單層瀝青路面結(jié)構(gòu)在國(guó)省干線改造中的應(yīng)用分析

王永立，白叢啟，鄭天罡

（云南省公路科學(xué)技術(shù)研究院，云南 昆明 650000）

0 引言

公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定瀝青面層可為單層，雙層或三層，一般高速公路瀝青面層都采用三層結(jié)構(gòu)，二級(jí)及以下一般采用雙層［1］。在“十二五”“十三五”期間國(guó)省干線公路改造中二級(jí)公路路面結(jié)構(gòu)都以雙層結(jié)構(gòu)為主，采用傳統(tǒng)施工方法施工。在國(guó)省干線改造施工中，要求既要保證社會(huì)車輛安全通行，也要保證施工質(zhì)量，所以在國(guó)省干線公路改造中采用傳統(tǒng)的雙層瀝青面層結(jié)構(gòu)，分層攤鋪逐層碾壓存在施工組織難度大，施工質(zhì)量難以控制，安全保通壓力大，同時(shí)開(kāi)放交通施工還造成層間污染，削弱了路面結(jié)構(gòu)的整體性等問(wèn)題。隨著國(guó)省干線公路重載，超載嚴(yán)重，交通量劇增，導(dǎo)致部分“十二五”“十三五”期間改造的國(guó)省干線過(guò)早出現(xiàn)早期病害，提前進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段。瀝青面層采用單層結(jié)構(gòu)，可一層鋪筑，一次碾壓，并可取消粘層結(jié)構(gòu)，不僅可以簡(jiǎn)化工藝，縮短工期，增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)整體性，減少施工變異性，提高瀝青路面的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，同時(shí)還能減輕安全保通壓力，減少安全隱患，可以解決國(guó)省干線公路改造中雙層瀝青路面結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題。

1 傳統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu)的弊端

在國(guó)省干線改造中，由于路基寬度較小，一般為7.5～12 m，施工過(guò)程中還要安全保通，確保社會(huì)車輛順利通行。在既要保證社會(huì)車輛安全通行，也要保證施工質(zhì)量的前提下，傳統(tǒng)雙層瀝青路面結(jié)構(gòu)的弊端逐漸凸顯。主要弊端如下。

1.1 施工組織及安全保通困難

在安全保通的要求下，施工只能半幅施工。且路面需要分層施工，逐層碾壓，同一段路需要組織 4 次施工。由于現(xiàn)場(chǎng)工作面小，多層次施工，給施工組織增加了難度，造成施工效率低下，延長(zhǎng)了工期，且增大了安全保通壓力，增加了施工成本。

1.2 層間污染嚴(yán)重

國(guó)省干線公路沿線村鎮(zhèn)、集市、礦產(chǎn)相對(duì)較多，路面污染現(xiàn)象嚴(yán)重。由于施工中需要保障社會(huì)車輛的安全通行，只能進(jìn)行分段、分幅施工，瀝青下面層施工結(jié)束后必須立即準(zhǔn)備開(kāi)放交通。開(kāi)放交通就容易造成層間污染，瀝青面層被污染后很難徹底清理干凈，施工前也無(wú)法做到分流交通，往往清掃干凈后立即又被污染。層間的污染嚴(yán)重影響了層間粘結(jié)質(zhì)量，削弱了路面結(jié)構(gòu)的整體性，埋下了質(zhì)量隱患。

1.3 壓實(shí)度難以保證

在瀝青混合料的碾壓過(guò)程中，碾壓溫度很重要。只有在瀝青混合料的溫度較高（基質(zhì)瀝青 145 ℃ 以上，改性瀝青 155 ℃ 以上）的情況下進(jìn)行碾壓，才可獲得較好的壓實(shí)度［2］。采用傳統(tǒng)雙層瀝青路面分層攤鋪時(shí)，由于壓實(shí)厚度相對(duì)較?。ň∮?6 cm），攤鋪完后瀝青混合料的溫度散失較快；且因路面較窄，導(dǎo)致施工作業(yè)面小，壓路機(jī)配置上無(wú)法做到全面到位，碾壓工作容易滯后，造成瀝青混合料壓實(shí)困難，出現(xiàn)路面殘余空隙率大、路面滲水的情況。

1.4 平整度差

路面平整度是路面性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。持久良好的路面平整度可以保證車輛高速行車舒適性，減少輪胎動(dòng)荷載對(duì)路面的破壞以及對(duì)車輛的沖擊［3］。而路面平整度是從底基層開(kāi)始各路面結(jié)構(gòu)層平整度的累積反映，所以在整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層中，下一層路面的平整度直接影響著上一層平整度的好壞。由于國(guó)省干線公路改造施工過(guò)程中要保證社會(huì)車輛的通行，基層施工完后就必須要開(kāi)放交通，造成基層頂面平整度總體較差。由于下面層 6 cm 的厚度太薄，在調(diào)整平整度的過(guò)程中，僅能起到輕微提高基層表面平整度的作用，上面層 4 cm 的厚度幾乎無(wú)法對(duì)平整度再進(jìn)行提高，因此基層的不平整很容易直接反映到瀝青面層上。

通常為了保證瀝青路面的平整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，順利通過(guò)驗(yàn)收，都會(huì)采用增加下面層的鋪筑厚度來(lái)進(jìn)行平整度的調(diào)整，一般最厚的地方會(huì)增加至 10 cm，造成了較大的浪費(fèi)。

2 單層路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

2.1 路面整體性好

采用單層結(jié)構(gòu)可取消粘層，節(jié)約成本。采用單層結(jié)構(gòu)一層施工，可避免出現(xiàn)層間離析，層間污染等情況，使傳統(tǒng)的兩層路面完美統(tǒng)一，提高了路面的整體性，確保瀝青路面的使用壽命。

2.2 施工質(zhì)量

單層瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度一般為 10 cm，相對(duì)較厚，在施工過(guò)程中混合料的體積大，溫度散失慢，高溫下碾壓效果好，壓實(shí)度可以得到保證，同時(shí)鋪筑厚度剛好達(dá)到攤鋪機(jī)最佳鋪筑厚度范圍，鋪筑的平整度，均勻性也達(dá)到機(jī)械的最佳水平狀態(tài)。

隨著路面攤鋪厚度的增加，基層平整調(diào)整的余地增加，瀝青路面表面平整度也容易達(dá)到規(guī)范要求。

2.3 施工周期快

改造工程施工和養(yǎng)護(hù)工程施工一樣，都是在開(kāi)放交通的情況下組織施工，而且工期都比較緊張。單層瀝青路面因取消了粘層，取消了層間清掃、層間污染處理等工作，同時(shí)施工工序減少了一半，所以工期節(jié)約了一半以上，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.4 施工成本低

采用單層瀝青面層結(jié)構(gòu)成本優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面。

1）需要的集料規(guī)格簡(jiǎn)單，容易備料，儲(chǔ)料，可以減少料倉(cāng)、料棚數(shù)量，節(jié)約成本。

2）試驗(yàn)檢測(cè)工作簡(jiǎn)化，試驗(yàn)檢測(cè)費(fèi)用減少，質(zhì)量控制難度降低。

3）施工臺(tái)班，人員工資，工期均減半，保通工作和保通費(fèi)用減半。

4）取消了粘層瀝青節(jié)約了施工成本。

2.5 保通壓力小

由于國(guó)省干線公路交通組成復(fù)雜，平交路口多，交通干擾因素較多，導(dǎo)致施工安全隱患較大。所以施工保通中需要投入的人力和物力較多，安全壓力較大。單層路面施工可以將安全保通工作減少一半，緩解了保通壓力，減輕了施工對(duì)社會(huì)交通的影響。

3 單層瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)分析

3.1 單層瀝青面層厚度的設(shè)計(jì)

瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)要求：密集級(jí)配瀝青混合料（AC）和瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的結(jié)構(gòu)厚度不宜小于瀝青混合料公稱最大粒徑的 2.5～3 倍。國(guó)省干線公路改造中，一般瀝青表面層采用 3～4 cm，下面層采用 5～7 cm，總厚度為 8～11 cm。

隨著瀝青混合料公稱最大粒徑的減小，瀝青用量增加，瀝青混合料的回彈模量逐漸增大。路面結(jié)構(gòu)厚度驗(yàn)算時(shí)，同等條件下單層結(jié)構(gòu)瀝青面層結(jié)構(gòu)厚度與雙層瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度相比可以減薄 1～2 cm。所以采用單層結(jié)構(gòu)式設(shè)計(jì)厚度為 7～10 cm，具體厚度應(yīng)根據(jù)交通量情況和路面功能需求等對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算后進(jìn)行確定。

3.2 單層瀝青面層混合料類型的設(shè)計(jì)

瀝青路面設(shè)計(jì)要求表面層應(yīng)具有平整密實(shí)、抗滑耐磨、抗裂耐久的性能；中下面層應(yīng)具有抗高溫抗穩(wěn)定性，抗剪切疲勞性，密實(shí)、低透水的性能。所以國(guó)省干線公路改造中，一般瀝青路面表面層選用密實(shí)型瀝青混凝土（AC-13 或 AC-16）和瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13 或 SMA-16）；下面層選用密實(shí)型瀝青混凝土（AC-20 或 AC-25）。同時(shí)設(shè)計(jì)還要求表面層瀝青混合料最大公稱粒徑不宜大于 16.0 mm，即最大粒徑不宜大于 19 mm，所以瀝青面層單層結(jié)構(gòu)宜采用密實(shí)型瀝青混凝土（AC-13、AC-16 和 AC-20）和瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13、SMA-16 和 SMA-20）。

從工程經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)外科研研究成果顯示，混合料類型及規(guī)格對(duì)混合料性能影響情況如下。

1）瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的抗滑性、耐磨性、高溫穩(wěn)定性、抗疲勞性等功能性和路用性能都要優(yōu)于連續(xù)級(jí)配瀝青混凝土（AC）。

2）細(xì)粒式瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性要優(yōu)于粗粒式的瀝青混合料，如 AC-16 的車轍動(dòng)穩(wěn)定度要大于 AC-20 的車轍動(dòng)穩(wěn)定度。

3）細(xì)粒式混合料的瀝青膠結(jié)料比粗粒式瀝青混合料多，所以細(xì)粒式混合料的抗疲勞性能要優(yōu)于粗粒式瀝青混合料。

4）細(xì)粒式混合料的均勻性相對(duì)較好，施工密實(shí)性較好，所以抗水損壞性能好、低溫抗裂性能也好。

5）粗粒式瀝青混合料的抗滑性能要優(yōu)于細(xì)粒式樣瀝青混合料。

3.3 單層瀝青面層厚度及混合料類型選擇

綜合考慮瀝青面層的功能需求、結(jié)構(gòu)厚度、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)，單層結(jié)構(gòu)厚度瀝青面層最大公稱粒徑不小宜13.2 mm，也不宜大于 16 mm；瀝青混合料的類型可根據(jù)工程需求結(jié)合各類混合料的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。單層路面與雙層路面結(jié)構(gòu)厚度及材料的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 1 所示。

表1 雙層結(jié)構(gòu)和單層結(jié)構(gòu)混合料對(duì)應(yīng)關(guān)系表

4 單層瀝青路面施工技術(shù)分析

4.1 單層瀝青路面攤鋪

目前市場(chǎng)上，常用瀝青混合料攤鋪機(jī)的可攤鋪厚度都在 300 mm 以上，攤鋪厚度低于 100 mm 時(shí)因厚度沒(méi)有達(dá)到攤鋪機(jī)最佳鋪筑厚度范圍（1/3～2/3），攤鋪機(jī)不能發(fā)揮最佳水平，所以在攤鋪時(shí)厚度和平整度的偏差相對(duì)較大，而單層瀝青路面厚度（10 cm）剛好滿足攤鋪機(jī)的最佳鋪筑厚度。

目前，國(guó)外進(jìn)口的攤鋪設(shè)備如沃爾沃、戴那派克、福格勒等攤鋪設(shè)備攤鋪的最小寬度都小于 3.75 m，攤鋪速度為 0～5 km/h，料斗容量為 7.1～15 t，最大攤鋪厚度為 350 mm。很多國(guó)產(chǎn)攤鋪設(shè)備攤鋪寬度最小3 m，攤鋪速度為 0～3.6 km/h，料斗容量為 11～14 t，最大攤鋪厚度為 300 mm，如徐工、三一重工、陜西中大、中聯(lián)重科等攤鋪機(jī)也可滿足國(guó)省干線瀝青路面半幅單層（3.75～6 m）施工的需求。目前常用的攤鋪機(jī)一覽表如表 2 所示。

表2 常用攤鋪機(jī)一覽表

4.2 單層瀝青路面壓實(shí)

目前，市場(chǎng)上的雙鋼輪壓路機(jī)，不管是進(jìn)口的還是國(guó)產(chǎn)的自重均達(dá)到 13 t 及以上，加水后最重可以接近 15 t，激振力達(dá) 120 kN 以上，完全能夠壓實(shí) 10 cm 的瀝青混凝土，所以單層瀝青路面在溫度保證的情況下很容易獲得足夠的壓實(shí)度。市場(chǎng)上常見(jiàn)的雙鋼輪壓路機(jī)如表 3 所示。

表3 常用雙鋼輪壓路機(jī)一覽表（13 t 以上）

在國(guó)省干線公路改造工程中，因?yàn)槁访鎸挾容^窄，瀝青路面的施工工作面受限，壓路機(jī)的配置多為 1 臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)和 1 臺(tái)輪胎壓路機(jī)。雙鋼輪壓路機(jī)負(fù)責(zé)振動(dòng)壓密，輪胎壓路機(jī)負(fù)責(zé)搓揉，使瀝青混合料中的骨料緊密排列，達(dá)到密實(shí)的效果。

目前市場(chǎng)常用輪胎壓路機(jī)，不管是進(jìn)口的還是國(guó)產(chǎn)的均有自重 26 t 以上的壓路機(jī)。在采用 10 cm 單層路面結(jié)構(gòu)后，輪胎壓路機(jī)的搓揉效果會(huì)更加理想，路面的壓實(shí)度和密實(shí)性會(huì)得到改善。

5 單層瀝青路面施工經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

5.1 施工組織

1）施工工期。瀝青路面的施工對(duì)自然天氣、氣候要求較高，雨天不能施工，低溫環(huán)境不能施工，所以全年適合瀝青路面施工的時(shí)間很有限。而路基的施工不可預(yù)見(jiàn)的影響因素也很多，一般路基工程都不能按工期完成，導(dǎo)致路面工期被嚴(yán)重壓縮，路面施工都存在趕工期的情況，施工質(zhì)量難以保證。與雙層瀝青路面施工相比單層瀝青路面施工的工期可以縮短一半，即使在工期很緊張的情況下瀝青路面也可以按質(zhì)按量地完成。

2）機(jī)械臺(tái)班。瀝青路面施工是一個(gè)機(jī)械化程度較高的工作，現(xiàn)場(chǎng)用到的施工機(jī)械品種較多，且價(jià)格較高，導(dǎo)致瀝青路面施工的機(jī)械臺(tái)班費(fèi)很高?，F(xiàn)場(chǎng)主要使用到的施工機(jī)械為：攤鋪機(jī)、雙鋼輪壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)、瀝青灑布車等機(jī)械。一套路面施工機(jī)械每月臺(tái)班費(fèi)約為 25～30 萬(wàn)元。單層瀝青面層施工，減少了一層瀝青面層的施工工序，工期縮短了一半，施工機(jī)械臺(tái)班減少了一半。

3）人工。隨著工序的簡(jiǎn)化，輔助工人工作也減少了一半，從而人工費(fèi)用也減少了一半。人工減少后，施工現(xiàn)場(chǎng)工人安全隱患也降低了。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)保通人員的工作也減少了一半，從而保通人員的費(fèi)用也減少了一半。

5.2 施工材料

1）采用單層瀝青路面結(jié)構(gòu)，可以取消粘層。設(shè)計(jì)要求層間粘層瀝青可以采用乳化瀝青或熱瀝青，灑布量一般為 0.3～0.6 kg/m2。在國(guó)省干線改造工程中還要考慮污染的影響，所以實(shí)際灑布量應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)污染情況而定，一般用量都在 0.6～0.8 kg/m2。在粘層瀝青灑布前，還需要對(duì)路面進(jìn)行全面清掃，部分污染嚴(yán)重路段還要考慮采用高壓水槍沖洗。根據(jù)市場(chǎng)瀝青價(jià)格和人工費(fèi)用計(jì)算，取消粘層瀝青后，成本可節(jié)約 5 元/m2。

2）采用混合料類型為 AC-16 瀝青混合料單層路面與傳統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu) AC-13+AC-20 相比，瀝青用量一致，材料性能基本一致，不增加成本；與傳統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu) AC16+AC25 相比，瀝青用量增加 0.4 %，瀝青混合料性能得到提高，瀝青成本增加 0.39 元/m2。

3）從以上兩方面看，單層瀝青路面結(jié)構(gòu)材料成本增加費(fèi)用為 -5～-4.61 元/m2，由此說(shuō)明在采用單層結(jié)構(gòu)后，不僅材料成本可節(jié)約 4.61～5 元/m2，同時(shí)瀝青路面的路用性能還可以保證。

5.3 長(zhǎng)期效益

在“十二五”“十三五”期間進(jìn)行的大部分國(guó)道改造，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料設(shè)計(jì)時(shí)大都為限額設(shè)計(jì)，所以沒(méi)有充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)交通環(huán)境的要求進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，加之施工環(huán)節(jié)上受沿線交通環(huán)境影響較大，使雙層瀝青路面施工的弊端突出，致使路面施工質(zhì)量總體水平不高，導(dǎo)致部分路段在通車 2 年后就逐漸發(fā)生早期損害，不僅造成了經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)社會(huì)造成了不良的影響。從單層瀝青路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工優(yōu)勢(shì)看，其能夠確保路面的設(shè)計(jì)使用壽命，避免過(guò)早投入養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)；確保路面的服務(wù)功能，提高了駕駛舒適度，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看有著很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）采用單層瀝青路面結(jié)構(gòu)，一次攤鋪，一次成型，不存在層間粘結(jié)問(wèn)題，提高了瀝青路面的整體性，避免路面出現(xiàn)層間分離，削弱了路面抗剪切能力，導(dǎo)致過(guò)早出現(xiàn)剪切疲勞破壞，從而延長(zhǎng)了路面的使用壽命。

2）提高了壓實(shí)度，減少了路面殘余空隙，避免出現(xiàn)壓密車轍病害；避免路面出現(xiàn)透水，對(duì)路面及路基造成危害，保證了路面的耐久性。

3）提高了平整度，確保了路面的服務(wù)功能，提供了較好的行車環(huán)境，提高了行車舒適性，降低了安全隱患。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析單層瀝青路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和施工優(yōu)勢(shì)可知，在路面大修、養(yǎng)護(hù)和改造工程中采用單層瀝青路面結(jié)構(gòu)，既可以保證施工質(zhì)量，同時(shí)還有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，研究適宜于公路路面養(yǎng)護(hù)的技術(shù)有著重要的意義。Q