半柔性路面结构应用技术探索

■许晓琨

（泉州市公路局直属分局，泉州　350001）

半柔性路面结构应用技术探索

■许晓琨

（泉州市公路局直属分局，泉州350001）

通过铺筑试验路，对下面层注浆及基层注浆两种半柔性基层的施工工艺进行对比研究，并对试验路进行取芯试验分析，得出半柔性基层可提高水泥板碎石化后基层强度及其均匀性，并提高沥青路面的高温稳定性及低温抗裂性。

半柔性路面水泥胶浆碎石化基体沥青混合料

在“白改黑”工程中，采用共振破碎机对旧水泥混凝土路面板进行碎石化处理，对碎石化后的路段进行断面开挖检测发现，路面强度较好的路段碎石化层颗粒分布均呈“金字塔”状，水稳基层未见开裂；路面强度较差的路段其破碎分层和碎块分布则很不均匀，且水稳基层出现裂缝或碎块下沉。针对上述问题，本文采用半柔性基层注浆的方法，对水泥混凝土路面碎石化后局部强度较低达不到规范要求的进行注浆补强处理，提高碎石化施工后基层强度的均匀性。就半柔性路面结构试验施工方法进行总结，为“半柔基层”的施工方法的推广应用提供理论与技术参考。

1　半柔性路面概述

一般半柔性路面是指水泥注浆沥青混凝土路面，即在大空隙基体沥青混合料中注入特殊性能的水泥胶浆复合而形成的路面［1-3］。

根据材料及施工工艺的不同，半柔性路面材料可以分为三种类型［4-5］：水泥胶浆灌注式沥青混凝土路面、热拌式水泥—沥青混凝土路面、水泥胶浆—乳化沥青混凝土路面，其定义和特点见表1。

表1　半柔性路面材料的三种形式

以上三种类型的半柔性路面材料遵循一个共同的原则：弥补柔性路面的刚性不足和刚性路面的柔性不足，延长路面使用寿命、节约投资。

2　半柔性路面经济性

⑴半柔性路面施工工艺较为复杂，因而其施工费用相比沥青路面较高。但是，因为使用了便宜的水泥材料，其原材料费用比沥青路面还要低。综合原材料费用与施工费用，半柔性路面与沥青路面造价相差不大。

⑵在造价与沥青路面相近的情况下，半柔性路面可以显著提高路面性能，延长使用寿命，因此半柔性路面材料的性价比很高。

⑶如果能够规范施工操作流程，并实现机械化施工，半柔性路面的性价比又可以大幅提高。

三种半柔性路面的优缺点如表2所示。

表2　三种路面的优缺点对比

3　试验路施工工法

本次半柔性路面试验路位于县道304线复线ZK11+ 828～ZK11+872，全长44m，路面宽度为6.2m，半柔性层厚度为10cm。试验设为两小段，在ZK11+848～ZK11+872处下面层的ATB中注浆；在ZK11+828～ZK11+848处旧水泥板经碎石化压实后注浆（两种结构如图1所示）。两种结构均采用水泥净浆，通过自流渗透方式注入大空隙ATB沥青混凝土和原旧路面基层，经养护形成了半柔性基层，如图2和图3所示。两种施工方案的具体施工方法如下。

3.1下面层注浆结构施工流程

半柔性基层施工主要由沥青混合料的铺筑和水泥胶浆的灌注两个部分组成，施工流程如图4所示。

3.1.1基体沥青混合料的铺筑

⑴基层准备工作

铺设面的基层应当具备平整、坚实、洁净、干燥，高程和横坡符合要求，不符合要求不得铺筑基体沥青混合料。在铺筑基体沥青混合料之前必须喷洒透层油，在透层油完全渗入基层后方可铺筑。另外，如需要防止注入的水泥胶浆渗透到基体沥青混合料铺装层以下的基层内，铺筑前要认真检查基层的密实情况，必要时可加设隔离层。

该试验路下基层是由22cm厚的水泥旧板经碎石化压实而成，如图5所示。在铺筑基体沥青混合料之前，先喷洒一层改性乳化沥青透层油，如图6所示。

⑵基体沥青混合料拌制

基体沥青混合料在沥青拌和厂内拌制，拌和设备可采用间隙式拌和机或连续滚筒式拌和机，其拌制过程与普通沥青混合料基本一致。拌和时需要严格控制沥青用量与拌和温度，温度的确定主要由沥青的粘度决定。

⑶基体沥青混合料的摊铺与碾压

基体沥青混合料的摊铺与沥青路面施工工艺基本一致，现场铺筑包括放样、摊铺、整平和碾压等工序，采用热拌热铺并碾压成型，铺筑中要严格控制骨架空隙率、平整度等方面的质量管理，选择合适的压实机械和碾压次数。基体沥青混合料的铺设以低吨位双钢轮压路机为宜，碾压分为初压（1～2遍）、复压（2～3遍）、终压（1～2遍）。基体沥青路面成型后，冷却至50℃以下，并防止砂石、脏物等附在路面上堵塞空隙，影响水泥胶浆的注入效果。

该试验路基体沥青混合料为ATB，沥青含量为3.7%，稳定度为10.71kN，流值为3.4mm，厚度为10cm。基体沥青混合料ATB的摊铺和碾压如图7所示。

3.1.2水泥胶浆的拌制和注入

⑴水泥胶浆的制作

利用试验测得的基体沥青混合料连通空隙率计算水泥胶浆的用量，考虑10%的胶浆损失率，再根据水泥胶浆的配比计算出各组成材料的用量。通常使用水泥砂浆拌和机现场制作水泥胶浆，不同组成材料的加料顺序一般为：水—水泥—外加剂，充分搅拌直至水泥胶浆均匀混合。细砂的公称粒径应小于0.6mm。可根据工程规模，选用专门适用水泥胶浆制作和注入的移动式拌和设备车进行施工，也可以购买满足性能要求的商品砂浆。

该试验路选用的是硅酸盐P.O425R早强水泥，水胶比为0.85。外加剂选用TW-3（F）早强高效减水剂和AEA混凝土膨胀剂，外加剂用量分别为2%和10%。

⑵水泥胶浆的灌注

准备完毕后，将设计用量的水泥胶浆尽快注浆，一般应在搅拌后的5～15min内使用，若超过时间，应当再次充分搅拌均匀，或废弃。注浆时，应将水泥胶浆反复在基体沥青混合料铺装层表面摊铺，使用橡胶路耙反复拖拉使其自然渗透。当路面有较大纵向坡度时，要从低处向高处灌注胶浆，以防止水泥胶浆因为快速流动而造成渗透效果不好。为了帮助胶浆渗透，要及时采用小型振动设备碾压帮助渗透，使胶浆能充分均匀地渗入基体骨架空隙中。

下面层注浆结构试验路全长24m，路面宽度为6m，基体沥青混合料厚为10cm，水泥用量为2.1t，平均水泥用量约为14.6kg/m2。

3.1.3表面处理

渗透完毕后，用橡胶路耙将残余在沥青路面表面上的水泥砂浆清除干净，以暴露出基体沥青混凝土表面的凹凸不平为宜，防止水泥胶浆残留在铺装面上，影响路面外观，并降低半柔性路面的抗滑性能。可在水泥胶浆灌注完毕，在初凝前将表面清理干净；也可将缓凝剂喷洒在路表面上，最后在内部水泥胶浆终凝以前将表面的砂浆用水冲洗干净。这样既可以保证下层水泥浆体的强度，又能保证路表面色泽的均匀性。

3.1.4养生

对注入水泥胶浆后的路面要进行一定时间的洒水养生，保持路面水分，待胶浆硬化至一定强度后即可开放交通。养生时间视胶浆的性质而定，通常2～3d后便可开放交通，如在砂浆中使用早强水泥或掺加早强剂，则可望在数小时后开放交通。开放交通前的一般养生时间，可参见表3。

表3　半柔性路面开放交通时间表

3.1.5注意事项

下面层注浆施工工法较为复杂，施工过程中一般应注意如下几点：

⑴要控制好基体沥青混合料中沥青用量，沥青用量过大，会在基体沥青混合料面层底部出现积油现象，影响水泥胶浆的注入深度。

⑵基体沥青混合料的摊铺和压实，要严格控制混合料的均匀、压实度和平整度，保证基体沥青混合料具有合适的空隙率和均匀的空隙结构，否则会对水泥胶浆的灌注产生较大影响，水泥胶浆未充盈的路面位置会形成软弱点。

⑶基体沥青混合料的碾压以钢轮压路机为宜，胶轮压路机易使空隙阻塞。

⑷水泥胶浆的灌注施工必须在路面温度降至50℃以下，否则过高的温度会使胶浆迅速硬化，且容易蒸发胶浆中水分，使胶浆迅速失水，不利于胶浆强度的形成。

⑸要注意初期严格封闭交通，并防止雨水冲刷和污物阻塞孔隙。

⑹水泥胶浆的灌注要迅速，一次撒足灌注量，尽量避免在开始硬化后二次补料。注浆后应将多余的胶浆迅速刮除，以保证半柔性路面拥有理想的表面构造深度。

⑺选择砂浆的类型时，冬季要考虑胶浆的强度增长时间，夏季则要避免砂浆过快硬化造成收缩裂缝。

⑻胶浆灌注完毕后，要保持路面水分充足，及时洒水养生，避免胶浆硬化过程中缺水造成收缩裂缝。

3.2基层注浆结构施工流程

3.2.1旧水泥板处理

该试验路旧水泥板采用碎石化，并用压路机压实处理，处理后再注入水泥胶浆作为基层使用。处理后的旧板应当平整、坚实、洁净、干燥，高程和横坡符合要求。

3.2.2水泥胶浆的拌制和注入

水泥胶浆拌制和注浆要点同3.1.2。该段试验路选用的是硅酸盐P.O425R早强水泥，水胶比为0.9。试验路全长20m，路面宽度为6m，旧板厚度为22cm，水泥用量为1t，平均水泥用量约为8.3kg/m2。

3.2.3养生

对注入水泥胶浆后的路面要进行一定时间的洒水养生，保持路面水分，待胶浆硬化后即可开放交通。

4　试验路质量检验

4.1试验路取芯

半柔性路面注浆后，持续数天定时洒水养生，10天后对试验路段进行取芯，如图14所示。下面层注浆结构试验路段取芯的位置及芯样编号如图15所示，其中芯样A、D高度约为14cm，芯样B、C高度约为10cm，如图16所示。在对基层注浆结构试验路段取芯时，发现基层注浆深度约为3～5cm，但由于水泥胶浆的强度尚未完全形成，取出的芯样容易碎裂，因此未对基层注浆结构试验路段芯样进行检测。

4.2芯样检验结果

4.2.1外观检验

通过对芯样侧面和截面的观察（如表4所示），可以看出：

⑴芯样A、B的沥青混合料粗集料嵌挤成为骨架结构，空隙适中，孔结构较好，灌注效果也较好，水泥胶浆可以灌注到沥青混合料底部；

⑵芯样C、D的沥青混合料粗集料也嵌挤成为骨架结构，但是细集料过多，空隙过少，灌注效果较差。

表4　芯样侧面和截面图及其说明

4.2.2马歇尔试验

对芯样进行尺寸加工，符合沥青路面马歇尔试验（T0710—2011）尺寸要求。除芯样B加工成2个马歇尔试件以外，其余芯样均加工成1个马歇尔试件。对5个试件进行马歇尔试验，结果如表5所示。

表5　芯样马歇尔试验结果

芯样马歇尔试验结果表明：

⑴芯样A、B沥青混合料具有适宜的孔结构，水泥胶浆灌注效果较好。两芯样稳定度和流值的平均值为14.9kN和4.7mm。相比室内实验ATB的试验数据（稳定度10.71kN，流值3.4mm），灌注水泥胶浆后，路面的马歇尔稳定度提高了1.4倍。

⑵芯样C、D沥青混合料中，细集料过多，填充了粗集料之间的空隙，水泥胶浆灌注效果较差，两芯样稳定度和流值的平均值为5.3kN和5.0mm，低于室内实验ATB的试验数据。

5　结语

半柔性路面结构层试验段经过实际运营，至今快满四年，使用效果良好。经跟踪检测和结果分析，证实半柔性路面结构可以提高沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性，尤其是对抵抗永久性变形有较大的改善。能够适用普通公路车辙现象较为严重的地段，能有效解决路面在车辆荷载作用下产生的车辙问题，起到延长路面使用寿命、节约投资的效果。

［1］徐旺兴.关于半柔性复合路面结构设计的探讨［J］.福建建设科技，2009（4）.

［2］徐晓峰.半柔性路面的施工工艺及其应用的探讨［J］.黑龙江交通科技，2010（7）.

［3］潘武清.浅谈半柔性路面的性能特点及发展概况［J］.山西建筑，2009（12）.

［4］陈成.高速公路隧道路面半柔性结构的研究［D］.重庆交通大学，2011.

［5］王伟鹏.半柔性复合路面材料与结构研究［D］.长沙理工大学，2012.