有效防止雨水從瀝青面層滲入基層，同時(shí)減少和延緩基層裂縫向?yàn)r青面層延伸。在長江路快速化改造工程中，將纖維碎石封層用作應(yīng)力吸收層，較好解決了原有基層強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)處治后可能再次開裂引起路面反射裂縫的問題，在老路的養(yǎng)護(hù)維修工程施工中有很好的參考價(jià)值。