高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層路用性能研究

姜天龍

（石家莊市交建高速公路建設(shè)管理有限公司西阜分公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

20世紀(jì)70年代，水泥路面因其強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、施工方便、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛推廣[1]，但水泥路面設(shè)有接縫，嚴(yán)重影響行車舒適性，隨著時(shí)間的推移，大多數(shù)水泥路面出現(xiàn)裂縫、網(wǎng)裂等路面破損。故本研究以高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層為研究對(duì)象，首先調(diào)查分析舊水泥混凝土路面破損狀況，并采用攤鋪式應(yīng)力吸收層進(jìn)行施工，希望能為同類施工提供參考。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

某公路工程全線長(zhǎng)136km，起點(diǎn)樁號(hào)為K500+000，終點(diǎn)樁號(hào)為K536+000，該二級(jí)公路于1990年正式通車，該公路路面結(jié)構(gòu)為26cm水泥混凝土面層+16cm水泥穩(wěn)定碎石+20cm水泥穩(wěn)定砂礫。水泥路面板行車道尺寸為5m×5m，水泥路面板超車道尺寸為5m×4m。硬路肩尺寸為2m×2m，水泥板接縫處并未設(shè)置傳力桿。

根據(jù)對(duì)此地段道路水文地質(zhì)探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)日交通量雖小，但存在較多大型貨車通行，其中不乏超載的貨車，對(duì)原路面造成較大的破壞。該公路投入使用三十年，試驗(yàn)路段位于山區(qū)地段，部分路段地基承載力不足，造成局部不均勻沉降，且水泥板在長(zhǎng)期荷載作用下出現(xiàn)裂縫、破碎、錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象，不僅影響行車安全和行車舒適性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致發(fā)生交通事故。因此為確定試驗(yàn)路段高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層組合設(shè)計(jì)，對(duì)依托工程路段進(jìn)行路面破損檢測(cè)及評(píng)定工作[2]。

1.2 原路面破損檢測(cè)

該公路投入使用30年，在長(zhǎng)期反復(fù)交通荷載和外界環(huán)境作用下，原路面出現(xiàn)不同程度的開裂、車轍、松散，使用道路檢測(cè)車對(duì)原路面破損和病害進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，道路破損主要集中在行車道的輪跡帶和水泥板接縫處，其中本次調(diào)研路段為原公路K550+000—K555+000，調(diào)查表明路面存在大量裂縫破損，龜裂多達(dá)5處，龜裂破損總面積634.87m2，2處松散，破損總面積91.5m2，松散現(xiàn)象將嚴(yán)重影響路面服務(wù)水平，若不及時(shí)治理將迅速發(fā)展為更嚴(yán)重的病害。調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 原公路路面破損檢測(cè)結(jié)果

2 應(yīng)力吸收層混合料性能檢測(cè)

2.1 原材料性能指標(biāo)檢測(cè)

本文高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層所用瀝青為基質(zhì)瀝青，所用集料為玄武巖。

（1）基質(zhì)瀝青

本次試驗(yàn)路段所用瀝青選擇東海牌基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 瀝青技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表2 （續(xù)）

（2）集料

本次試驗(yàn)路段所用粗骨料和細(xì)集料采用玄武巖，其檢測(cè)性能如表3所示。

表3 粗、細(xì)集料技術(shù)性能檢測(cè)結(jié)果

2.2 水穩(wěn)性能評(píng)價(jià)

為研究高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層混合料水穩(wěn)定性能是否滿足施工要求，本文對(duì)吸收層混合料進(jìn)行凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，瀝青混合料油石比為9.0%、空隙率為1.8%、礦料間隙率為12.4%、瀝青飽和度為84.6%，試件成型后將試件放在25℃恒溫恒壓條件下浸泡3h后檢測(cè)試件劈裂強(qiáng)度，然后再放到恒溫恒壓-20℃冰箱中放置20h后檢測(cè)劈裂強(qiáng)度。制作4組試件進(jìn)行試驗(yàn)，并按照式（1）計(jì)算吸收層的凍融劈裂強(qiáng)度比。4組試件凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

式（1）中：TSR為凍融劈裂強(qiáng)度比（%）；RT1為未凍融循環(huán)時(shí)試件的劈裂強(qiáng)度（MPa）；RT2為凍融循環(huán)時(shí)試件的劈裂強(qiáng)度（MPa）。

表4 4組試件凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

由表4可知，4組試件凍融劈裂強(qiáng)度比分別為91.6%,94.5%,91.2%,93.4%，應(yīng)力吸收層凍融劈裂強(qiáng)度比平均值為92.7%，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）要求凍融劈裂強(qiáng)度比不得低于70%，高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層混合料凍融劈裂強(qiáng)度比滿足規(guī)范要求，且擁有良好的水穩(wěn)定性能。

2.3 高溫性能評(píng)價(jià)

為研究高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層混合料高溫穩(wěn)定性能是否滿足施工要求，本文對(duì)吸收層混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，混合料試件油石比為8.5%、空隙率為2.5%、毛體積密度為2.356g/cm3，試件用輪碾機(jī)碾壓成型，成型后在室內(nèi)冷卻24h，再將試件放到50℃恒溫恒壓條件下的車轍試驗(yàn)機(jī)內(nèi)，輪胎壓力為0.8MPa反復(fù)碾壓，制作4組試件進(jìn)行試驗(yàn)，并按照式（2）計(jì)算吸收層的動(dòng)穩(wěn)定度。4組試件動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

式（2）中：DS為動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）；d1,d2分別為t1,t2時(shí)刻對(duì)應(yīng)的變形量（mm）；C1,C2為修正系數(shù)，本試驗(yàn)C1,C2取1.0；N為輪碾速度，本試驗(yàn)輪碾速度取45次/min。

表5 4組試件動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

由表5可知，4組試件動(dòng)穩(wěn)定度為5 410次/mm、4 951次/mm、4 960次/mm、5 000次/mm，應(yīng)力吸收層動(dòng)穩(wěn)定度平均值為5 012次/mm，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）要求動(dòng)穩(wěn)定度必須大于3 000次/mm，高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層混合料動(dòng)穩(wěn)定度滿足施工要求，擁有良好的高溫穩(wěn)定性能。

3 工程實(shí)踐

3.1 施工工藝

3.1.1 施工機(jī)械

路面處置設(shè)備主要為：注漿設(shè)備和沖擊破碎設(shè)備，瀝青混凝土拌和樓1套、卸料車3臺(tái)、攤鋪機(jī)1臺(tái)、雙鋼輪壓路機(jī)4臺(tái)，灑布車1臺(tái)、路面清掃車1臺(tái)。

3.1.2 吸收層混合料生產(chǎn)與運(yùn)輸

吸收層混合料按照生產(chǎn)配合比進(jìn)行調(diào)整，確定集料級(jí)配，瀝青的加熱溫度及拌和時(shí)間，混合料生產(chǎn)與運(yùn)輸過程中應(yīng)嚴(yán)格控制溫度，混合料拌和溫度控制在170~180℃，混合料運(yùn)輸溫度控制在160~170℃，混合料碾壓溫度控制在155~165℃[3]。

3.1.3 混合料攤鋪

（1）吸收層混合料攤鋪機(jī)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前，必須有6輛以上的運(yùn)輸車在現(xiàn)場(chǎng)等待，禁止攤鋪機(jī)等候運(yùn)料車的情況。

（2）《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求瀝青混合料攤鋪速度為1~3m/min，因此本次試驗(yàn)路段攤鋪速度控在2.0 m/min左右，攤鋪機(jī)速度均勻且平穩(wěn)，不得突然加速或減速，保證路面質(zhì)量滿足施工要求[4]。

（3）高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層厚度控制在20mm±5mm，應(yīng)力吸收層縱向施工縫距離水泥板縱向裂縫至少150mm。

3.1.4 碾壓

壓實(shí)作業(yè)采用雙鋼輪壓路機(jī)靜態(tài)碾壓方式，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力吸收層壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到95%以上。

3.2 路用性能評(píng)價(jià)

對(duì)本試驗(yàn)路段的路面道路行駛狀態(tài)RQI、車轍深度RDI、抗滑性能SRI進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法如表6所示，各檢測(cè)項(xiàng)目均按照《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2007）的要求，以1km為評(píng)價(jià)單元，分上行和下行分別對(duì)路況進(jìn)行調(diào)查。并對(duì)實(shí)施高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層后3年間路面性能進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

表6 路況主要調(diào)查內(nèi)容與方法

表7 項(xiàng)目工程某段道路檢測(cè)結(jié)果

從表7可知高性能攤鋪式應(yīng)力吸收層實(shí)施后路面的各項(xiàng)性能指標(biāo)均有一定改善，在通車3年后各指標(biāo)仍優(yōu)于未攤鋪應(yīng)力吸收層的路面，證明攤鋪式應(yīng)力吸收層可以提高道路使用性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依托工程實(shí)例，結(jié)合施工工藝采用攤鋪式應(yīng)力吸收層進(jìn)行施工，竣工后對(duì)路面道路行駛狀態(tài)RQI、車轍深度RDI、抗滑性能SRI進(jìn)行3年追蹤檢測(cè)，結(jié)果表明攤鋪式應(yīng)力吸收層可以提高路面水穩(wěn)定性能和高溫穩(wěn)定性能，道路使用3年后各指標(biāo)仍優(yōu)于未攤鋪應(yīng)力吸收層的路面。