含裂紋瀝青路面的施工技術(shù)及動力學(xué)分析

靳慶花

（邢臺市信都區(qū)地方道路管理站，河北邢臺 054000）

1 工程概況

案例工程為某地一條重要公路，其項(xiàng)目處在炎熱地區(qū)，四季變化并不分明，一年中多數(shù)時間為干旱、干燥季節(jié)，天氣炎熱。該瀝青混凝土公路的設(shè)計路基寬為8.5m，路面寬6m，全長約為170km。該工程項(xiàng)目的瀝青路面建設(shè)流程大致是：施工前準(zhǔn)備→瀝青拌和站管控，材料運(yùn)輸→攤鋪工序→碾壓施工→接縫澆筑→試驗(yàn)檢查。

2 瀝青路面施工要點(diǎn)

2.1 拌和站管控及物料輸送措施

為保質(zhì)保量提供瀝青混合料，應(yīng)對公路項(xiàng)目所配套的瀝青拌和站（LB1000 型）進(jìn)行常規(guī)性、科學(xué)性的管控[1]?；旌狭系倪\(yùn)輸車應(yīng)保證自身干凈，使用前及時加以清洗，同時涂抹一定量的油料，以防止車輛黏料。瀝青必須在出站之前插入式電子溫感儀測試其溫度情況，確認(rèn)無問題后，使用專用被子罩好，避免貨運(yùn)路上的熱能損失及環(huán)境污染，同時做好防水、防雨等相關(guān)方案。當(dāng)運(yùn)輸設(shè)備在途中發(fā)生問題時，應(yīng)迅速提供救援車輛進(jìn)行倒料[2]。

2.2 攤鋪

瀝青攤鋪正式開始前，必須對瀝青攤鋪機(jī)的運(yùn)營性能進(jìn)行全部檢測，對熨平板進(jìn)行0.5～1.0h 的預(yù)熱操作，安排專人負(fù)責(zé)指揮運(yùn)送車輛，以免攤鋪施工時與攤鋪機(jī)碰撞。同時，由專人接收瀝青運(yùn)送憑證，以免瀝青混合物料無法溯源。根據(jù)試驗(yàn)所確定的攤鋪系數(shù)，進(jìn)行松鋪厚度的控制。施工中，對坡度控制儀進(jìn)行調(diào)整，保證符合設(shè)計的橫坡角度值，并在已經(jīng)拉緊的鋼絲繩上，放置相應(yīng)的弓字架傳感器，擺放時應(yīng)參考路基兩邊的控制線。

施工物料準(zhǔn)備工作完畢后，啟動瀝青攤鋪機(jī)上的送料系統(tǒng)進(jìn)行攤鋪施工，施工中送料斗內(nèi)的混合料保持不低于2/3 的量，以保證供應(yīng)能力。施工2～3m 的區(qū)段后，迅速對道路坡度、標(biāo)高、層厚等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測，以便指導(dǎo)攤鋪機(jī)上的物料調(diào)整。松鋪厚度在符合3%縱坡差的條件下，可在一定范圍內(nèi)浮動，并盡量采用自動調(diào)整設(shè)施。

混合料攤鋪過程中，提前策劃鋪筑進(jìn)度，并根據(jù)拌和站的生產(chǎn)能力進(jìn)行靈活部署，以保證混合料攤鋪的高度連續(xù)性。攤鋪施工過程中，對于發(fā)生局部瀝青離析或滑裂的情況，可由專門人工進(jìn)行修復(fù)和更換新料，但要盡量避免大范圍的人工操作。多部瀝青攤鋪機(jī)同時進(jìn)行攤鋪時，其間距盡可能保證在30m 以上。

2.3 碾壓施工

本項(xiàng)目進(jìn)行碾壓施工時，按照初壓、復(fù)壓、終壓順序[3]進(jìn)行操作。

（1）初壓：采用8t 雙鋼輪壓路機(jī)，方向?yàn)閺穆芳缰饾u碾壓至路拱，且與線路中心線盡量保持并行，具體操作方式為進(jìn)行2遍靜壓。靜壓施工時，盡量避免機(jī)器急啟急停的狀況。

（2）復(fù)壓：采用8t雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行約4遍的振動碾壓，碾壓后，應(yīng)保證路面沒有顯著的輪跡，并使壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計要求。

（3）終壓：復(fù)壓操作后，使用25t 輪胎壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，保證路面沒有輪跡，方式為靜壓2遍。條件允許的情況下，可再用雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行1遍靜壓，最后進(jìn)行光面。

（4）在碾壓操作時，同一處位置不能長期停駐壓路機(jī)，以免產(chǎn)生壓痕，機(jī)械要輪流互換。機(jī)械車輪應(yīng)干凈，物料粘輪時需要盡快處理，部分機(jī)械難以壓實(shí)處應(yīng)采用人工方式熱夯。

2.4 接縫施工

（1）橫向接縫的施工：路段處理完成后，由攤鋪機(jī)操作熨平板使其離開接縫處，再人工采用靠尺對兩側(cè)路面進(jìn)行平整度的檢測，不平處及時修繕到位。下一道工序開始前，再次檢測接縫處是否有坍塌或松垮等不良情況，若有則采用切割機(jī)對缺陷進(jìn)行切除，進(jìn)行熱瀝青涂刷后，再次實(shí)施正常的瀝青路面施工。

（2）縱向接縫的施工：一般由兩部攤鋪機(jī)同時進(jìn)行操作，使縱向接縫熱接成型。在半幅路面施工工況下不能使用切縫機(jī)，應(yīng)對該側(cè)路面噴涂少量的黏層油，再進(jìn)行另一側(cè)路面攤鋪，并保證有10cm寬的接縫。殘留的前半幅填料應(yīng)及時鏟掉，再按照熱接縫法進(jìn)行兩側(cè)路面的跨接碾壓，以避免裂縫、剝落等質(zhì)量問題。

2.5 試驗(yàn)檢測

路面攤鋪和接縫完成處理后，試驗(yàn)人員需對現(xiàn)場實(shí)體進(jìn)行鉆芯取樣。取出的樣品由實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行性能檢測，保證所施工的路段質(zhì)量符合設(shè)計要求。

3 幾何模型建立

在研究荷載作用時，應(yīng)在瀝青路面裂紋一側(cè)選擇受力最不利的地方進(jìn)行。假設(shè)承受的外來荷載是對稱分布的，則可以將裂縫的頂點(diǎn)設(shè)置為裂尖應(yīng)力場的坐標(biāo)原點(diǎn)。故此，針對剪切型裂縫的平面應(yīng)變問題，可以對其裂縫頂端周圍的水平位移進(jìn)行合理驗(yàn)算。

本項(xiàng)目瀝青路面構(gòu)造共有4層，且為一個彈性的連續(xù)系統(tǒng)，該多層體系包括土基、灰土、半剛性基層以及瀝青面層等，組成順序?yàn)樽韵露稀?/p>

為對有限元模型的具體大小進(jìn)行合理確定，可綜合考慮位移衰減規(guī)律，即在選定路面模型的水平尺寸時，荷載的作用點(diǎn)與邊界之間的距離至少為5m，同時要求有3m 至少的深度。在路面的4 層構(gòu)造組成中，均將其材質(zhì)考慮為各向同性，且均設(shè)定為均勻的線彈性模型。本項(xiàng)目四節(jié)點(diǎn)劃分模型的平面見圖1。

圖1 模型網(wǎng)格劃分

對于炎熱地區(qū)的瀝青路面，按我國相關(guān)路面設(shè)計規(guī)范，以簡化荷載的方式，將半正弦模式替換其靜載，并將車輪壓力考慮為面荷載，作用于瀝青路面的右側(cè)。

4 正交試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方案

針對車輛機(jī)械的移動速度和瀝青路面的裂縫長度，在不同的取值條件下，應(yīng)有差別地進(jìn)行不同的技術(shù)分析。本次設(shè)計了正交試驗(yàn)，其因素和水平見表1，具體試驗(yàn)方案設(shè)計見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平

表2 試驗(yàn)設(shè)計方案

4.2 結(jié)果分析

參考表2 所列的9 種試驗(yàn)方法，依次對在120km/h、80km/h、40km/h 的車速條件下的實(shí)施方案進(jìn)行有限元計算，得出瀝青路面的裂縫長分別為44mm、24mm 和11mm。在該情況下的應(yīng)力強(qiáng)度因子敏感性見表3。

表3 應(yīng)力強(qiáng)度因子敏感性分析

根據(jù)計算結(jié)果，在應(yīng)力強(qiáng)度因子的極差方面，車速、動彈模以及裂紋長度三者的排序依次為：RD＜RE＜RF，且RF比RE和RD大得多，因此，可以推測認(rèn)為，對路面裂縫發(fā)展的影響程度最低的是面層的動彈模，而裂縫長和車速則均有重要的影響作用。

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子取最大值時，瀝青路面裂縫發(fā)展最快的試驗(yàn)方案為E3F3D3。在該方案下，瀝青路面裂紋長44mm，面層彈模為6 110MPa，車速則為40km/h。

在40km/h、80km/h、120km/h 的車速條件下，設(shè)置瀝青路面裂紋長44mm，面層彈模為4 730MPa，對剪切強(qiáng)度因子的時程曲線進(jìn)行模擬，見圖2。由圖可知，車速變化時，應(yīng)力強(qiáng)度因子也隨之變化，且趨勢較為吻合，整體呈現(xiàn)正弦曲線。而當(dāng)荷載為零時，則出現(xiàn)局部振蕩。因此，在實(shí)踐中，對于拐彎、上坡等路段應(yīng)考慮慢速通過，在路面材料方面應(yīng)保證其抗裂性能。

圖2 應(yīng)力強(qiáng)度因子時程曲線

5 試驗(yàn)結(jié)論

綜合以上的正交試驗(yàn)結(jié)果以及應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化曲線，可以分析得出如下試驗(yàn)結(jié)論：

（1）當(dāng)瀝青路面開始發(fā)生開裂傾向時，應(yīng)實(shí)時進(jìn)行修整處理，及早阻止其裂縫的蔓延與發(fā)展，將危害控制在早期。

（2）在不同的行車速度下，應(yīng)力強(qiáng)度因子呈現(xiàn)正弦曲線形狀，一般情況下，兩者之間具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)車速較慢時，實(shí)際施工中應(yīng)重點(diǎn)保證路面瀝青混合料的抗裂性。

（3）面層的動彈模對路面裂縫發(fā)展影響較大，且該因素與環(huán)境溫度之間息息相關(guān)。一般溫度變高時該值變小，即為負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此在實(shí)際選擇瀝青路面材料時，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境情況綜合考慮。

6 質(zhì)量通病解決方法

（1）離析問題。在攤鋪施工過程中出現(xiàn)瀝青混合料離析現(xiàn)象時，應(yīng)及時對已鋪填路段進(jìn)行整改處理，保證成型質(zhì)量。同時，應(yīng)采取預(yù)防措施，比如將路面打掃干凈，保證無細(xì)砂、碎塊等雜質(zhì)；在攪拌站生產(chǎn)時，注意混合料的均勻性，接料時控制好速度和前后車輛間距。

（2）平整度偏低問題。瀝青路面碾壓完畢后，若發(fā)現(xiàn)平整度整體偏低，則應(yīng)及時處理。具體措施為先對不平的路段進(jìn)行靠尺量測，觀察其具體的凹陷數(shù)值，再對其不足之處進(jìn)行修補(bǔ)、攤鋪與碾壓，保證與主體結(jié)構(gòu)密實(shí)連接，修補(bǔ)料應(yīng)為熱細(xì)料。

7 結(jié)語

本文闡述了在炎熱地區(qū)的瀝青路面的具體施工流程和工藝控制，針對其含裂紋的現(xiàn)象，進(jìn)行了動力學(xué)分析，找出影響裂紋發(fā)展的各因素之間的關(guān)系，研究表明，瀝青路面裂縫的長度與車速對裂縫的開展具有較為重要的影響，裂縫的應(yīng)力強(qiáng)度因子隨面層動彈模的增大而增大。工程完成后，本項(xiàng)目瀝青路面經(jīng)常長時間服役運(yùn)營，基本的路用性能均達(dá)標(biāo)，路面較為平整，行駛體驗(yàn)感良好。由此可見，本文所述的攤鋪、碾壓以及接縫處理工藝科學(xué)合理，符合設(shè)計及規(guī)范的相關(guān)要求。希望本文總結(jié)的施工措施與試驗(yàn)結(jié)論能為炎熱地區(qū)含裂紋瀝青路面的施工質(zhì)量控制與裂縫預(yù)防整治提供參考。