季凍區(qū)瀝青混凝土路面施工技術(shù)要點(diǎn)研究

傅川

（中鐵十二局集團(tuán)國際工程有限公司，天津 300000）

1 引言

季凍區(qū)具有降水集中、雨熱同季、冰凍期長、晝夜溫差大等特點(diǎn)。從工程建設(shè)的角度出發(fā)，此類地區(qū)屬于惡劣氣候環(huán)境，在凍結(jié)和融化兩種狀態(tài)交替過程中，地質(zhì)條件會(huì)發(fā)生明顯變化，尤其是在車輛荷載反復(fù)作用下，會(huì)導(dǎo)致瀝青路面過早出現(xiàn)破壞。為了降低路面病害的危險(xiǎn)性，必須明確病害特點(diǎn)及成因，并采取針對(duì)性的技術(shù)措施。

2 季凍區(qū)瀝青混凝土路面病害特點(diǎn)分析

2.1 功能性病害

季凍區(qū)瀝青混凝土路面病害的種類有很多，整體上分為功能性病害和結(jié)構(gòu)性病害。功能性病害會(huì)影響道路的使用功能，降低瀝青路面抗滑能力和平整度，破壞部位集中在瀝青面層。功能性病害中車轍病害占比最高，結(jié)構(gòu)性車轍和失穩(wěn)性車轍是常見的兩種類型，磨耗性車轍也占有一定的比重，壓密性車轍主要出現(xiàn)在縱坡路段。

對(duì)于季凍區(qū)瀝青混凝土路面產(chǎn)生車轍病害的原因，要從路線設(shè)計(jì)、基層性能、路面材料、交通壓力等方面綜合分析。高溫季節(jié)瀝青混凝土強(qiáng)度降低，在荷載作用下容易產(chǎn)生側(cè)向位移；在冬季車輛使用防滑鋼釘，會(huì)形成槽轍。瀝青混凝土路面抗滑性能損失主要是面層泛油和磨光導(dǎo)致的。如混合料出現(xiàn)瀝青含量過高、出現(xiàn)離析等現(xiàn)象，都會(huì)使自由瀝青從表面溢出，產(chǎn)生泛油現(xiàn)象。在車輛輪胎長期的摩擦作用下，路面會(huì)被逐漸磨光，尤其是防滑鏈的使用，會(huì)加重路面磨光。除了車轍病害和抗滑能力降低，季凍區(qū)瀝青混凝土路面還存在著松散剝落等其他影響行車體驗(yàn)的功能性病害，需要從設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面加強(qiáng)控制研究。

2.2 結(jié)構(gòu)性病害

結(jié)構(gòu)性危害通常會(huì)貫穿道路橫斷面，裂縫是典型的結(jié)構(gòu)性病害，也是除車轍之外的第二大瀝青混凝土路面病害。在季凍區(qū)，由于溫度的變化幅度大，裂縫病害會(huì)逐年加重，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)裂情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，溫縮裂縫和反射裂縫是主要表現(xiàn)形式，疲勞裂縫占比相對(duì)較小。低溫收縮裂縫是季凍區(qū)瀝青混凝土路面特有的病害形式，會(huì)降低結(jié)構(gòu)層承載力，在車輛長期荷載作用下，路面會(huì)從橫向裂縫或縱向裂縫發(fā)展成網(wǎng)裂。反射裂縫最初發(fā)生在半剛性基層底部，然后向上發(fā)展到路面，導(dǎo)致面層開裂。對(duì)于季凍區(qū)半剛性基層瀝青混凝土路面，采用密實(shí)型瀝青混合料能夠有效緩解反射裂縫。當(dāng)瀝青層的層底拉應(yīng)變超過極限拉伸應(yīng)變時(shí)，裂縫會(huì)從底部開始向上擴(kuò)展，使路面產(chǎn)生疲勞裂縫。除了路面結(jié)構(gòu)問題，路基變形也會(huì)引起路面產(chǎn)生開裂病害，隨著反復(fù)的凍融，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)跟著膨脹與收縮，不斷加深破壞程度[1]。

3 季凍區(qū)瀝青混凝土路面施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 保證材料性能

孔隙率是影響瀝青混凝土性能的主要因素之一，也是配合比設(shè)計(jì)的核心控制參數(shù)。季凍區(qū)瀝青混凝土路面病害主要是由凍脹引起的，通過降低孔隙率能有效控制滲水系數(shù)，提高路面的耐久性。同時(shí)，孔隙率與瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性也密切相關(guān)，需要合理控制下限。澆筑式瀝青混凝土具有極低的孔隙率與滲水系數(shù)，能夠提高路面的耐久性和低溫變形能力。但由于其高溫穩(wěn)定性較差，應(yīng)用受到局限，需要經(jīng)過適度改良，保持澆筑式瀝青混凝土優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)提高高溫穩(wěn)定性。在哈薩克斯坦TKU 項(xiàng)目公路改造過程中，制備了專用的富油瀝青混合料，隨著油石比的增加，混合料孔隙率下降顯著，各項(xiàng)性能指標(biāo)也得到大幅度上升，獲得了良好的應(yīng)用效果。

路面結(jié)構(gòu)由面層、基層和墊層3 部分組成。面層直接承受車輛荷載；基層起到主要的承重作用，對(duì)強(qiáng)度、抗凍性、水穩(wěn)定性、擴(kuò)散荷載能力要求較高。根據(jù)道路等級(jí)的不同，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所不同，面層可以分為單層、雙層、3 層3 種形式，不同層位選擇不同類型的混合料。比如，在季凍區(qū)長大縱坡路段，面層應(yīng)選用骨架密實(shí)型瀝青混凝土，保證面層的抗滑性能；中面層應(yīng)選擇中粒式密級(jí)配混凝土，以具有較好的抗疲勞性和抗剪能力；下面層則應(yīng)采用密集配瀝青混凝土，防止產(chǎn)生凍脹破壞。路面基層負(fù)有主要的承重作用，應(yīng)具備良好的抗凍性、較強(qiáng)的抗沖刷能力以及較小的收縮性，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求選擇基層材料，為面層提供可靠支撐。

3.2 設(shè)置特殊層位

為了提高季凍區(qū)瀝青混凝土路面的耐久性，除選用合適材料和優(yōu)化配比外，還可以通過設(shè)置特殊功能層達(dá)到輔助增強(qiáng)的作用。半剛性基層開裂是路面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫的主要原因，由于半剛性粒料層具有明顯的溫縮性，并且干縮系數(shù)較大，在干縮性和溫縮性的共同作用下出現(xiàn)反射裂縫破壞。在半剛性基層與瀝青面層之間設(shè)置應(yīng)力吸收層、土工格柵、玻璃格柵，都能有效緩解反射裂縫。應(yīng)力吸收層改善了基層和面層的連接狀態(tài)，提高了界面抗剪強(qiáng)度以及推移變形能力。在季凍區(qū)潮濕路段路基與底基層之間設(shè)置抗凍墊層，能夠減少路基變形，提升基層和面層的抗凍脹能力、強(qiáng)度、穩(wěn)定性。疲勞極限是影響瀝青混凝土路面耐久性的重要因素，采用抗疲勞層作為結(jié)構(gòu)基層，能夠達(dá)到延長路面使用壽命的目的。根據(jù)相關(guān)研究，密集配瀝青混合料的疲勞壽命更長。另外，為了防止季凍區(qū)瀝青混凝土路面發(fā)生大面積剪切滑移，必須采取有效的結(jié)構(gòu)層層間處治措施，加強(qiáng)基層面層之間的黏結(jié)度和完整性，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷，通過設(shè)置透層、下封層、黏結(jié)層，能夠有效強(qiáng)化層間連接[2]。

3.3 原料質(zhì)量控制

瀝青混凝土主要由瀝青、細(xì)集料、粗集料、礦粉等原材料組成，有的還會(huì)加入木纖維素和聚合物。采用科學(xué)測定方法，可以對(duì)瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐久性、抗滑性、施工和易性等主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析。瀝青混凝土的耐久性與材料性質(zhì)及配合比密切相關(guān)，應(yīng)具備較小的孔隙率和較高的密實(shí)度，可以通過真空保水馬歇爾試驗(yàn)或浸水馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行檢測?？够阅軇t與基料的表面結(jié)構(gòu)、級(jí)配、瀝青用量等因素有關(guān)，可以通過適當(dāng)增大集料粒徑、控制瀝青含蠟量、減少瀝青用量等措施，提高路面抗滑性。在季凍區(qū)，要嚴(yán)格控制瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用合適的改性石油瀝青，同時(shí)加強(qiáng)施工過程瀝青性能指標(biāo)檢驗(yàn)，通過多層次、高頻率、全指標(biāo)測試，保證其能夠符合工程施工要求。為了控制混凝土的級(jí)配，應(yīng)選擇干燥、潔凈、有棱角、紋理深的粗集料，并且不含雜質(zhì)和風(fēng)化顆粒，具有足夠的耐磨耗性和強(qiáng)度；細(xì)集料則要匹配良好，能夠與瀝青產(chǎn)生良好的黏附效果。瀝青混凝土采用的木質(zhì)素纖維要避免結(jié)團(tuán)、受潮，應(yīng)存儲(chǔ)在合適的環(huán)境中，保證拌和均勻、分散，能夠在干拌溫度下不發(fā)脆、不變質(zhì)，同時(shí)要控制添加量誤差。

3.4 拌制過程控制

加強(qiáng)瀝青混凝土生產(chǎn)過程質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制冷料倉的進(jìn)料比例與速度，保證集料流量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。盡量做到供料均衡，避免篩分過程中出現(xiàn)混倉和集料離析。嚴(yán)格控制集料和瀝青的加熱溫度，除滿足一般技術(shù)要求外，還應(yīng)該根據(jù)施工條件、運(yùn)輸距離、天氣情況等因素調(diào)整瀝青混凝土的出廠溫度。通常情況下，早間第一鍋料溫度應(yīng)該比正常溫度高10 ℃，用于補(bǔ)償機(jī)械設(shè)備、環(huán)境對(duì)熱量的吸收；中午施工時(shí)，混合料的出廠溫度應(yīng)比正常溫度低5～10 ℃。嚴(yán)格控制混凝土攪拌時(shí)間，應(yīng)該以拌和均勻?yàn)橹饕罁?jù)，結(jié)合色澤、亮度等進(jìn)行判斷，保證集料全部裹覆瀝青。不同類型瀝青混凝土攪拌的溫度、時(shí)間要求不同。澆筑式瀝青混合料拌和溫度較高，攪拌時(shí)間較長，一般控制在干拌15 s、濕拌70 s 左右，還需要根據(jù)其他條件結(jié)合現(xiàn)場試拌后確定[3]。

3.5 運(yùn)輸過程控制

做好瀝青混凝土運(yùn)輸過程質(zhì)量控制，科學(xué)設(shè)計(jì)運(yùn)輸路線，嚴(yán)格控制行車速度，避免過于顛簸，使混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象。為了防止運(yùn)輸時(shí)溫度下降太快，應(yīng)采用具有良好密封性的運(yùn)輸車輛，并配備相應(yīng)的保護(hù)設(shè)施，用于保溫和防雨，保證到場的混凝土溫度符合施工要求。通過對(duì)車廂涂抹水和柴油混合液，能夠防止車廂和混凝土發(fā)生黏結(jié)。對(duì)于已經(jīng)結(jié)塊、遭受雨淋、溫度不符合要求的瀝青混凝土應(yīng)予以廢棄。對(duì)于澆筑式瀝青混凝土運(yùn)輸，應(yīng)使用專門運(yùn)輸設(shè)備，在運(yùn)輸途中不斷攪拌和加溫，防止因混合料離析以及溫度降低導(dǎo)致無法使用。運(yùn)輸設(shè)備主要包括攪拌系統(tǒng)、攪拌罐、加熱系統(tǒng)3 個(gè)部分，施工前做好攪拌罐清理工作，全面檢查攪拌系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，提前消除機(jī)械故障，嚴(yán)格控制設(shè)備內(nèi)溫度設(shè)置和攪拌時(shí)間，如果發(fā)生故障，要立即將瀝青混凝土從攪拌罐中放出。

3.6 保證攤鋪效果

對(duì)于一般瀝青混凝土攤鋪，選用對(duì)底基層平整度敏感性差，工作穩(wěn)定性好的履帶式攤鋪機(jī)，而對(duì)于較長距離或轉(zhuǎn)移工地施工，則選用輪胎式攤鋪機(jī)更好。攤鋪前，要檢查底基層是否能夠達(dá)到施工要求，清除表面松散料，保持黏結(jié)層干燥、清潔，確保下層施工質(zhì)量。瀝青混凝土輸送效率要滿足連續(xù)攤鋪需求，保證攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的持續(xù)性，即使出現(xiàn)斷料也要使攤鋪機(jī)保持在運(yùn)行狀態(tài)。攤鋪時(shí)要嚴(yán)格控制攤鋪速度、厚度、高程，攤鋪機(jī)行走速度一般不超過2 m/min，使用鋼絲掛線的方式控制攤鋪厚度與高程，并安排專人隨時(shí)檢查記錄。瀝青路面盡可能全幅攤鋪，以減少縱向裂縫的產(chǎn)生。多臺(tái)攤鋪機(jī)同時(shí)施工時(shí)，應(yīng)呈梯隊(duì)形向前連續(xù)攤鋪，同時(shí)注意控制重疊攤鋪的寬度。攤鋪機(jī)就位時(shí)，應(yīng)將熨平板略微抬起，按照試驗(yàn)段確定的松鋪厚度，調(diào)整好墊木高度，然后放下熨平板開始預(yù)熱。攤鋪過程中，送料器要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，兩側(cè)混合料高度要超過送料器實(shí)際高度的2/3。

3.7 碾壓密實(shí)成型

嚴(yán)格控制瀝青混凝土分層厚度，一般不超過10 cm，壓實(shí)成型按照初壓、復(fù)壓、終壓步驟進(jìn)行。在攤鋪后仍有較高溫度的條件下開始初壓，采用輕型鋼筒式壓路機(jī)從外側(cè)向路中心碾壓，不少于兩遍；緊接著進(jìn)行復(fù)壓，采用重型輪胎式壓路機(jī)或者振動(dòng)壓路機(jī)，遵循緊跟、慢壓、高頻、低幅的基本原則，碾壓不少于4-6 遍；最后選用雙輪鋼筒式壓路機(jī)進(jìn)行終壓，不少于兩遍，直到輪跡消除為止。碾壓過程中，壓路機(jī)必須保持勻速行駛，在混凝土可以獲得最大密實(shí)度的溫度條件下進(jìn)行。如果接縫處混凝土溫度無法達(dá)到要求，需要使用加熱器提高溫度，以達(dá)到碾壓密實(shí)效果。對(duì)于壓路機(jī)無法施工的部位，可以采用小型夯實(shí)機(jī)械進(jìn)行夯實(shí)[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，季凍區(qū)的氣候條件對(duì)道路工程建設(shè)十分不利，尤其是采用瀝青混凝土這種對(duì)溫度敏感的材料，更容易因反復(fù)的凍脹作用及荷載變化導(dǎo)致病害的發(fā)生，所以，必須加強(qiáng)原材料控制和級(jí)配設(shè)計(jì)。通過設(shè)置特殊層位、把控技術(shù)要點(diǎn)，可以保證最終的施工效果滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性要求。