談密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用

張 西 棉

(陜西省西安公路管理局，陜西 西安 710003)

1 背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，公路建設(shè)里程不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國90%以上的公路瀝青路面的基層和底基層均采用了半剛性材料。半剛性基層具有強(qiáng)度高、剛度大的特點(diǎn)。然而，半剛性材料具有的干縮和溫縮特性，半剛性基層的收縮裂縫，使瀝青路面不可避免要產(chǎn)生反射裂縫，容易導(dǎo)致瀝青面層的早期破壞。另外，半剛性基層的抗沖刷性能比較弱，易受到水損害，使路面產(chǎn)生唧泥、翻漿等早期破壞。

由于瀝青穩(wěn)定材料良好的強(qiáng)度和抗疲勞性能，使得密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層結(jié)構(gòu)在國外得到長期而有效的應(yīng)用，鑒于此，深入系統(tǒng)地開展瀝青穩(wěn)定碎石基層混合料設(shè)計(jì)方法和性能的研究，對(duì)于避免瀝青路面早期破壞，延長瀝青路面使用壽命，提高瀝青路面的使用質(zhì)量具有極為重要的意義。2018年，我局在國道108周至段進(jìn)行了7.798 km的密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石(ATB-25)柔性基層，取得了良好效果。

2 前期準(zhǔn)備工作

2.1 舊路概況調(diào)查

G108 K1405+220～K1415+233段位于周至境內(nèi),該路段建于1956年，于2010年—2013年進(jìn)行大修補(bǔ)強(qiáng)，路面基層薄，強(qiáng)度差。由于近年交通量的快速增長，整段道路水泥混凝土路面不堪重負(fù)，路面大面積出現(xiàn)縱向裂縫、斜向裂縫、交叉裂縫及沉陷等病害，板面破損十分嚴(yán)重。該路段路面破損情況見表1,表2。

表1 路面破損調(diào)查結(jié)果匯總表

表2 原路面實(shí)測彎沉成果匯總表

2.2 密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)舊路病害情況和彎沉計(jì)算，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案為：用級(jí)配碎石對(duì)舊路破碎后的表面進(jìn)行調(diào)平，采用2 cm熱瀝青單層貫入；然后采用8 cm ATB-25密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行基層補(bǔ)強(qiáng)，面層為4 cm AC-13F瀝青混凝土。本次設(shè)計(jì)彎沉為55.3(0.01 mm)。針對(duì)密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石(ATB-25)基層的特點(diǎn)，參照J(rèn)TG F40—2017公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范編寫了《密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層施工工藝》，對(duì)配合比設(shè)計(jì)、原材料、施工過程中的每道工序控制、試驗(yàn)檢測等均提出了嚴(yán)格的要求，確保施工質(zhì)量。

3 密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層材料組成要求

密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石(ATB-25)基層與傳統(tǒng)的用于面層的瀝青混凝土相比，它是針對(duì)于基層用的，粒徑偏大，級(jí)配偏粗，瀝青用量偏少，對(duì)原材料的要求相對(duì)于面層要低。

1)道路石油瀝青：采用A級(jí)90號(hào)石油瀝青。瀝青在儲(chǔ)運(yùn)、使用及存放過程中應(yīng)有良好的防水措施，避免雨水或加熱管道蒸汽進(jìn)入瀝青。瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 瀝青指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

2)粗集料及細(xì)集料：粗集料應(yīng)潔凈、干燥、表面粗糙，與瀝青的粘附性好，一般選用堿性或中性石料。細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，并應(yīng)有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配。根據(jù)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配范圍以及對(duì)料源規(guī)格型號(hào)的調(diào)查篩分，初步選定的瀝青混合料材料為涇陽產(chǎn)碎石、石屑、礦粉以及黑河砂。

3)填料：必須采用石灰?guī)r經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，礦粉應(yīng)干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉流出。拌合機(jī)的粉塵和粉煤灰不得作為填料使用。

經(jīng)試驗(yàn)檢測砂石材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 原材料的技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

4 密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

4.1 礦料配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)表5各種礦料的篩分結(jié)果及ATB-25型瀝青穩(wěn)定碎石混合料的級(jí)配要求進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算合成確定合成級(jí)配各種礦料百分含量如表6所示。

表5 原材料級(jí)配

表6 合成級(jí)配各種礦料百分含量

4.2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，分別采用3.0%，3.5%，4.0%三種油石比成型馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)，測定各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，確定最佳油石比為3.6%。最佳油石比時(shí)的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表7?？紤]施工期間的氣候和交通因素，試驗(yàn)報(bào)告建議油石比應(yīng)增加到3.6%。

表7 最佳油石比及Marshall試件實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.3 生產(chǎn)配合比確定

依據(jù)確定的目標(biāo)配合比和實(shí)際施工的拌和機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，采用LB30型拌和設(shè)備，該設(shè)備配備冷料倉和熱料倉各4個(gè)，由于其中1個(gè)熱料倉為溢料倉，所以，試驗(yàn)前根據(jù)級(jí)配類型初步選定了3個(gè)振動(dòng)篩篩號(hào)分別為1號(hào)倉6 mm，2號(hào)倉15 mm，3號(hào)倉25 mm，最大粒徑篩孔通過量符合范圍要求，并使三個(gè)熱料倉的材料進(jìn)料量相差不多，超粒徑碎石能通過溢料倉排出。然后，按目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的冷料比例上料、烘干、篩分，按照試驗(yàn)規(guī)程要求取樣篩分，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行礦料級(jí)配計(jì)算，原材料的技術(shù)指標(biāo)及瀝青穩(wěn)定碎石礦料級(jí)配組成見表8。

表8 原材料的技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

按以上配比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，分別采用3.0%，3.5%，4.0%三種油石比成型馬歇爾試件，測定各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，得出的最佳油石比如下：按密度最大值、穩(wěn)定度最大值、空隙率中值確定的最佳油石比OAC1=3.3%。按各指標(biāo)符合范圍的中值確定的最佳油石比OAC2=3.2%。由此確定的最佳油石比OAC=3.7%。此結(jié)果與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果的最佳油石比相差0.1%，基本吻合。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，商定采用平均值即油石比3.7%作為生產(chǎn)配合比供試拌試鋪使用。

5 施工的控制要點(diǎn)

1)要避免混合料的離析。由于該混合料材料粒徑較大，原材料堆放、石料進(jìn)倉、混合料裝車及自卸汽車卸料、攤鋪機(jī)螺旋布料器運(yùn)送混合料過程中均會(huì)不可避免的產(chǎn)生粗細(xì)集料的離析現(xiàn)象。因此，在施工中應(yīng)盡可能減少人為因素造成的離析現(xiàn)象。主要措施有：不同規(guī)格的材料分別堆放整齊，取料時(shí)裝載機(jī)盡量做到垂直取料，以避免石料堆上部的集料坍塌滾落，造成集料離析；瀝青混合料從拌和機(jī)上裝車時(shí)，按規(guī)定先在車廂前部裝料，然后挪動(dòng)車輛在后部裝料，最后在中間裝料，如此往復(fù)幾次，直至裝滿。攤鋪過程中，攤鋪機(jī)的螺旋布料器根據(jù)攤鋪速度調(diào)整到保持一個(gè)穩(wěn)定的速度均衡地轉(zhuǎn)動(dòng)，兩側(cè)保持有不少于送料器2/3高度的混合料，以減少混合料在攤鋪過程中的離析。

2)要重視混合料的壓實(shí)。由于混合料的攤鋪厚度較大，一般攤鋪厚度在10 cm,壓實(shí)厚度在8 cm。因此，混合料的碾壓工作至關(guān)重要，要采用大噸位膠輪壓路機(jī)來保證混合料的壓實(shí)度。同時(shí)，松鋪系數(shù)要根據(jù)試驗(yàn)段來確定。

3)機(jī)械設(shè)備配置。采用生產(chǎn)能力與攤鋪能力相匹配的拌和設(shè)備，一般應(yīng)采用1000型以上拌合機(jī)。拌和設(shè)備具有足夠的料倉，并配備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，顯示、保存所采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算并及時(shí)打印各項(xiàng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以便實(shí)施施工過程中的質(zhì)量管理動(dòng)態(tài)控制。

4)拌和廠應(yīng)具備良好的試驗(yàn)條件，配備足夠的試驗(yàn)檢測人員，能在每天開始生產(chǎn)時(shí)及時(shí)進(jìn)行抽提篩分及馬歇爾試驗(yàn)，檢測結(jié)果準(zhǔn)確及時(shí)，信息反饋迅速，以正確指導(dǎo)當(dāng)天的拌和生產(chǎn)。

5)施工現(xiàn)場應(yīng)配專人檢測施工過程中的溫度變化情況及壓路機(jī)碾壓作業(yè)情況，保證當(dāng)天碾壓的瀝青穩(wěn)定碎石混合料碾壓遍數(shù)均勻一致，并保證在允許的碾壓溫度下完成施工作業(yè)。

6)加強(qiáng)攤鋪初期的水準(zhǔn)測量，檢查攤鋪厚度、路拱橫坡情況，及時(shí)反饋予以調(diào)整，隨時(shí)記錄攤鋪混合料的數(shù)量與成型長度，計(jì)算攤鋪的平均厚度。

6 技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

1)密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層前期資金投入略多，但全壽命周期時(shí)間長，路用性能優(yōu)于半剛性基層。路面結(jié)構(gòu)：瀝青穩(wěn)定碎石基層(8 cm瀝青穩(wěn)定碎石基層+4 cm AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土面層)費(fèi)用為166元/m2；水泥穩(wěn)定碎石基層(20 cm水穩(wěn)碎石基層+4 cm AC-16中粒式瀝青混凝土下面層+3 cm AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土上面層)費(fèi)用為152元/m2。但密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層路面壽命可以達(dá)到15年不用大修，而一般的水穩(wěn)碎石基層路面大修年限為8年。若按15年的周期進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，瀝青穩(wěn)定碎石基層路面成本基本為二灰碎石基層路面成本的一半。同時(shí)，瀝青穩(wěn)定碎石基層路面不會(huì)產(chǎn)生半剛性基層質(zhì)量通病反射裂縫，避免了路面的早期破壞。據(jù)我局養(yǎng)管部門資料統(tǒng)計(jì)，瀝青穩(wěn)定碎石基層路面日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較傳統(tǒng)水穩(wěn)碎石基層低約20%。

2)瀝青穩(wěn)定碎石基層路面其平整度及行車的舒適性，是半剛性基層路面及混凝土路面無法比擬的。

3)瀝青穩(wěn)定碎石基層路面施工時(shí)堵車時(shí)間較短，在夏季碾壓結(jié)束后2 h即可開放交通，在交通流量較大且無法封閉交通的大修路段施工優(yōu)勢更為明顯。

4)瀝青穩(wěn)定碎石基層在大修工程施工時(shí)直接加鋪于舊路面層上，舊路面做到了再次利用，減少了環(huán)境污染。

5)密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石施工季節(jié)較長，一般在關(guān)中地區(qū)4月份～10月份均可施工。另外，路面各結(jié)構(gòu)層時(shí)間間隔很短，基層施工結(jié)束后即可進(jìn)行面層施工，而一般的半剛性基層需保濕養(yǎng)生7 d。由此可見，密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層適用于不封閉交通的公路大修工程路段。

7 結(jié)語

本工程在補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層中存在，試驗(yàn)室進(jìn)行馬歇爾試件擊實(shí)時(shí)僅有垂直方向的擊實(shí)作用，而無實(shí)際施工時(shí)的揉搓作用，無法客觀地體現(xiàn)實(shí)際施工的碾壓效果。同時(shí)，由于密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層厚度一般在10 cm以上，瀝青路面常規(guī)26 t膠輪壓路的有效壓實(shí)效果也需要進(jìn)一步工程實(shí)踐探索。通過兩年來工程通車檢驗(yàn)，密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層具有較高的抗剪強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和耐疲勞性，不易產(chǎn)生收縮裂縫和水損害，使用壽命長，行車舒適性好，避免路面早期裂縫，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢，具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。