全厚式長壽命路面的龍江“首秀”

■ 文/圖｜黑龍江省交投公路建設(shè)投資有限公司 張揚(yáng)

為從根本上改善和提高季節(jié)性凍土區(qū)高速公路瀝青路面的使用性能并延長其使用壽命，黑龍江省交投公路建設(shè)投資有限公司根據(jù)長壽命路面各結(jié)構(gòu)層的受力特點(diǎn)及對材料的性能要求，借鑒國內(nèi)外全厚式長壽命瀝青路面的研究成果，結(jié)合季節(jié)性凍土區(qū)重載交通與復(fù)雜的自然環(huán)境特點(diǎn)，提出了新型全厚式長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)，在哈爾濱至肇源高速公路（以下簡稱“哈肇高速”）完成了全厚式長壽命瀝青路面技術(shù)在季節(jié)性凍土區(qū)的“首秀”。

我國幅員遼闊，根據(jù)環(huán)境氣候條件可分為多年凍土區(qū)、季節(jié)性凍土區(qū)和全年不凍區(qū)。其中，季節(jié)性凍土區(qū)氣候特點(diǎn)具有很強(qiáng)的地域性，其晝夜溫差大、冬季寒冷干燥、冰凍期較長且極寒天氣較多。季節(jié)性凍土區(qū)修筑的瀝青路面時(shí)常會遭受嚴(yán)重的凍結(jié)與融化破壞。

目前，季節(jié)性凍土區(qū)高速公路大多采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)形式，盡管這種結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)，但其存在出現(xiàn)反射裂縫、唧泥（車輛通過時(shí)基層細(xì)料和水一起從板接縫處擠出，由縫中噴濺出稀泥漿的現(xiàn)象）和層間結(jié)合不好等早期損壞問題，加之季節(jié)性凍土區(qū)氣候變化大、環(huán)境惡劣，瀝青路面易出現(xiàn)開裂、坑槽、凍脹等典型病害，導(dǎo)致瀝青路面未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命就需要大修。特別是結(jié)構(gòu)性大修，對社會與自然資源的消耗大、運(yùn)營維護(hù)成本高，難以實(shí)現(xiàn)全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的要求。

因此，如何設(shè)計(jì)出使用年限長、服役性能好的季節(jié)性凍土區(qū)長壽命路面，成為公路行業(yè)關(guān)注的問題。近些年來，國內(nèi)外研究人員紛紛對長壽命瀝青路面研究展開了積極的探索，其中全厚式瀝青路面作為長壽命路面的一種，受到研究人員及相關(guān)建設(shè)單位的青睞。如下圖所示，美國、日本、德國、法國等都紛紛開展了全厚式長壽命路面的研究及應(yīng)用，并且都取得了不錯的效果。

美國、日本、德國、法國 全厚式 長壽命瀝青結(jié)構(gòu)組合示意圖

然而，完全照搬國外及其他地區(qū)這種長壽命路面設(shè)計(jì)的模式是行不通的，必須針對不同地區(qū)，不同氣候條件因地制宜去設(shè)計(jì)長壽命瀝青路面。

哈肇高速是黑龍江省“2866”高速公路網(wǎng)中的8條省會放射線之一，起點(diǎn)位于哈爾濱市松北區(qū)中源大道與王萬鐵路交叉處，向西經(jīng)肇東市、五站鎮(zhèn)、大慶采油十廠、肇州縣，在肇源縣G45大廣高速k133+067處南下與吉林高速網(wǎng)相通，是黑龍江省西向出省的主通道，為黑龍江省主要干線公路。

鏈接

黑龍江“2866”高速公路網(wǎng)

2016 年5 月，黑龍江省發(fā)改委印發(fā)了《黑龍江省省道網(wǎng)規(guī)劃（2015-2030）》，在國家高速公路網(wǎng)基礎(chǔ)上，規(guī)劃了省級高速公路，與國家高速公路共同構(gòu)建了“兩環(huán)、八射、六橫、六縱”的“2866”高速公路網(wǎng)，規(guī)劃總里程7256 公里。

為從根本上改善和提高季節(jié)性凍土區(qū)高速公路瀝青路面的使用性能并延長其使用壽命，在借鑒國內(nèi)外全厚式長壽命瀝青路面研究成果的基礎(chǔ)上，2022年8月9日，隨著最后一層EME高模量瀝青混合料的鋪筑，國內(nèi)季節(jié)性凍土區(qū)首個全厚式長壽命路面試驗(yàn)路在哈肇高速順利鋪筑完成。

哈肇高速全厚式長壽命路面設(shè)計(jì)方案及理念

設(shè)計(jì)理念

在哈肇高速全厚式長壽命瀝青路面鋪筑試驗(yàn)中，增設(shè)抗疲勞層的全厚式瀝青混凝土路面具有更長的疲勞壽命。

適當(dāng)增加瀝青層的厚度、提高下面層和基層的模量，改善路面結(jié)構(gòu)的耐久性。

借鑒法國高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)法并基于連續(xù)式集料嵌擠基準(zhǔn)法的合理貝雷比參數(shù)RBRs，用于高模量瀝青混合料礦料級配組成的設(shè)計(jì)調(diào)控。

設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)層由改善土路基和全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)組成，其中，改善土基厚度為74厘米，路面結(jié)構(gòu)層由20厘米級配碎石層（結(jié)構(gòu)層寬度14米）、2厘米抗疲勞層AC-5（結(jié)構(gòu)層寬度14米）、12厘米高模量瀝青混合料EME-20下層（結(jié)構(gòu)層寬度12.4米）、12厘米高模量瀝青混合料EME-20上層（結(jié)構(gòu)層寬度11.25米）、6厘米高模量瀝青混合料EME-16（結(jié)構(gòu)層寬度11.25米）、4厘米SMA-13（結(jié)構(gòu)層寬度11.25米）組成，路面結(jié)構(gòu)層總厚度為56厘米。

長壽命試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)組合示意圖

試驗(yàn)路瀝青路面結(jié)構(gòu)組合采用兩種鋪筑方案，如下圖所示。其中，“k77+022～k79+000段”EME-16和EME-20高模量混合料均使用高模量瀝青；“k79+000～k81+571段”高模量混合料采用“改性瀝青/基質(zhì)瀝青+高模量劑”，EME-20采用“90#A級道路石油瀝青+高模量劑”，EME-16采用“SBS改性瀝青+高模量劑”。對高模量瀝青以及高模量添加劑兩種方式制備的高模量瀝青混合料的對比分析，有助于探索適用于季節(jié)性凍土區(qū)工程條件的全厚式長壽命瀝青路面合理材料類型與結(jié)構(gòu)組合。

全厚式長壽命試驗(yàn)路鋪筑方案

哈肇高速全厚式長壽命瀝青路面性能觀測

全厚式長壽命試驗(yàn)路中EME-20瀝青混合料層施工完成后的狀態(tài)見下圖。從圖中可以看出，結(jié)構(gòu)層碾壓完成后表面均勻、密實(shí)，外觀良好。

EME-20鋪面狀態(tài)

全厚式長壽命試驗(yàn)路整體結(jié)構(gòu)施工完成且完全冷卻成型后，對路面進(jìn)行鉆芯取樣，由下圖可知，芯樣完整、層間黏結(jié)緊密。對鉆取的芯樣中兩個層位的高模量瀝青混合料進(jìn)行動態(tài)模量（45℃，10Hz）、貫入強(qiáng)度、滲水系數(shù)和壓實(shí)度等指標(biāo)的檢測，結(jié)果如下表所示。

采用不同材料組成方案的長壽命路面芯樣

全厚式長壽命試驗(yàn)路性能檢測結(jié)果表

由檢測結(jié)果可知，試驗(yàn)路鋪筑完成后，兩個層位的高模量瀝青混合料均滿足各項(xiàng)性能檢測指標(biāo)的技術(shù)要求，性能優(yōu)良，將其用于長壽命瀝青路面中，可滿足長壽命路面不同結(jié)構(gòu)層的使用性能要求，并能有效減小全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)層的厚度。

全厚式長壽命瀝青路面技術(shù)優(yōu)勢與效益分析

性能更強(qiáng)

與傳統(tǒng)瀝青路面層相比，全厚式長壽命瀝青路面采用了較厚的瀝青層柔性路面，降低了路面底部開裂的可能性，避免了結(jié)構(gòu)性車轍。

壽命更長

通常全厚式長壽命瀝青路面設(shè)計(jì)使用壽命為40年以上，而傳統(tǒng)路面結(jié)構(gòu)的使用壽命通常為15年左右。但從使用壽命而言，全厚式長壽命瀝青路面是傳統(tǒng)路面結(jié)構(gòu)的2倍之多。

長壽命路面結(jié)構(gòu)層受力特點(diǎn)

路面40年所需費(fèi)用表

效益更優(yōu)

從“路面40年所需費(fèi)用表”可知，與原設(shè)計(jì)方案采用傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面相比，采用全厚式長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)方案的初期建設(shè)費(fèi)用有所提高。但相對于半剛性基層瀝青路面，盡管全厚式長壽命瀝青路面的初期建設(shè)成本每車道每公里高出8.5萬元，但根據(jù)長期的運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用來看，全厚式長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性使其擁有更長的使用壽命，在40年內(nèi)的使用成本反而更低，相較于半剛性基層瀝青路面，使用成本每車道每公里降低了431.2萬元，經(jīng)濟(jì)性更好。

此外，路面使用性能的提高及使用壽命的延長，還可緩解瀝青路面頻繁翻修過程中產(chǎn)生的大量廢料和環(huán)境污染問題，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中廢物資源化利用的要求，減少了開山采石對生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，全厚式長壽命瀝青路面技術(shù)不僅具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，同時(shí)具備顯著的社會效益。

基于高模量瀝青混合料的全厚式長壽命瀝青路面在哈肇高速公路的應(yīng)用，結(jié)果顯示初期使用效果良好，這為全厚式長壽命瀝青路面技術(shù)在季節(jié)性凍土區(qū)高速公路瀝青路面工程中的應(yīng)用拉開了序幕。為積累季節(jié)性凍土區(qū)長壽命瀝青路面技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，黑龍江省交投公路建設(shè)投資有限公司將對全厚式長壽命瀝青路面長期性能開展持續(xù)跟蹤觀測與研究。