高速公路沥青路面技术改造浅析

谭 炯 吴革森 刘朝晖

随着我国公路交通事业的蓬勃发展,高速公路建设日新月异,经过20多年的建设,高速公路总里程已经跃居世界第二位,高速公路网和国省道干线路已基本成型。目前,半刚性基层沥青路面仍是我国道路的主要结构形式,随着交通量的不断增大,车辆荷载的重型化,我国的交通运输呈现“大流量、重载和渠化交通”的特点。随着路龄的增长,沥青逐渐老化,沥青混凝土的抗车辙能力、抗温度裂缝能力、抗疲劳破坏能力、抗松散能力都逐渐减弱。沥青路面在使用过程中,结构性破坏、严重水破坏、严重车辙、表面开裂等早期破坏现象愈来愈严重,二十世纪八九十年代初修建的沥青路面提前进入了大型养护维修期。如何因地制宜地选择合理、科学的维修改造技术,优质快速地修复这些路面,保证现有道路的服务质量,是当前及今后公路管理和养护部门所面临的主要问题。

1 沥青路面的主要病害调查及分析

1.1 路面结构性破坏调查分析

沥青路面结构性破坏是最严重的一种早期破坏,沥青路面一旦发生结构性破坏,其他使用性能就根本谈不上,路面必须翻修重建;它不但严重影响交通运输,而且翻修路面比新建路面的工程还繁重,投资更大。目前高速公路局部路段产生早期路面结构性破坏的现象较多。大多数早期修建的高速公路存在半刚性基层厚度不足、施工工艺低下、盲目抢工期等问题,随着交通量的不断增大,车辆荷载的重型化,虽然沥青面层厚度有12 cm～18 cm,有的维修罩面后甚至有20 cm以上,但其结构的承载能力不能抵抗现有行车荷载的反复作用,结构性破坏路段逐年增加。一般来说,增大沥青面层厚度会显著减小粒料基层、底基层及土基的永久变形。为减小基层、底基层及土基的变形而增大沥青层厚度,经济性远不如从改善基层、底基层和土基本身着手。

1.2 路面水破坏调查分析

有调查研究表明,沥青面层的表面层、中面层和底面层哪一层都不能让水侵入和滞留。只要水能侵入任何一层并滞留在层内,该层在车辆行驶过程中的动水压力作用下就会产生水破坏。近些年来,在我国表面层用改性沥青SMA、中面层用改性沥青AC-20Ⅰ或改性沥青AC-25Ⅰ的高速公路较多。国道主干线有,非国道主干线也有,虽然沥青面层的总厚度达16 cm～18 cm,半刚性材料层一般达到54 cm～56 cm厚,但没有取得良好效果。其主要原因是:压实功不够、材料级配不稳定、施工离析严重。

1.3 车辙破坏调查分析

近些年来,一些已通车多年的高速公路甚至一些新建的高速公路,其表面层和中面层都使用了改性沥青,但通车不到一年,行车道就产生了严重辙槽。众所周知,在其他条件相同的情况下,柔性路面的车辙要比半刚性路面严重得多。此外,我国绝大多数已建成高速公路沥青路面的表面构造深度达不到要求,直接影响高速行车时的安全。我国高速公路的使用经验证明,半刚性路面不产生结构性破坏,沥青面层的早期破坏现象却不断。

2 对沥青路面主要病害的技术改造措施

2.1 改善路基和半刚性基层,提高承载能力

在对沥青路面进行技术改造时,对于局部产生严重结构性破坏的路段,基本做法是铣刨路基以上所有结构层,回补等厚等强度的级配碎石底基层和水稳基层以恢复路面承重层承载能力。但当遇到潮湿路基(石质挖方段除外)时,应增加相应的处理措施。首先,翻晒路基顶面20 cm路基土保障其处于干湿或中湿状态,对其采用土壤固化剂稳定路基土;其次,疏通和改善路面排水系统,可在路线凹曲线底部连续设置3条～5条从中央分隔带至土路肩的横向盲沟;再次,设置排水良好的碎石垫层或沥青隔断层(挖方路段一般为换填深度底部,且应高于边沟下渗沟的底面,石质挖方路段可不设置)。沥青隔断层具体设置方法:在整平路基表面后,先洒布0.4 kg/m2～0.5 kg/m2的快裂型乳化沥青,待破乳后再洒布1.9 kg/m2～2.1 kg/m2的石油沥青(A-70),使沥青膜在整个路基断面内成层,对路基气态水起到有效的隔断作用。为防止施工车辆对沥青膜隔断层产生损坏,在洒完沥青层之后,用碎石撒布车撒布55%～60%(16 mm～19 mm)单一粒级的碎石加以保护。最后,回补等厚等强度的级配碎石底基层和水稳基层。

在实际施工过程中,为了节省时间,直接回补等厚高强度的水稳底基层和水稳基层。此种方法虽然短期效果可行,但实为治标不治本。高强度水稳容易产生裂缝,水稳裂缝反射至路面上层,影响行车舒适性;在行车荷载作用下,路基气态水从裂缝向上侵蚀,使水稳底基层和基层剥落松散,结构强度和承载能力减弱。

2.2 变废为宝,推广场拌再生技术

在沥青路面技术改造过程中,将产生大量的废旧沥青混合料,它是一种可再生利用的材料资源。沥青路面场拌冷再生技术就是将旧沥青路面材料(包括沥青面层材料和部分基层材料)经铣刨重新破碎筛分后,以一定的掺配比例与新集料、沥青类再生活性材料(乳化沥青或泡沫沥青)、活性填料(水泥)、水进行常温拌和,铺筑形成路面结构层。实验研究表明,冷再生混合料的极限劈裂变形、劈裂强度及回弹模量等指标,均介于半刚性材料和沥青混凝土材料之间,兼有半刚性材料和柔性材料的力学特性,是一种介于半柔、半刚的路面材料。其半柔、半刚的力学特性能从源头上克服半刚性基层材料存在的裂缝难于解决的问题,作为沥青路面上基层能有效防止反射裂缝。相比沥青碎石ATB-25,其开发应用成本较低,仅为ATB-25的57.7%,社会经济效益更佳。另外,场拌冷再生由于经过破碎、重新筛分、掺配,其均匀性、路用性能指标以及经济性比就地冷再生要好。

2.3 强基优面,提高使用性能

首先,要优化基层和面层级配,建议采用骨架密实型级配SAC或SMA,采用SAC矿料级配设计及检验方法对沥青路面和水稳基层进行级配设计和检验。增强基层强度,提高半刚性基层承载能力。中下面层采用硬质沥青A-30或改性沥青,表面层采用改性沥青或橡胶沥青;其次,严格控制原材料质量,粗集料控制为4.75 mm～9.5 mm,9.5 mm～13.2 mm,13.2 mm～19 mm,19 mm～26.5 mm四档,细集料控制为0 mm～2.36 mm,2.36 mm～4.75 mm两档。原材料各项指标均应满足规范要求。粗集料分别放在四个料仓和对应的四个料斗中。堆料场地不同粒级的料要用砖墙隔成四个堆料仓,细集料堆在两个堆料仓中;最后,施工期间,加强质量监控。

2.4 加强层间粘结

1)半刚性基层层间喷洒适量水泥稀浆,保证层间结合紧密。2)为了封闭基层表面,防止水分渗入基层,增强基层与面层之间的粘结,在基层顶面设置沥青粘结防水下封层。具体做法为:先喷洒0.6 L/m2～1.0 L/m2煤油稀释沥青透层,透层沥青在洒布后要能透入基层5 mm以上,并且不能在基层表面形成油膜。再洒1.7 kg/m2～1.9 kg/m2的热沥青(石油沥青A-70)下封层。3)为加强中下面层之间粘结,喷洒0.3 L/m2～0.6 L/m2快裂型乳化沥青粘层。4)在沥青面层中上面层之间喷洒2.1 kg/m2～2.3 kg/m2SBS改性沥青粘结防水层。5)在下封层和防水粘结层的沥青层表面均匀撒布55%～60%(13.2 mm～19 mm)单一粒级的碎石加以保护,并进行稳压。撒布的碎石应满足粒径规格要求,碎石撒布不能铺满,以防止形成一个整体层次,造成上下层之间的隔离和分层,撒布量以施工机械和施工车辆不粘轮胎为好。

3 结语

1)对沥青路面进行技术改造,从改善路基和半刚性基层,提高路面承载能力着手。保障路基处于干湿或中湿状态,疏通和改善路面排水系统,设置排水良好的碎石垫层或沥青隔断层以防止气态水上升。实践表明,应重视早期日常预防性养护,将防水和保证路面结构强度作为养护重心,以减少养护成本和养护周期。2)场拌冷再生混合料半柔、半刚的力学特性能从源头上克服半刚性基层材料存在的裂缝难于解决的问题,作为沥青路面上基层能有效防止反射裂缝。相比沥青碎石ATB-25,其开发应用成本较低,仅为ATB-25的57.7%,社会经济效益更佳。3)坚持以“强基优面”思想为指导,从优化级配、提高沥青路面使用性能、加强层间粘结、加强原材料控制和施工质量控制等方面着手,对我国沥青路面进行技术改造。

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