甘肃西长凤高速公路Superpave沥青路面的质量控制

2017-10-18刘莉萍滕旭秋

陇东学院学报 2017年5期

关键词：封层面层集料

刘莉萍，滕旭秋

(1.陇东学院土木工程学院，甘肃庆阳 745000；2.兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730000)

甘肃西长凤高速公路Superpave沥青路面的质量控制

刘莉萍1，滕旭秋2

(1.陇东学院土木工程学院，甘肃庆阳 745000；2.兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730000)

我国已建成的高速公路出现了各种各样的病害形式，使沥青路面还未达到设计使用寿命就发生了破坏。结合西长凤高速公路使用的Superpave沥青路面技术，对高速公路施工的现状与质量病害发生的原因进行了深入研究，并对以后在我省推广应用Superpave高性能沥青路面施工过程中质量控制提出自己的看法。

西长凤高速公路；Superpave沥青路面；质量控制

Abstract： There are many disease forms appeared in the highway which has completed in China,so that the asphalt pavement has not yet reached the design life of the destruction occurred.Based on the Superpave asphalt pavement technology used in the West Changfeng Expressway,this paper makes an in-depth study on the current situation and quality of the expressway construction,and puts forward the quality control of Superpave high-performance asphalt pavement in Gansu Province.

Keywords： XiChangFeng Expressway;Superpave Asphalt Pavement;quality control

随着我国综合国力的不断提升，高速公路建设遇到了道路交通量不断增加，车辆大型化和车速的提高等一系列问题[1-4]，同时已建成的高速公路也出现了路基水毁、车辙和沉陷、路面开裂、剥落和交通设施损坏等各种病害形式[5-10]，导致沥青路面还未达到设计使用寿命就发生了破坏，没有充分发挥出沥青路面的优势，并造成极大的浪费，其中一个主要原因是重载超限车辆较多，当然筑路材料的选择、沥青路面的设计、采取的施工工艺和养护管理技术等综合因素也对路面质量产生了很大的影响[11-12]。本文结合西长凤高速公路使用的Superpave技术，对高速公路施工的现状与质量病害发生的原因进行了深入研究，这对以后在我省推广应用Superpave高性能沥青路面具有重要意义。

1 工程概况

西长凤高速公路(西峰至长庆桥至凤翔路口)全长77.4公里，由两部分组成：西峰至长庆桥段；凤翔路口至长庆桥段。起点在距西峰市约5公里的李家寺，终点到达平凉市凤翔路口。该项目经长庆桥枢纽互通立交与平凉至定西高速公路顺接。一般路段的沥青路面结构如表1所示：

表1 一般路段沥青路面结构

注1)：表中底基层、基层的水泥剂量指施工中的实际掺量，本章其它处的含义与此处相同。

2 工程施工中Superpave沥青路面存在的突出问题

2.1沥青拌和站场地及原材料问题

为加强路面施工质量与施工进度，对路面项目部拌和站进行检查。检查中发现的突出问题集中在以下几个方面：

(1)场地硬化差，不能满足施工要求。所有拌和站的场地及通道都存在硬化较差的情况，有的已经出现翻浆、松散等损坏。

(2)排水设施不完善，所有拌和站均未设置轮胎清洗池。在积水条件下，未充分硬化的场地经施工车辆碾压后更容易形成翻浆，一旦下雨将使场地泥泞不堪，既造成路面材料的二次污染，又给施工带来很大不便。

(3)堆料场地普遍存在混料现象，部分拌和站混料严重，收料管理混乱。个别拌合站料堆夹杂泥块，混料严重。

(4)拌和站上料斗存在不同程度的窜料现象，给级配稳定性控制带来不确定性，使混合料的配合比受到影响，给路面质量带来隐患。

(5)细集料搭建的彩钢棚遮盖不严,每次下雨细集料严重淋雨水。细集料潮湿含水量偏大，势必会影响混合料温度、拌合站产量以及级配稳定性。

2.2集料碾压破碎的问题

在摊铺或碾压沥青路面时，粒径大于4.75mm的粗集料经常会被压碎，通过现场调查发现可以将破碎程度分为以下三种情况：

(1)局部棱角被明显磨损或压碎；

(2)整体被压碎为两部分以上；

(3)被压碎成碎屑状或粉末状。

在沥青摊铺层的上部易出现集料破碎，会有点点白色出现在黑色的沥青路面上，严重时甚至会在局部出现一片白色。这种现象也会出现在摊铺层的中下部集料集中的地方，但由于难以被发现，需要揭开可疑沥青层的上部进行观察。

钢轮碾压时常常会将集料表面棱角压碎，棱角破碎会形成石粉，与压路机钢轮上喷的水形成混合物，这些石粉和水的混合物又在碾压中粘到沥青混合料的表面，使碾压的路表普遍存在白色斑点，好似集料颗粒表面油膜破损一样，实际上只是由部分粗集料棱角破碎引起的。

沥青混合料中集料破碎后形成的碎裂面易吸收水分，从而使沥青膜从集料上剥落下来，导致路面发生早期破坏。集料破碎还会细化混合料级配，同时使集料嵌挤作用变弱，减小路面的使用寿命。

通常集料碾压破碎的原因主要是：

(1)集料质量不好(棱角性比较差，软弱颗粒含量比较多)，集料在拌和站高温烘干时发生的变化较大，使其高温压碎值等指标达不到要求。因此，路面施工监控组要求ATB25、ATB30矿料加热温度在170℃～180℃范围内控制；Superpave20、13矿料加热温度在180℃～200℃范围内控制。施工中应对集料的加热温度进行合理控制，使其不超过要求的最高温度，避免集料因高温变质而引起破碎。

(2)在施工过程中应加强料源管理和机械保养、维修管理，选用合理的混合料级配以减少集料离析。一旦发现粗集料离析应立即采取措施，如为避免压碎集料，可以及时筛补细沥青混合料或将集料集中的地方改换新料。

(3)压实功过大、振动压路机速度过快或温度较低时反复碾压。所以施工时应考虑外界风力、气温和运距对混合料拌和温度的影响，采取覆盖运料车、适当调整和及时碾压等措施保证施工温度符合要求。

3 Superpave沥青路面的质量控制

3.1Superpave沥青混合料级配离析和温度离析的控制

沥青混合料中出现集料离析时，面层一部分区域粗集料集中，其他部分细集料集中，导致路面呈现较差的结构和纹理特性。通常粗集料较为集中的部位往往空隙率过大、沥青含量偏少，这是造成沥青路面加速出现水损害、形成坑槽的主要原因之一；细集料较为集中的路面部位则往往沥青含量偏多，空隙率过小，将导致路面的永久变形，并出现泛油等多种路面病害。

沥青混合料发生温度离析时，会使路面压实度不均匀而降低其平整度。温度较低时摊铺和碾压路面，会产生较大的空隙率和纹理深度，使路面发生早期破坏。

离析现象会使沥青路面容易渗水，进而加剧冻胀破坏，同时也降低了路面水稳定，出现局部网裂。雨水渗入路面后，在行车轮胎的强力“泵吸”作用下吸出半刚性基层的灰浆，会使基层破碎松散，同时面层下沉，大大降低了沥青路面的使用寿命。因此，施工过程中要尽量消除或减少离析的出现，以保证路面的使用寿命。

(1)运输过程中正确的卸料和装料

运料车受料时应停在不同位置，一般在3个不同的位置进行装料，第1次位于车厢的前部，第2次靠近后部车厢门，第3次在中间以避免卡车中混合料发生离析。若料堆太高，装料时还可以分两层，下层先中间再前、再后，上层先中间再前、再后。卡车卸料时需让混合料整体卸入受料斗而不是逐渐进行，为此，可以在车厢底板涂润滑剂，同时使车厢升到一个大而安全的角度。

(2)正确的收料斗

一般卡车车厢两侧粗集料多，卸入摊铺机料斗后，粗集料位于料斗两侧，这部分料在最后摊铺，此时如果收料斗，那么将全是粗集料，摊铺后将会是离析料。摊铺机摊铺过程中，摊铺机不必每车都进行一次收斗动作，每车料卸完后，接着卸下一车料，与受料斗中剩余的粗料多的混合料一起输送到分料室，螺旋分料器布料过程中可使新旧混合料较好拌和。若使用连续供料的自卸汽车，可使摊铺机收料斗的收放次数尽可能减少，从而避免路面出现局部离析。

施工单位可根据以下技术参数来调整摊铺机：

①熨平板工作仰角α：摊铺厚度<10cm时，α=0；摊铺厚度<10～20cm时，α=0.5；摊铺厚度>20cm时，α=1.0；

②调整熨平板和布料螺旋之间的距离；

③布料螺旋器高度的调整：为了使布料厚度和设计路面厚度相一致，大多数摊铺机按照高、中、低三档调节布料螺旋器的高度，有关选定螺旋适宜高度的建议：当摊铺厚度超过15cm时，取高位(比中位高5cm)；在4～15cm时，可选用中位；摊铺厚度小于8cm时，取低位(比中位低5cm)。

④夯锤行程频率的选择。一般短行程用于薄层和矿料粒径小的情况及面层的摊铺；而厚层、矿料粒径大、温度低时宜选用长行程。为了达到路面平整度的要求，低于3.5cm厚的摊铺应降低夯锤频率。夯锤的频率和行程也不能定得太高，否则会使熨平板尾部翘起与摊铺机分离，不能保证路面平整。由此当摊铺厚度在3.5～10cm、摊铺速度为2～5m/min时，预夯锤行程<6mm、主夯锤行程为5mm、夯锤频率为15～25Hz。

⑤摊铺机速度。考虑施工时工期和质量的要求、拌合机的产量、气候特点、压路机能力以及沥青混合料的类型等，根据所选拌和机的实际情况，建议采用正常摊铺作业速度为：上面层不大于2m/min，并保持均匀速度摊铺。

3.2Superpave沥青面层渗水问题及其与压实度的控制

对上、中沥青面层进行渗水试验，发现两种渗水情况，分别是侧渗和下渗。侧渗比较常见，水渗入渗水仪处的沥青路面沿水平方向渗流一段距离后从其它地方冒出来；下渗则是水全部渗入路面没有从其它地方冒出。可以看出在控制质量时，下渗比侧渗更加危险，因为下渗可能是整层存在较大空隙甚至上下层粗颗粒离析重叠的表现。

在某一密度相同情况下，渗水系数相差很大，说明级配变异会影响渗水系数的大小。通过分析，压实度变化和级配变异性对粗型级配沥青混合料的渗水系数影响较大，而施工中某些因素又会无法避免地影响压实度变异和级配变异，因此进行质量管理时，应严格控制粗型级配沥青混合料的级配和压实质量。

渗水系数与混合料类型有关，粗型沥青混合料提高了某些性能，但也会损失一些性能，如其级配变异处渗水系数可能会很大。但考虑到下列因素也不必过分担心：施工后开放交通，行车轮胎的揉搓、灰尘会进一步密闭一些空隙，渗水系数会减小；洒布粘层后，渗水系数会进一步减小；上面层与中面层会防止水的下渗。

通过合理的沥青混合料生产配合比设计和施工过程控制使沥青混合料的级配处于合理的范围内，并保证有效的压实以限制结构层材料的空隙率是有效的手段和方法。

3.3Superpave沥青面层施工的污染控制

大规模的土方作业会带来严重的污染问题，因此沥青面层施工时严禁土路肩、中央分隔带排水设施等其它的土方作业。要防止沥青面层污染，应合理地组织和安排以下施工：

(1)沥青面层施工后必须根据交通情况采取相应防护措施

沥青路面施工期间尚存在大量的水稳底基层、基层作业面，沥青路面的施工在一定时期内将与其他作业面长期并存。在这种情况下，尤其需要强化对已施工沥青路面的防护措施。防护主要有三个方面：一是通行车辆轮胎带来的污染；二是水稳层上通行时浮灰带来的污染；三是其他作业队伍施工的污染。

对单幅施工的沥青面层必须封闭交通，车辆从另一幅水稳通行。为防止水稳上浮灰对沥青路面的污染，可以采取经常洒水等措施减少浮灰，但效果有限。

对此，一方面建议在双幅基层完成时尽快施工透层和封层，当双幅封层均施工完成时，再行铺筑一幅沥青下面层，然后在另一幅碎石封层上通行交通。如此，可以有效避免浮灰和车辆轮胎泥土对沥青混凝土的污染；另一方面，沥青路面施工必须在计划中将污染防护作为考虑重点，宜连续施工，避免小段落的频繁转换。

同时，应合理安排碎石封层的施工段落，避免封层施工后与沥青路面铺筑之间的间隔时间过长，防止封层在过多施工车辆通行下破坏。

(2)路缘石、中央分隔带、绿化、机电、交安施工工序合理组织

实际施工组织时必须通过优化施工组织，避免或减轻交叉施工对层间结合造成的污染等不利影响，确保层间结合措施的最终实现。工序安排的要点有：

①沥青面层施工前应安装埋置式路缘石，以免施工沥青面层时开挖、埋设路缘石而发生污染。

②路面单位需自行完成中央分隔带排水设施(开挖、防水土工布、碎石盲沟等)的施工，这就要求路面单位内部做好施工组织，尽量在基层施工同时进行中央分隔带的施工，在沥青面层开工前，最好是在透层开工前完成中央分隔带的开挖、回填等工作。

图1 沥青下面层被污染

③绿化单位边坡的绿化应先于基层完成。对中央分隔带的绿化应在路面单位施工排水系统后、摊铺沥青面层前施工。绿化单位若在沥青面层施工过程中对中央分隔带进行填土等施工时，则必须确保运输车辆的洁净、不泄漏，填土工作段落路面必须铺土工布，填土不得散落于沥青面层上。

④机电、交安单位施工往往与沥青面层交叉进行，必须在开工前明确其相关污染防护责任，对不遵守规定污染各沥青面层，按照“谁污染、谁清理且处罚谁”的原则进行明确管理。

(3)碎石封层必须在透层破乳干燥后立即进行

由于车辆通行水稳带来较大的浮灰污染，沥青下面层被污染如图1所示。施工透层后，必须尽快(应在破乳后立即进行，最晚不超过48小时)施工碎石封层，以免浮灰污染透层，导致这层水稳与沥青路面间最关键的粘结层遭受污染，效果下降。

3.4透层、封层和粘层施工质量控制

通过试验段施工过程的监控，发现存在如下问题：

(1)封层用碎石粉尘含量偏多。图2是路面封层碎石撒布后的照片，可看出碎石粉尘含量明显偏多。

(2)封层碎石撒布不均、覆盖率不达标。图3是路面封层碎石撒布后现场拍摄的碎石覆盖情况图，可以看出既有分布过于集中的情况，也有覆盖率偏低的情况(达不到65%～75%的低限要求)。

图2 封层碎石粉尘含量偏多

图3 封层碎石覆盖情况

虽然碎石封层不是承重结构层，但是却是一个承上启下的功能层。一方面，若撒布碎石中存在较多的粉尘将不利于层间保持良好的联结，会破坏路面结构的整体性，缩短路面的使用寿命；另一方面，在基层与沥青面层之间设置碎石封层，也是为了起到一定的应力吸收作用，避免或减少反射裂缝，而碎石封层的应力吸收作用的好坏与碎石的覆盖率有很大的关系，过低的覆盖率会降低其作用。

为了切实保证西长凤高速公路的路面工程质量，借鉴国内其它省高速公路路面的成功经验，就水泥稳定基层沥青路面的透层、封层等施工内容，采取以下措施：

(1)路肩及边坡施工时，应用土工布或较厚塑料膜将路肩或边坡用填土与基层隔离，避免污染水稳碎石基层表面。

(2)在透层施工前，用机械钢丝刷并辅以人工用钢丝刷清扫基层表面松散颗粒，并用吹风机(空压机)彻底清除表面浮灰，保证基层顶面坚实、干燥、清洁、无杂物(彻底清洁干净前不得洒水)；适当防护人工构造物(如路缘石)来避免污染。

(3)在喷洒透层乳化沥青前对基层表面适当洒水润湿，并以不形成积水区域、不形成流淌为原则。

(4)透层乳化沥青洒布后，应及时封闭交通，严禁车辆及行人通过，防止污染。

(5)在透层乳化沥青完全破乳和水分蒸发完之前(至少间隔24小时)，不得进行封层SBS沥青的洒布工作。

(6)在封层碎石撒布前，封层所用的碎石须经沥青拌和机加热除尘后使用。封层碎石的撒布覆盖率以不低于70%为控制标准，同时需要控制相邻碎石颗粒不重叠，实际执行时，按照图4中两图表明的中间状态进行把控。撒布封层碎石后，为定位碎石采用轮胎压路机紧跟碾压。

图4 封层碎石覆盖率与碎石颗粒间距关系计算示意图(说明:碎石颗粒平面模型采用直径为10mm的圆)

对覆盖率不足的区域(如洒布接缝处等)，应在轮胎压路机稳压前采用人工补撒。在经轮胎压路机稳压后，应对碎石颗粒累积重叠的部位采用人工或其它方式处理，清除表面浮料颗粒。

3.5Superpave沥青混合料级配质量控制

目前通过抽提实验数据检测沥青混合料的生产级配质量，沥青路面工地是4000或3000型沥青拌合楼，每天约生产沥青混合料3200t(每天工作10h)。而监理及施工单位每天取1个试样，相比产量样本量太小，因此工作人员的人为因素会严重影响抽检试样的可靠性和真实性。而且检测结果出来时，该批混合料已被铺筑在路上，若有问题也无法挽回，只能在下次生产时调整。否则，只能铣刨重铺，这会造成巨大的经济损失。因此建议：

(1)拌合楼每天开机生产沥青混合料前必须要放出白料，由监理及施工单位实验室一起进行集料筛分实验(干筛)，集料筛分结果出来后，按生产配合比合成级配。合成级配和生产配合比级配波动不大，才能让拌合楼出料。如果按生产配合比合成出来的级配和生产级配波动很大(关键筛孔2.36mm，4.75mm)，要重新调级配比例，拌和楼每生产5～7个小时后要再进行白料筛分。只有这样做才能时时控制生产沥青混合料配合比级配。

(2)拌合楼出3～5辆沥青混合料车后，施工单位实验室必须要在摊铺现场取样或拌合楼的料车上取样做抽提实验。抽提实验必须要做2个平行实验。实验在3个小时内出结果。检测出来的结果和生产配合比在波动范围内就不用对级配进行微调了，如果关键筛孔超出能接受的范围内就要进行级配调整，级配微调后还要对沥青混合料做抽提实验检测生产级配稳定性。

3.6Superpave沥青路面平整度控制

高等级公路的使用性能主要通过平整度来衡量。因此，为了提高沥青路面平整度，西长凤高速公路路面施工质量监控项目组通过分析影响沥青路面平整度的原因提出以下建议：

(1)从基层开始控制施工质量以保证沥青路面的平整度。关键在于采用性能优良、技术稳定的拌和设备和摊铺机，同时含水量也会影响基层的平整度，含水量过小影响结构的板体形成，含水量过大碾压成型困难，且易形成路面大波浪，致使基层平整度降低，甚至导致结构层收缩开裂。若可以保证摊铺机连续、均匀、不间断工作，就可保证路面的平整度。但处于低温季节时，就会因供料不足导致摊铺机待料时间过长、摊铺机频繁启动和制动等摊铺状态波动的现象，由此会导致沥青混合料集料组成上的离析和温度离析，沥青混合料在这种级配组成和温度分布不均匀、以及摊铺机摊铺状态(速度等)波动的状态下，很难保证沥青路面的平整度。因此必须加强管理拌和站，通过使供料连续、中途不停机等保证摊铺作业不会间断。

(2)沥青路面施工中，提高路面平整度还可以通过保证摊铺机在摊铺时不中途停顿或任意变换速度来实现。摊铺过程中改变摊铺速度，会引起摊铺层面预压密实度发生变化，从而最终压实度有差异，降低路面平整度。若摊铺过快易使熨平板下的粗颗粒沿摊铺方向滑动，从而在表面粗颗粒后形成一些小坑小空洞，对面层平整度产生不利影响，但若太慢又会降低生产效率。通过现场实践比较后认为：中、上面层(SUP-20，SUP-13)应控制在2～3.5m/min，下面层2～4m/min为好。

(3)摊铺作业时，常因运料车辆操作不熟练而与摊铺机配合不协调，使混合料洒落在摊铺机行走履带前，如不及时清除会使摊铺机左右晃动，造成自动调平系统工作仰角发生变化，影响路面平整度。因此，必须由专人负责指挥倒车，严禁运料车撞击摊铺机。

(4)沥青路面施工缝处理的好坏对平整度有一定的影响。往往连续摊铺路段平整度较好，而接缝处较差，因此，接缝水平是制约平整度的重要因素之一。处理好接缝的关键是要舍得切除接头，用3m直尺检查端部平整度，以摊铺层面直尺脱离点为界限，以切割机切缝挖除。新铺接缝处采用斜向碾压法，适当结合人工找平，可消除接缝处的不平整，使前后两路段平顺衔接。

4 结语

路面施工的很多共性问题在科研中已经积累了不少成果，但需求这些成果的施工单位往往又欠缺相应的信息渠道。在西长凤高速公路质量控制中，先后针对不少技术专业性较强的现场质量问题进行专门调研、咨询，将近年成熟的科研成果融于其中，努力在项目中实现国内现有路面技术水平下的最优方案，比如透层、封层的施工、沥青混合料配合比的优化设计以及生产配合比的调试，各结构层的碾压技术方案等质量控制。

在路面质量管理机构的设置上，增设履行路面工程质量监控和试验检测工作，并仅对业主负责，独立于监理质量管理体系，对路面工程施工中的原材料质量、拌和设备、摊铺碾压施工作业以及路面质量检测等进行全面管理。通过定期、不定期的巡查、抽检，以“巡查报告”形式将施工中存在问题下发，形成了“监控发现问题-施工单位整改问题-监理督促整改-整改结束回复监控-监控复查整改”的施工质量控制闭合制度，有效地完善了路面工程质保体系。专业化、技术性监控咨询单位的进入，给项目业主起到“参谋”作用，充实了项目建设业主的路面管理力量，有助于达到对路面质量控制的目的。

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