瀝青路面CAPE封層施工技術(shù)應(yīng)用研究

侯順奇，丁小花，宋波

（山東宇通路橋集團有限公司，山東 廣饒 257000）

0 引言

CAPE 封層施工技術(shù)作為預(yù)防性養(yǎng)護措施，通常在路面損壞前采用，且多用于新建公路面層和養(yǎng)護施工中，利用該技術(shù)施工后，路面抗滑、防水性能好，且密實平整、造價較低，能有效保證瀝青路面使用壽命，在國外公路工程領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但在我國公路工程中應(yīng)用較少，CAPE 封層施工技術(shù)仍屬于新技術(shù)，對該技術(shù)設(shè)計及施工要點尚缺少全面了解和認(rèn)識。本文通過對CAPE 施工技術(shù)在具體工程中的應(yīng)用情況進行分析，以期為瀝青路面養(yǎng)護施工提供借鑒參考。

1 CAPE封層施工技術(shù)原理

在碎石封層上攤鋪稀漿封層后所形成的復(fù)合式瀝青路面結(jié)構(gòu)即為CAPE 封層復(fù)合路面，該路面結(jié)構(gòu)因外觀密實、平整，防水抗滑性能及抗反射裂縫性能優(yōu)秀，綜合造價節(jié)省，使用壽命長等優(yōu)勢，較多地應(yīng)用于路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且路面未出現(xiàn)嚴(yán)重病害的瀝青路面養(yǎng)護工程中，也可以直接作為面層攤鋪于新建公路中。CAPE 封層結(jié)構(gòu)中碎石封層膠結(jié)料主要起到防水作用，碎石則發(fā)揮抗磨耗、抵抗荷載及提升路面抗剪抗滑性能的功能；稀漿封層則主要起著滲透并填充、在碎石封層內(nèi)鎖定碎石料的作用[1]。CAPE 封層結(jié)構(gòu)具體見圖1。與其他路面施工及養(yǎng)護技術(shù)相比，CAPE 封層技術(shù)適用于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定或少量沉降路基，具有明顯的“白改黑”特征，路面平整度及行車舒適度好，施工期間揚塵少，節(jié)能環(huán)保；封層結(jié)構(gòu)使用壽命長，全過程機械化施工、節(jié)省人工、施工速度快、工期有保證、可快速開放交通；路面外觀效果好。

圖1 CAPE封層結(jié)構(gòu)

2 CAPE封層施工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程背景

某公路因運行過程中重載交通量大，部分路面先后出現(xiàn)微小網(wǎng)狀裂縫，局部平整度降低，瀝青路面材料疲勞老化，公路面層材料磨耗后抗滑性能持續(xù)降低，行車安全性與行車舒適度逐漸降低。為避免既有病害持續(xù)延伸擴大，相關(guān)部門決定對病害路段實施CAPE 封層養(yǎng)護施工。

在施工方案制定前選擇典型路段，通過3m直尺測定路面平整度，并通過偏轉(zhuǎn)輪拖車法使拖車與道路行駛方向偏離7.5～20°，再采用橫向力系數(shù)檢測技術(shù)進行路面抗滑性能檢測，通過式（1）確定出病害路面橫向力系數(shù)[2]：

式中：SFC為病害路面橫向力系數(shù)；Fs為輪胎上側(cè)向摩阻力值（N）；W為輪胎上豎直荷載值（N）。

根據(jù)測定及計算結(jié)果，病害路面平整度均值和抗滑性能實測值分別為8.5mm 和3.6，規(guī)范值為不大于7.0和不小于4.0，可見，原路面平整度與抗滑性能均存在一定程度的減退，但病害程度較輕，CAPE 封層養(yǎng)護施工技術(shù)完全適用。

2.2 CAPE封層設(shè)計

2.2.1 封層類型

CAPE 封層結(jié)構(gòu)中的碎石封層和稀漿封層作用機理各不相同，相關(guān)參數(shù)必須通過室內(nèi)實驗確定。碎石封層主要功能在于磨耗和抵抗荷載，并提升路面抗剪切性能；稀漿封層則通過滲透并有效填充下部結(jié)構(gòu)層。以上過程具體見圖2。

圖2 CAPE封層組合

CAPE 封層結(jié)構(gòu)上部稀漿封層包括粗型封層和中型封層等類型，我國公路工程碎石封層所用石料通常包括5～10mm和10～15mm兩種，石料粒徑越小，封層抗滑及抗裂性能越差。此外，值得注意的是，CAPE 封層并非碎石封層和稀漿封層結(jié)構(gòu)的簡單疊加，而是充分利用前者防水、抵抗荷載、抗磨耗及提升路面抗剪切滑移性能以及后者滲透填充、鎖定碎石等功能，提升施工后的瀝青路面路用性能。結(jié)合國內(nèi)外CAPE 封層應(yīng)用經(jīng)驗及作用機理，并充分考慮本公路工程實際情況及既有路面技術(shù)參數(shù)，進行該工程CAPE 封層組合類型的選擇，具體選擇依據(jù)見表1。

表1 CAPE封層組合類型選擇依據(jù)

2.2.2 原材料要求

病害瀝青路面路用性能受到原材料性能和技術(shù)參數(shù)的影響較大，在施工方案設(shè)計階段應(yīng)主要從膠結(jié)料、礦料、填料及添加劑等方面加強材料控制。

（1）膠結(jié)料

CAPE 封層施工中較為常用的膠結(jié)料是性能效果較好的普通道路石油瀝青，主要用于下部碎石封層；此外，還可以視工程病害程度、施工成本控制要求等選用改性瀝青、乳化瀝青、熱力清等膠結(jié)料，其中改性瀝青一般只用于碎石封層。在具體應(yīng)用時，改性瀝青現(xiàn)場加工過程中必須設(shè)置采樣口以便進行膠結(jié)料性能的實時檢測，并配備具備攪拌功能的存儲設(shè)備。為防止改性瀝青發(fā)生離析、凝聚等，還必須在改性瀝青膠結(jié)料投入使用前及使用過程中隨時檢測材料性能。

CAPE 封層結(jié)構(gòu)上部的稀漿封層，乳化瀝青或改性乳化瀝青使用量比下部結(jié)構(gòu)少，并結(jié)合工程實際進行瀝青拌和時間、成型時間及與礦料的黏附性等性能參數(shù)的確定。

（2）礦料

粗集料主要選用安山巖、石灰?guī)r等堿性石料，重交通路段最好選用玄武巖集料。為增強粗集料路用性能，可借鑒國外通過消石灰處理酸性石料的做法；還可使用抗剝落劑，達(dá)到調(diào)整乳化瀝青酸堿度，增強瀝青和集料結(jié)合性能的目的。

（3）填料

以干燥疏松且無結(jié)團的水泥、礦粉或消石灰等為填料，以起到改善礦料級配、提升混合料強度和穩(wěn)定性等作用。

（4）添加劑

有機類及無機鹽類添加劑具有調(diào)節(jié)混合料拌和時間及性能參數(shù)的作用，添加劑的使用不得對混合料產(chǎn)生不良效果，并應(yīng)根據(jù)施工實際準(zhǔn)確控制添加劑摻加量。

該公路病害路面CAPE 封層采用9.5～13.2mm 橡膠瀝青碎石封層+Ⅱ型改性稀漿封層結(jié)構(gòu)，其中橡膠瀝青碎石封層的瀝青灑布量控制在2.0kg/m2，玄武巖碎石料撒布量控制在16kg/m2，碎石撒布厚度最大為15mm；普通瀝青、SBS 改性瀝青及橡膠瀝青使用量分別控制在1.0～1.2kg/m2、1.0～1.2kg/m2及2.0～2.4kg/m2范 圍 內(nèi)。在半剛性基層上進行碎石封層施工時，還應(yīng)噴灑透層油；其余結(jié)構(gòu)碎石封層攤鋪施工時，瀝青用量應(yīng)在設(shè)計值基礎(chǔ)上增大10%～20%，可不噴灑透層油。

在確定出CAPE 封層結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，按照一般碎石封層和稀漿封層配合比設(shè)計要求進行CAPE 封層配合比設(shè)計，但為保證稀漿混合料充分填充以及抵抗上部荷載和抗磨耗碎石料數(shù)量充足，碎石封層時的碎石撒布量應(yīng)比普通碎石封層碎石撒布量減少10%。稀漿封層級配的控制應(yīng)以確保填充稀漿后碎石不露出封層為限[3]。

2.2.3 稀漿封層級配

在確定出CAPE 封層組合類型及原材料要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)進一步進行稀漿封層集料目標(biāo)級配的確定。在確定稀漿封層集料級配時，必須充分考慮混合料和易性，在封層施工中不得間斷，防止離析問題。為避免CAPE 封層大料飛散、表觀不均勻以及大粒徑石料卡住攤鋪機后槽沿，使得攤鋪機運行在封層表面留下劃痕，必須嚴(yán)格控制大粒徑石料用量。

2.3 CAPE封層施工工藝

2.3.1 下承層處理

在施工開始前必須全面檢查下承層質(zhì)量，若存在缺陷，必須及時處理。CAPE 封層施工工藝基本與普通碎石封層和稀漿封層相同，本公路工程瀝青路面下承層存在輕微的裂縫、坑槽、車轍、松散等病害，必須處理后再進行路面CAPE封層施工。

坑槽病害應(yīng)遵循圓坑方補的原則，開槽至穩(wěn)定層后將坑內(nèi)浮料全部清除，再將填補料分層填入坑槽內(nèi)，攤平壓實至設(shè)計要求。寬度不足1.0mm的裂縫應(yīng)直接進行碎石封層施工，而寬度超出1.0mm的裂縫應(yīng)灌縫修補后再施工碎石封層。原路面泛油較少的情況下，應(yīng)調(diào)整瀝青用量和碎石用量解決泛油問題，而原路面泛油嚴(yán)重時，應(yīng)通過恰當(dāng)方式切除油包或?qū)⒎河吐访嫒裤娕?，再采用冷補料或熱拌料填補。因車輛行駛推移而引發(fā)的深度超出1.0cm 的車轍應(yīng)切除面層或銑刨后修補，完成后攤鋪碎石封層；因基層強度不足、水穩(wěn)性不良導(dǎo)致的基層局部沉降而引發(fā)的車轍，應(yīng)先進行基層處置，待基層達(dá)到設(shè)計強度要求后進行碎石封層施工。松散路面必須將松散部位整體挖除后重鋪，以使重鋪路面和原路面良好結(jié)合。

2.3.2 碎石封層施工

橡膠瀝青黏度主要受到溫度的影響較大，故本工程橡膠瀝青儲罐及升溫罐溫度應(yīng)始終控制在160℃±5℃和185℃±5℃。橡膠瀝青碎石封層施工時，地表溫度和環(huán)境溫度應(yīng)分別不低于20℃和15℃。碾壓施工過程中下承層溫度若≥40℃，則碾壓時間應(yīng)控制在20min 以內(nèi)；下承層溫度若在18～40℃之間，則碾壓時間應(yīng)不超出10min。若地表溫度不足15℃，禁止碎石封層施工。碎石封層瀝青灑布溫度主要根據(jù)膠結(jié)料類型確定，普通瀝青、改性瀝青及橡膠瀝青的灑布溫度分別控制在140～150℃、160～170℃、195～205℃范圍內(nèi)。

異步碎石封層施工時，石料撒布必須緊跟瀝青噴灑后進行，并將兩個過程的距離間隔控制在5～10m，碎石料撒布前，瀝青表面溫度至少達(dá)到80℃，且碎石料溫度至少為60℃。

同步碎石封層施工時，高溫瀝青混合料和干燥的石料應(yīng)同時通過封層車噴灑在路面，以便使瀝青與碎石料快速結(jié)合。為使黏結(jié)性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，瀝青與石料結(jié)合溫度至少為120℃；考慮到流體表面張力會使熱瀝青沿石料表面爬升，并在石料表面形成半月面，瀝青對石料的裹覆面積將達(dá)到70%左右，能確保瀝青和碎石料有效結(jié)合。

碎石撒布量的覆蓋率應(yīng)控制在80%以上，局部未充分撒布的區(qū)域應(yīng)人工補撒，碎石料撒布后隨即通過輪胎壓路機碾壓，碾壓后及時掃除多余碎石料。待碎石封層施工結(jié)束開放交通初期，應(yīng)將車速控制在40km/h以內(nèi)。

2.3.3 稀漿封層施工

稀漿封層施工應(yīng)在高溫干燥季節(jié)進行，但稀漿封層必須在碎石封層施工結(jié)束且碎石料和膠結(jié)料穩(wěn)定結(jié)合，并將多余碎石料徹底清掃后進行，這一間隔時間至少為7d。稀漿封層攤鋪分兩次進行，第一層固化且碾壓密實后再進行第二層攤鋪，兩層攤鋪施工時間間隔同樣不短于7d。稀漿封層施工過程中必須加強混合料離析控制，結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗，因運輸及振搗而引發(fā)的集料離析大多發(fā)生于封層橫接縫位置，因此在封層施工過程中，應(yīng)加大后車攤鋪箱在前封層的重疊寬度，并整體鏟除集料嚴(yán)重離析的封層。

稀漿混合料拌和質(zhì)量主要與封層車拌和筒長寬、拌和軸轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、槳葉數(shù)量、攤鋪槽內(nèi)分料軸軸距、安裝角度等參數(shù)有關(guān)，為此，在稀漿封層施工前必須加強以上參數(shù)取值試驗與控制。稀漿封層施工質(zhì)量受封層車行進速度影響較大，在攤鋪過程中封層車應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計速度行駛，供料不得中斷，已攤鋪完成的混合料中水分及乳化瀝青含量必須符合設(shè)計要求。

稀漿封層施工結(jié)束后嚴(yán)格控制開放交通時間，且封層固化成型前禁止一切車輛通行。原則上，稀漿封層施工后1h 內(nèi)即可通車，但對于該公路施工路段交通量大、重載車輛多的情況，應(yīng)在稀漿封層攤鋪30min 后通過輪胎壓路機碾壓一遍，將封層結(jié)構(gòu)中水分?jǐn)D出，在結(jié)構(gòu)強度、密實度及抗剎車性能進一步提升后，可提前開放交通。

3 結(jié)語

本文分析結(jié)果表明，瀝青路面CAPE 封層施工具有十分顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。因為是在路面出現(xiàn)輕微病害的情況下進行封層養(yǎng)護施工，故無需將原瀝青路面挖除，而是在其上加鋪碎石封層和稀漿封層，施工快速、工期短，可使原瀝青路面路用性能有效提高。施工過程中應(yīng)先保證下承層施工質(zhì)量，還應(yīng)加強碎石封層和稀漿封層質(zhì)量控制以及兩個封層施工間隔、銜接部位施工工藝等的控制，以保證養(yǎng)護施工質(zhì)量。