隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通量迅速增長，車輛大型化，嚴(yán)重超載等現(xiàn)象使瀝青路面面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，許多高速公路建成后不久就不能適應(yīng)交通的需要，早期破壞的情況時(shí)有發(fā)生。為緩解高速公路重載交通下的動(dòng)水壓力，我國開始應(yīng)用推廣以瀝青碎石為代表的柔性基層。瀝青碎石基層可以增強(qiáng)路面排水能力，減少瀝青層的溫度收縮裂縫和防止反射裂縫的發(fā)生，改善路面使用性能，提高其使用壽命。
1.0 工程概況
邢臨高速公路是河北省“四縱、四橫、十條線”公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分，是河北省“十五”期間重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目。全長104.64km，雙向四車道，路基寬26m，設(shè)計(jì)車速100km/h。邢臨高速公路在K0+000—K15+600段，進(jìn)行了柔性基層瀝青路面鋪筑試驗(yàn)，選用瀝青碎石用作上基層材料。
瀝青碎石基層即瀝青穩(wěn)定碎石類瀝青混合料，其設(shè)計(jì)的基本的思路是保證瀝青混合料中具有足夠的粗集料，使之具有很好的高溫、力學(xué)性能，按其設(shè)計(jì)的空隙率大小可以分為3種：開式（排水式基層，設(shè)計(jì)空隙率在15%以上）、半開式（設(shè)計(jì)空隙率在8%~15%之間）、密實(shí)式（設(shè)計(jì)空隙率在3%~8%之間），由于本項(xiàng)目作為高速公路基層，因此采用密實(shí)式的瀝青混合料。
考慮邢臨高速的交通特征、施工技術(shù)和課題研究的實(shí)際需要，采用ATB—40和ATB—30兩種密級配混合料，五種方案，具體如下：
|
K0+000—K3+582.7 |
K3+582.7—K4+986.5 |
K4+986.5—K6+382.5 |
K6+382.5—K10+048 |
K10+048—K15+600 |
|
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 16㎝瀝青碎石ATB-30 改性瀝青下封層 透層 18㎝水穩(wěn)砂礫 30㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBS改性瀝青上封層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 14㎝瀝青碎石ATB-30 SBR改性瀝青粘層 透層 15㎝級配碎石 17㎝水穩(wěn)砂礫 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 14㎝瀝青碎石ATB-30 SBS改性瀝青下封層 透層 15㎝級配碎石 17㎝水穩(wěn)砂礫 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 12㎝瀝青碎石ATB-30 SBS改性瀝青下封層 透層 18㎝水穩(wěn)碎石 16㎝二灰碎石 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBS改性瀝青上封層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 10㎝瀝青碎石ATB-40 SBR改性瀝青粘層 透層 16㎝水穩(wěn)碎石 18㎝水穩(wěn)砂礫 18㎝二灰土 |
2.0室內(nèi)試驗(yàn)
室內(nèi)試驗(yàn)采用美國工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切實(shí)驗(yàn)機(jī)（GTM）進(jìn)行目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，確定控制指標(biāo)；采用馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)，建立比對關(guān)系，進(jìn)行日常檢測和控制。
2.2級配設(shè)計(jì)
在組成瀝青混合料的原材料選定后，瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)在很大程度上取決于集料間的級配組成，瀝青混合料由于集料的級配不同，可以形成不同的組成結(jié)構(gòu)。邢臨高速公路瀝青碎石基層級配參照規(guī)范，選用骨架密實(shí)型瀝青碎石混合料，采用ATB-30, ATB-40兩種級配形式。
密級配瀝青碎石礦料級配通過率范圍 （％）
|
層次 類型
方篩孔尺寸（mm ） |
下面層 |
|||
|
ATB-30規(guī)范 |
ATB-30實(shí)際 |
ATB-40規(guī)范 |
ATB-40實(shí)際 |
|
|
53 |
|
|
100 |
100 |
|
37.5 |
100 |
100 |
90~100 |
99.6 |
|
31.5 |
90~100 |
90.1 |
75~92 |
89.8 |
|
26.5 |
70~90 |
75.6 |
65~85 |
76.4 |
|
19.0 |
53~72 |
59.8 |
49~71 |
61.6 |
|
16 |
44~66 |
55 |
43~63 |
56.6 |
|
13.2 |
39~60 |
49.8 |
37~57 |
50.4 |
|
9.5 |
31~51 |
40.6 |
30~50 |
40.6 |
|
4.75 |
20~40 |
29.6 |
20~40 |
31.4 |
|
2.36 |
15~32 |
21.7 |
15~32 |
23.5 |
|
1.18 |
10~25 |
17.4 |
10~25 |
18.7 |
|
0.6 |
8~18 |
11.7 |
8~18 |
12.6 |
|
0.3 |
5~14 |
8.8 |
5~14 |
7.0 |
|
0.15 |
3~10 |
6.4 |
3~10 |
6.7 |
|
0.075 |
2~6 |
3.2 |
2~6 |
3.4 |
2.3原材料性能
原材料質(zhì)量是影響路面質(zhì)量、使用壽命的重要因素。優(yōu)質(zhì)的原材料是保證瀝青混合料具有優(yōu)良路用性能的先決條件，為了滿足氣候環(huán)境與交通對路用性能的要求，必須做好原材料的選擇。通過測試瀝青、石灰?guī)r粗集料、細(xì)集料和礦粉等材料的性能和技術(shù)指標(biāo)來檢測材料是否滿足規(guī)范要求，從而完成原材料的選擇。
拌制瀝青混合料所用的瀝青材料其技術(shù)要求隨氣候條件、交通情況、瀝青混合料的類型和施工條件等因素而異，邢臨高速公路基層瀝青混合料采用山東濱洲產(chǎn)中海36-1普通70號(hào)A級石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》
集料是瀝青混合料的關(guān)鍵材料之一，其力學(xué)性能是決定混合料強(qiáng)度特性的最重要因素，它的顆粒形狀不僅影響混合料的構(gòu)架，也直接關(guān)系到混合料的抗車轍能力與抗疲勞性能等材料特性，此外，集料與瀝青的粘附等級對混合料強(qiáng)度的形成也起關(guān)鍵作用，因此選擇優(yōu)質(zhì)的集料是瀝青混合料具有優(yōu)良路用性能的重要保證。本項(xiàng)目采用邢臺(tái)太子井正大石料場，經(jīng)初步破碎至50~100㎝拳石，運(yùn)至存料場進(jìn)行二次加工破碎，其幾何形狀和含泥量指標(biāo)都優(yōu)于《規(guī)范》要求的標(biāo)準(zhǔn)。
瀝青混合料的填料宜采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉,本項(xiàng)目采用10~20㎝的碎石定點(diǎn)加工而成。
2.4最佳瀝青用量
2.4.1GTM試驗(yàn)
GTM設(shè)計(jì)方法是利用GTM實(shí)驗(yàn)機(jī)模擬行車作用成型試件，從而求出最佳瀝青用量和最大干密度的設(shè)計(jì)方法。
GTM實(shí)驗(yàn)機(jī)通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，使其密度達(dá)到汽車輪胎實(shí)際作用于路面時(shí)所產(chǎn)生的最終密度，即通過對試件施加垂直壓力，該壓力通過實(shí)際測試汽車輪胎對路面的實(shí)際壓強(qiáng)確定，試件在該壓力作用下，被旋轉(zhuǎn)壓實(shí)到平衡狀態(tài)(所謂平衡狀態(tài)，是指每旋轉(zhuǎn)100次試件密度變化率為0.016g/cm3)來決定瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)密度及最佳瀝青用量。GTM確定最佳瀝青用量有三個(gè)指標(biāo)。
(1)應(yīng)變比(GSI)：是指瀝青混合料在壓實(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)塑性變形。(最終應(yīng)變和最小應(yīng)變之比小于1.05)。
(2)抗剪安全系數(shù)(GSF)：是指瀝青混凝土被壓實(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)的抗剪強(qiáng)度是否達(dá)到在行車荷載任用下需承受的剪應(yīng)力。抗剪強(qiáng)度/剪應(yīng)力，要求大于1.0。
(3)試件壓實(shí)到平衡狀態(tài)的密度。
利用GTM試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)果為：
ATB-30：最佳油石比3.2%，標(biāo)準(zhǔn)密度為2.467
g/㎝3
ATB-40：最佳油石比3.1%，標(biāo)準(zhǔn)密度為2.475
g/㎝3
2.4.2馬歇爾試驗(yàn)
瀝青碎石ATB-30馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如下：
|
瀝青用量（%） |
油石比 （%） |
表觀密度（g/㎝3） |
空隙率 VV（%） |
礦料間隙率VMA（%） |
瀝青飽和度VFA（%） |
穩(wěn)定度 MS （KN） |
流值 FL（0.1㎜） |
|
2.82 |
2.9 |
2.458 |
4.5 |
11.3 |
60.5 |
20.92 |
19.2 |
|
3.10 |
3.2 |
2.467 |
3.7 |
11.2 |
67.3 |
22.85 |
23.1 |
|
3.38 |
3.5 |
2.462 |
3.5 |
11.7 |
70.3 |
19.44 |
36.5 |
根據(jù)瀝青選定圖，瀝青用量選用3.1%，油石比為3.20%，表觀密度為2.467 g/㎝3。
瀝青碎石ATB-40馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如下：
|
瀝青用量（%） |
油石比 （%） |
表觀密度（g/㎝3） |
空隙率 VV（%） |
礦料間隙率VMA（%） |
瀝青飽和度VFA（%） |
穩(wěn)定度 MS （KN） |
流值 FL（0.1㎜） |
|
2.82 |
2.9 |
2.455 |
4.0 |
10.9 |
63.8 |
32.2 |
26.8 |
|
3.1 |
3.2 |
2.466 |
3.3 |
11.0 |
70.2 |
32.0 |
23.5 |
|
3.38 |
3.5 |
2.464 |
2.9 |
11.3 |
74.1 |
25.6 |
25 |
根據(jù)瀝青選定圖，瀝青用量選用3.0%，油石比為3.1%，表觀密度為2.462 g/㎝3。
2.4.3對比關(guān)系：
ATB-30：GTM試驗(yàn)與馬歇爾試驗(yàn)的密度比為：2.467/2.467=1.0
ATB-40：GTM試驗(yàn)與馬歇爾試驗(yàn)的密度比為：2.475/2.462=1.005
2.5混合料性能檢測
2.5.1水穩(wěn)定性檢測：
浸水馬歇爾試驗(yàn)
|
類型 |
標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度（KN） |
浸水馬歇爾穩(wěn)定度（KN） |
浸水殘留穩(wěn)定度（%） |
|
ATB-40 |
27.57 |
26.78 |
97.1 |
|
ATB-30 |
22.76 |
21.87 |
96.1 |
凍融劈裂試驗(yàn)：凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為：
lang=EN-US>85%
2.5.2高溫性能
采用60℃車轍試驗(yàn)檢測混合料的高溫穩(wěn)定性
|
類型 |
動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm） |
|||
|
1 |
2 |
3 |
平均 |
|
|
ATB-30 |
8710.576 |
8230.495 |
7724.592 |
8221.89 |
|
ATB-40 |
8775.104 |
10604.886 |
10027.960 |
9802.65 |
3.0施工工藝
3.1施工前及下承層準(zhǔn)備
認(rèn)真編寫《試驗(yàn)路施工組織設(shè)計(jì)》，報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，按常規(guī)調(diào)試拌和樓，滿足生產(chǎn)配合比各項(xiàng)要求；對下承層和施工機(jī)具作全面檢查，現(xiàn)場就位。
3.2混合料拌和
瀝青混合料拌和采用SPECO-3000型瀝青拌合樓拌和，拌和時(shí)間以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結(jié)合料為度，并經(jīng)試拌確定。拌和時(shí)嚴(yán)格控制混合料的溫度和拌和時(shí)間。瀝青采用導(dǎo)熱油加熱，加熱溫度控制在150℃~170℃范圍內(nèi)，礦料加熱溫度為170℃~185℃，瀝青與礦料的加熱溫度應(yīng)調(diào)節(jié)到使拌和的瀝青混合料出場溫度在150℃~165℃，不得有花白料、超溫料，當(dāng)瀝青混合料超過195℃的應(yīng)立即廢棄，混合料運(yùn)到現(xiàn)場溫度不得低于140℃~150℃，對于每車料出場溫度要有專人檢測。
3.3混合料的運(yùn)輸
從拌和機(jī)向運(yùn)料車上放料時(shí)，應(yīng)每卸一斗混合料挪動(dòng)一下汽車位置，以減少粗集料的離析現(xiàn)象。盡量縮小下落的落距，運(yùn)料車用篷布覆蓋。攤鋪過程中運(yùn)料車應(yīng)在攤鋪機(jī)前10～30㎝處停住，不得撞擊攤鋪機(jī)，卸料過程中運(yùn)料車掛空擋，靠攤鋪機(jī)推動(dòng)前進(jìn)。混合料運(yùn)輸車的運(yùn)量較攤鋪速度有所富余，施工過程中攤鋪機(jī)前方應(yīng)有不少于3輛運(yùn)料車等候卸車。
3.4混合料的攤鋪
本試驗(yàn)段瀝青碎石基層厚度ATB-40為10㎝厚，采用一層攤鋪；ATB-30瀝青碎石厚度為12、14、16cm，考慮到用一臺(tái)拌和樓，為防止攤鋪時(shí)離析，12、14、16cm瀝青碎石采用兩層攤鋪。施工時(shí)采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)聯(lián)合攤鋪，前一臺(tái)攤鋪機(jī)靠中央分隔帶一側(cè)攤鋪，一側(cè)傳感器搭在鋼鉸線上，另一側(cè)用浮動(dòng)基準(zhǔn)梁，后一臺(tái)攤鋪機(jī)一側(cè)傳感器搭在鋼絞線上，另一側(cè)用滑靴，兩臺(tái)攤鋪機(jī)相距一般為5—10m，橫向搭接寬度應(yīng)有5—10㎝，把滑靴放在前一臺(tái)攤鋪機(jī)鋪出的基準(zhǔn)面，調(diào)整好橫坡，進(jìn)行攤鋪。攤鋪過程中，攤鋪機(jī)速度保持2m/min均勻行駛，在鋪筑過程中，攤鋪機(jī)螺旋送料器應(yīng)不停頓的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩側(cè)保持有不少于送料器高度2/3的混合料，并保證在全寬斷面上不離析。施工時(shí)，兩構(gòu)造物間盡量一次攤鋪碾壓成型，以減少橫縫。
3.5混合料的壓實(shí)及成型
壓實(shí)設(shè)備配有YEC10L雙光輪振動(dòng)壓路機(jī)（10T）1臺(tái)，XD120雙光輪振動(dòng)壓路機(jī)（12T）2臺(tái)，CC722雙光輪振動(dòng)壓路機(jī)（17T）1臺(tái)，XP260膠輪壓路機(jī)（26T）1臺(tái)，選擇合理組合方式及初壓、復(fù)壓和終壓三碾壓步驟，壓路機(jī)以勻速行駛，速度符合規(guī)范要求。碾壓時(shí)由低向高即由路外側(cè)向內(nèi)側(cè)進(jìn)行，超高段由曲線內(nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行，碾壓方向與路線方向平行，并沿同一輪跡返回，每次錯(cuò)軸重疊1/3～1/2輪寬，壓路機(jī)不能中途停留、轉(zhuǎn)向或制動(dòng)。并不得停留在當(dāng)天攤鋪的路面上或高于70℃的已經(jīng)壓過的路面上。另外，終壓溫度不低于80℃。
初壓：第一遍先用膠輪碾壓一遍，再用YEC10L雙鋼輪壓路機(jī)碾壓一遍，驅(qū)動(dòng)輪朝向攤鋪機(jī)，靜前進(jìn)，振動(dòng)返回，碾壓路線、方向不能突然改變，往返轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)錯(cuò)開成階梯形，鋼輪壓路機(jī)緊跟膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，要求鋼輪壓路機(jī)與膠輪壓路機(jī)之間錯(cuò)開兩輪。
復(fù)壓：復(fù)壓緊接在初壓后進(jìn)行，復(fù)壓先用12T振動(dòng)壓路機(jī)碾壓一遍，再用17T碾壓一遍,采用高頻低振方法，使壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求。另外需注意12T壓路機(jī)緊跟17T壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，要求12T壓路機(jī)與17T壓路機(jī)之間錯(cuò)開兩輪。
終壓：使用12T壓路機(jī)靜壓1～2遍，緊接在復(fù)壓后進(jìn)行，至消除表面輪跡為止。
3.6接縫處理
橫縫與鋪筑方向垂直，形成一條碾壓密實(shí)的邊緣，下次攤鋪前，在上次末端涂補(bǔ)適量粘層瀝青，在碾壓橫接縫時(shí)先縱向后橫向碾壓，將壓路機(jī)位于已壓實(shí)的面層上，錯(cuò)過新鋪層15cm，然后每壓一遍向新鋪層推進(jìn)15-20cm，以推進(jìn)到壓路機(jī)輪寬度的1/3處進(jìn)為止，改為正常碾壓，在碾壓時(shí)由專門人員用三米直尺檢查接頭處，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理保證接頭部位的平整度。注意上、下層的橫縫要錯(cuò)開至少1m的距離。
開放交通：路面冷卻后根據(jù)實(shí)際需要開放交通。
3.7施工注意事項(xiàng)
注意原材料質(zhì)量及混合料級配；保證混合料拌和溫度和拌和時(shí)間，觀察出倉瀝青混合料色澤、拌和均勻性、讓瀝青充分裹覆集料；保溫運(yùn)輸、保證混合料攤鋪、碾壓溫度，減小瀝青混合料離析和集料離析；調(diào)試攤鋪機(jī)具，確保攤鋪厚度，合理組織壓實(shí)機(jī)具，增大壓實(shí)功，確保壓實(shí)度。
4.0現(xiàn)場檢測
4.1彎沉試驗(yàn)：
采用5.4米貝克曼梁測定，完工一個(gè)月。
|
樁號(hào) |
彎沉（0.01mm）左幅 |
樁號(hào) |
彎沉（0.01mm）右幅 |
||
|
行車道 |
超車道 |
行車道 |
超車道 |
||
|
K3+950 |
26.25 |
15.70 |
K9+250 |
9.7 |
14.55 |
|
K4+000 |
21 |
22.70 |
K9+300 |
9.7 |
11.3 |
|
K4+050 |
26.25 |
22.75 |
K9+350 |
8.1 |
11.3 |
|
K4+100 |
24.5 |
22.70 |
K9+400 |
16.2 |
8.1 |
|
K4+150 |
24.5 |
22.75 |
K9+450 |
19 |
11.3 |
|
K4+200 |
28.0 |
26.25 |
K9+500 |
11.3 |
11 |
|
K4+250 |
22.75 |
19.25 |
K9+550 |
12.9 |
9.7 |
|
K4+300 |
29.7 |
22.75 |
K9+600 |
11.3 |
6.5 |
當(dāng)基層有級配碎石時(shí)彎沉偏大，當(dāng)基層為半剛性基層時(shí)彎沉合格。
4.2壓實(shí)度檢測
|
測試層位置 |
K3+582.7~K6+379.8左幅 |
K6+382.5~K10+015.44右幅 |
K10+080.56~K14+670 右幅 |
||
|
第一層 |
第二層 |
第一層 |
第二層 |
||
|
測點(diǎn)數(shù) |
47 |
47 |
60 |
60 |
45 |
|
最大值 |
100 |
100.1 |
100 |
100 |
100 |
|
最小值 |
97.4 |
97.7 |
98.1 |
97.1 |
98.0 |
|
平均值 |
99.13 |
98.87 |
98.97 |
98.88 |
99.05 |
|
標(biāo)準(zhǔn)偏差 |
0.551 |
0.354 |
0.625 |
0.560 |
0.488 |
|
代表值 |
98.99 |
98.78 |
98.83 |
98.76 |
98.93 |
5.0結(jié)語
從試驗(yàn)檢測結(jié)果看，瀝青碎石的高溫性能比較好，水穩(wěn)定性良好，但在有級配碎石的基層強(qiáng)度和剛度稍微差一些。車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度比較高的原因可能是混合料粒徑較大；從施工性能來看，混合料由于粗料多，容易出現(xiàn)離析，因此要從生產(chǎn)能力、施工工藝上嚴(yán)格控制。
在我國柔性基層使用很少，近兩年才開始一些研究。山東、山西、江蘇等省進(jìn)行了柔性基層研究，我省也在衡德高速公路鋪筑了試驗(yàn)段。河北省高速公路建設(shè)正值建設(shè)高峰期，為了預(yù)防瀝青路面的早期破壞，延長公路的使用壽命，使河北省的高速公路建設(shè)投資效益達(dá)到最大，進(jìn)行柔性基層的研究是非常有必要的。采用柔性基層結(jié)構(gòu)，使工程造價(jià)較普通半剛性基層有所增加，但是隨著時(shí)間的增長，其優(yōu)良的使用性能會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來，大幅度降低路面的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，從長遠(yuǎn)利益來看，柔性基層具有更好的經(jīng)濟(jì)性能。
另外，柔性基層在以后路面的修復(fù)中，柔性基層材料可以完全被利用，不但可以大大降低維修費(fèi)用，節(jié)約能源，而且可以減少環(huán)境污染，因此采用柔性基層具有更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
