甬台温高速公路分水关超长上坡路段车辙处治技术研究

杨朝辉，温 腾，陈浙涛

（浙江交工高等级公路养护有限公司，浙江杭州 310051）

1 项目概况

甬台温高速公路分水关长上坡位于甬台温高速公路K348～K357即浙闽站与分水关段，长约9 km，平均设计纵坡为3.8%（最大纵坡为4.8%），素有华东第一坡之称。原面层结构为：4 cmAC-13+5 cm AC-16+7 cmAC-20；桥面结构层为：4 cmAC-13+5 cm AC-16。2003年12月底通车，2004年夏天出现车辙，由原施工单位进行返工处理。2005年夏天又出现严重车辙，深度达10 cm，严重影响了行车安全。2005年11月，再次进行车辙处理，处理深度为9 cm，上、中面层均采用改性沥青，且上面层掺加了纤维。但在2006年6月下旬（处治只有半年后）该路段又出现了车辙、拥包、松散等病害，而且其发展速度迅速，7月初该路段路面部位已出现连续、大面积的拥包，凹槽深达15 cm，严重影响了行车安全性和舒适性，见图1。

图1 2006年路段车辙照片

2 病害原因调查分析

2006年7月30日，对长上坡车辙路面进行了外观检查、取芯检查、沥青用量及矿料级配分析、车辙试验等，对损坏原因进行分析。车辆行驶速度降低造成的剪切变形是长上坡路段车辙形成的主要原因，超长坡、超载、路面温度高、常年排水不畅等不利因素导致早期车辙破坏，具体为以下三个方面：

（1）交通量大，且以重载车为主，超载超限现象严重。加之地处山区，连续超长上坡及弯道，交通荷载在这些路段的通行状况与正常路段不同，路面受力模式发生改变，表现为荷载作用时间长、水平作用力加大、侧向作用力加大，这是沥青路面车辙大面积产生的主要原因；

（2）分水关长上坡位于浙江南端山区，早晚温差大，夏天连续高温时间长，路面温度高；

（3）沿海多雨，常年排水不畅，水损害破坏严重。

3 处治措施

针对浙江省山区高速公路长上坡路段车辙严重的现象，从优化路面结构设计、提高路面排水、降低路面温度、加强施工质量控制等共四个方面进行处治。

3.1 优化路面结构设计

采用抗车辙能力强、抗水损害能力强的沥青混合料结构模式，见图2。上面层采用密实型SMA-13结构，提高抗滑和抗车辙性及起到封水作用；中下面层采用Superpave-20型级配，粗集料间能够形成骨架，内摩阻力大，抗车辙性能良好；部分车辙严重路段中面层采用掺岩沥青Superpave高模量沥青混合料，在高温条件下具有较一般沥青混合料更高的模量，在路面结构中可增加荷载向下传递的扩散角，减少传递到底层的应力，从而增加路面的抗车辙能力。表1比较了Superpave20（掺岩沥青）与AC-20（改性SBS）的性能，可见前者的抗车辙能力与抗水损害能力均大于后者，特别是抗车辙能力提高1倍多。

图2 路面结构图

表1 沥青混合料抗水损害能力与抗车辙能力对比

3.2 提高路面排水能力

在行车道与硬路肩基层设置纵向碎石盲沟，将下渗到结构层中的水收集，并及时排出，降低高动水压力对路面的反复作用。盲沟设置方法见图3，盲沟深0.3 m，四周铺设反滤土工布，底部中间设软式透水管，沿盲沟纵向每隔120 m设置一道横向排水盲沟。

图3 盲沟设计图

3.3 路面降温措施

提出洒水降温的技术措施，并对此进行了专题研究。在分水关长上坡路段现场建立气象站。在行车道上选择合适的位置开槽，在行车道轮迹带位置的各结构层中埋设温度感应片（见图4）。通过测定温度变化状况，分析环境温度与路面温度的关系，研究温度对路面结构的影响。

图4 埋设温度感应片示意图

路面温度与环境温度的关系、路面结构层间温度的变化分别见图5、图6。由图5可见，环境温度越高，路面温度就越高。由图6可见，路面各结构层的温度以上面层最高，这是由于黑色路面大量吸收环境中的热量，致使上面层的温度远高于环境温度；对于不同测点，路面结构层中温度变化均有相同的规律，上面层至下面层温度逐步递减，减幅约为每层2℃～5℃。

图5 路面温度与环境温度关系图

图6 路面结构层间温度变化图

根据初步的统计，洒水前路面结构层尤其是上面层的温度会有5℃的降幅，其他结构层随之也有3℃的降幅，30 min后，路面结构层的温度逐步回升至洒水前的状态。因此，在连续高温季节高温时段选择合适时机采取洒水降温措施。一般当环境温度高于35℃时，路面温度高于60℃，通过每30 min左右洒水一次，采用附有预警设备的洒水车，高压均匀喷洒。通过水蒸发带走一定的热量来达到降低路面温度的目的，消减夏季路面温度峰值。洒水量每次以喷湿路面且不产生沿路面流动即可。

3.4 施工中的质量控制

3.4.1 Superpave-20(改性沥青+岩沥青)施工质量控制

Superpave级配设计方法提出了“S型级配曲线、控制点和限制区”等概念进行级配设计；Superpave旋 转 压 实 仪 SGC（Superpa Gyratory Compactor）成型方法，与马歇尔试验方法相比，能够较好的模拟混合料的现场压实，而且用旋转压实机评价混合料时，不仅可以评价压实过程中某一点的压实状况，还可以评价沥青混合料在整个服务期间的压实特征，且具有良好的抗车辙、抗渗水的性能。

在Superpave-20中掺加一定量的岩沥青，并通过添加适量的矿粉改善沥青胶浆在混合料中的性能，使矿料表面具有合适的沥青膜厚度。从而提高沥青混合料的模量，增强路面抗车辙、抗渗水的性能。

施工Superpave-20(改性沥青+岩沥青)与其他沥青混合料的不同之处主要包括两点：

（1）Superpave-20(改性沥青 +岩沥青)的拌和

岩沥青投放：在集料放入拌锅的同时加入岩沥青（采用人工方式投放称量好的岩沥青），干拌延长至15 s，湿拌时间延长到45 s。

（2）Superpave-20(改性沥青 +岩沥青)的碾压

与AC级配相比，Super pave-20路面相对较难压实，因而碾压主要以大吨位的轮胎压路机为主，通过皮轮的反复揉搓至路面碾压密实。

3.4.2 SMA施工质量控制

沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone Mastic Asphalt，SMA）是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架；然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的沥青混合料。施工SMA与其他沥青混合料的不同之处和控制要点主要包括：

（1）SMA拌和

a.拌和时间控制

拌和顺序及拌和时间：集料→纤维+矿粉→沥青，即集料加入2 s后，纤维与矿粉同时加入，干拌20 s，再加沥青湿拌40 s，总生产时间约65 s。

b.纤维投放控制

木质素纤维投放均匀，是控制SMA质量的一个关键点，投放多造成混合料过干，过少则会析漏，造成路面泛油。纤维投放以机械投放为主人工补投为辅，采用电子称重式投放机投送纤维均匀，能使拌和的SMA沥青玛蹄脂碎石混合料均匀、连续。在纤维出料口安排一人观察纤维送料管是否正常工作，发现输送停止及时由人工补投。

c.保证出厂的沥青混合料质量稳定

如出现纤维机故障且人工投放不及时，应用对讲机及时通知拌合楼操作工，及时将此锅混合料在小车未拉入成品仓前废弃，以保证出厂沥青混合料的质量稳定。

（2）SMA碾压控制要点

a.SMA必须采用钢轮碾压，不能采用轮胎压路机碾压，因为轮胎压路机的揉搓作用会使玛蹄脂上浮，造成构造深度降低，甚至泛油。按照“高频率、低振幅”的碾压原则，同时注意控制好碾压遍数，防止过压造成玛蹄脂上浮。

b.“能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥”是鉴别SMA是否碾压成功的重要标志，如果产生推拥现象，说明粗集料没有充分嵌挤好，或者嵌挤作用没有充分发挥，那就未能达到真正的SMA效果。

（3）SMA油斑处理

拌和SMA时纤维投放机出现异常波动时导致纤维少投，造成沥青混合料析漏，如拌和人员未及时发现，摊铺时会产生油斑，见图7，应及时处理。

图7 由析漏造成的油斑

4 效果及成本分析

4.1 2007年观测结果

甬台温高速公路分水关长上坡路段车辙处治工于2006年8月中旬完成施工，2007年4月至10月对车辙较大的部位采用三米直尺进行了连续的车辙观测，观测结果见表2。由表2可知：

（1）至10月底两种结构试验段的最大车辙深度分别为3 mm和2 mm，表明试验段性能效果良好，掺岩沥青的路段车辙相对要小、性能更好。

（2）两种结构的车辙变化，无论是左侧还是右侧车辙，都从4月至6月、8月至9月增长较快，6月至8月增长缓慢。

4.2 2012年观测结果

2012年10月份再次对分水关长上坡处治路段进行跟踪检测，路面状况见图8。经过6年通行营运后，处治路段目前未出现较大的车辙和推挤拥包现象，可见长上坡路段的抗车辙能力明显提高，且耐久性优良。

4.3 成本分析

目前路面车辙处治方法主要有三种：传统的4 cm改性AC-13+6 cm改性AC-20+6 cm粗粒式AC-25；本项目推荐采用结构5 cm SMA-13+11 cm掺岩沥青 Superpave-20；4 cm复合改性掺纤维AC-13+6 cm复合改性掺纤维ATB-25+6c m复合改性掺纤维 ATB-25。成本分析见表3。由表3可见，方案二、方案三成本分别比方案一增加了12.4%、18%，但方案二、方案三耐久性增加了三倍多，因而方案二、方案三综合成本更低、更经济。

表2 2007年车辙观测结果

图8 2012年路面状况照片

5 经验总结

综合甬台温高速公路分水关长上坡车辙处治经验主要有以下几方面：

（1）沥青路面结构选择是重点。中下面层采用骨架密实型Superpave路面结构层，抗车辙性能较为理想。若掺加岩沥青或聚酯纤维等高模量材料，对提高长上坡路段抗车辙能力效果更好。

（2）长上坡路段防排水采用“封、堵、排”结合的处理方法。即在中分带采用水泥混凝土硬化封闭处理，防止中分带水渗入路面结构层；上面层采用防水效果好的SMA结构层，有效防止路表水渗入沥青路面结构层；在行车道与硬路肩下设置纵向碎石盲沟，每隔一定路段设置横向排水盲沟，利用长上坡纵坡大，及时排出积在路面中的水。

（3）做好长上坡路段沥青路面后期的跟踪养护，通过在沥青结构层中埋设温度感应片，及时掌握沥青结构层温度。在连续高温季节，当环境温度高于35℃时，路面温度高于60℃，每30 min洒水一次，以消减夏季路面温度峰值，使路面温度降低，延缓裂缝类、变形类主要病害的发生、发展。

表3 成本分析表

（4）长上坡路段处治过程中，病害处治彻底，特别是车辙，应处理至未发生车辙的结构层。

（5）加强日常养护工作，勤灌缝、常补洞，发现病害立即处理，防止病害发展。

[1]JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[2]JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

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