薄层罩面技术在隧道路面养护中的应用

张中夏

（山西交投忻阜高速公路管理有限公司，山西 忻州 034000）

1 概述

忻阜高速公路是山西省东出长城，直抵冀中大平原的重要通道，是国家促进中部崛起的重要项目，全长124 km，2011年全线建成通车。长城岭隧道全长4.641 km是山西省乃至华北地区第一条投入运营的双向六车道特长隧道，其中K0+000—K3+000属于山西省管辖范围，其余部分归河北省管辖。

从开通至今，长城岭隧道出现过多起安全行驶事故，严重地影响了道路的行驶安全性能，造成了极大的安全隐患。基于此，对忻阜高速长城岭隧道抗滑性能进行了检测，根据检测结果急需对路面进行抗滑处治，增加路面抗滑性能，以保证车辆的行驶安全性。

2 长城岭隧道路面抗滑性能分析及处治方案设计

2.1 抗滑性能评价

《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1—2004）中对水泥路面抗滑性能采用构造深度来评价。水泥混凝土路面一般进行刻槽处理来增加路面的表面构造，然而这种技术只有在路面的微观抗滑构造满足技术要求的情况下才能起到作用，这主要在于集料的级配[1]。水泥混凝土路面做刻槽处理后，不管路面表面的粗糙度大小，构造深度指标都能轻易达到规范要求。

双轮式横向力系数测试系统适合测定沥青和水泥混凝土路面的抗滑性能指标。利用MK-6横向力系数测试仪对忻阜高速长城岭隧道抗滑性能进行了检测，依据《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007）以百米作为评价单元，横向力系数分布曲线如图1所示，等级评定结果见图2，根据检测评定结果，长城岭隧道横向力系数合格率仅为1.8%，评价等级“差”占81.7%。为保证行车的安全性，针对长城岭隧道路面抗滑性能的处治已迫在眉睫。

图1 长城岭隧道路面横向力系数分布曲线

图2 各车道等级评定结果

2.2 原因分析

根据长城岭隧道水泥路面抗滑性能检测评定结果，结合抗滑调查资料及忻阜高速现状，对长城岭隧道抗滑性能下降主要原因分析如下：

a）水泥路面细观抗滑构造深度不足，刻槽对路面抗滑性能的提高有限。

b）水泥路面刻槽在高速行车及重载交通下抗磨损性能差。

c）隧道内路面常年无风吹日晒雨淋，导致汽车尾气及油污容易在路面聚集，当遇水后，水会溶解油污成为润滑体，导致路面的抗滑能力急速下降。

2.3 处治方案设计

根据长城岭隧道抗滑系数检测结果，结合原因分析提出采用同步薄层罩面技术处治隧道抗滑不足问题。具体方案如下：

铣刨1 cm水泥混凝土路面，加铺2.5 cm同步薄层罩面。

同步薄层罩面技术是指改性乳化沥青的喷洒和热沥青混合料的摊铺由一台专用摊铺机同步完成，随后通过钢轮压路机的适当碾压形成的热沥青混合料磨耗层。改性乳化沥青独特的配方设计会使其在与热混合料接触的瞬间破乳并向上气化填充混合料的下部空隙，确保磨耗层与原路面黏结，同步薄层罩面采用间断级配，保证沥青混合料的骨架结构。

3 材料技术要求

3.1 集料

粗集料生产必须选用3级破碎以上的破碎工艺，其中须包含反击破，同时粗集料磨耗性应满足相关技术要求。由于薄层罩面结构的特殊性，粗集料须采用粗糙、坚韧、有棱角的优质石料，确保粗集料的抗压碎性能，同时要严格控制粗集料的针片状颗粒含量。

细集料应确保干燥、洁净、无杂质、无风化，并要严格控制颗粒级配。石屑或机制砂的洁净程度应以砂当量（适用于0～5 mm）或亚甲蓝值（适用于0～3 mm）表示。

3.2 矿粉

矿粉是选用岩浆岩或石灰岩等憎水性石料经研磨而成具有一定细度的粉末，生产前应确保原石料的干净。生产的矿粉应洁净、干燥，能自由地由矿粉仓流出。

3.3 沥青

应用SBS改性沥青，其各项指标满足规范的相关技术要求。同时，改性沥青还需满足超薄磨耗层系统的相关技术要求，依据长城岭隧道目前的交通条件及地理位置气候环境，所选用沥青还应满足PG70-22的要求，以确保超薄磨耗层系统路用性能。

SBS改性乳化沥青也应满足磨耗层的整体设计技术要求，以确保该项技术的路用性能。

3.4 沥青混合料技术要求

矿料级配范围见表1，混合料设计采用马歇尔试验方法进行设计，体积、性能指标满足表2、表3所示的技术要求。

表1 同步薄层罩面混合料矿料级配范围

表2 同步薄层罩面混合料技术要求

表3 同步薄层罩面混合料配合比检测指标

4 薄层罩面施工

4.1 混合料拌和时间和温度

同步薄层罩面采用的是间断级配沥青混合料，不易拌和均匀，因此总拌和时间要求比普通改性沥青混合料多拌和5 s，以所有矿料颗粒表面均匀裹覆沥青为准，混合料的总拌和时间宜为30～50 s，其中干拌时间不少于5 s，具体拌和时间由现场试拌确定。

薄层罩面采用的SBS改性沥青PG分级低温等级应超过-22℃，高温等级应超过70℃，5℃延度控制在30 cm以上，老化后5℃延度应控制在20 cm以上。混合料的拌和温度应控制在165℃～175℃以内，矿料的加热温度应比沥青温度高10℃～20℃，沥青混合料出厂温度控制在175℃～185℃范围为宜，高于200℃的混合料应予废弃[2]。

热沥青混合料储存时间不得太久，特殊情况必须储存时应保存在具有保温功能的储料仓内，储存时间亦不得超过12 h，且存储期间混合料温度降低不得超过10℃，且不得出现混合料老化及离析现象，否则应弃用。

4.2 摊铺

改性乳化沥青喷洒应将温度控制在60℃～80℃，洒布量应严格控制，以确保路面摊铺的均匀性；SBS改性乳化沥青合理的洒布量约为0.85 L/m2。

沥青混合料在改性乳化沥青洒布后进行摊铺，摊铺温度应控制在150℃～170℃，且沥青混合料应摊铺在已洒布改性乳化沥青的路面上，然后由加热的振动熨平板熨平。

4.3 碾压

由于薄层罩面沥青混合料特殊的级配，及施工机械的特殊性，在薄层罩面摊铺完成后的初始压实度基本达到了设计要求压实度，碾压的目的不是为提高压实质量，而是将薄层罩面表面不平整的骨料归位，提高路面的平整度与舒适性。故薄层罩面碾压只能应用钢轮压路机静压，不得采用胶轮压路机，同时需要注意以下几点：

a）同步薄层罩面碾压采用一台10～12 t的钢轮压路机碾压，并且全程静压。

b）钢轮压路机紧随摊铺机进行折返碾压，每次碾压路段长度大致相同，碾压速度宜控制在5 km/h以内。

c）薄层罩面碾压温度应在90℃以上进行，施工结束后，路面温度降到50℃以下就可开放交通。

5 同步薄层罩面施工质量控制

为获得良好的路面使用性能，必须严格控制薄层罩面施工的各个环节，包括原材料质量、混合料性能以及施工现场的质量控制。

同步薄层罩面是种表面功能层，对表面功能质量具有严格的控制要求，首先要求路面要平整紧密，施工完毕不得有明显的裂缝、油包、轮迹等缺陷，更不得出现离析现象。

同步薄层罩面混合料属于间断级配混合料，本身设计空隙率较大，能够起到快速排水的作用，故而不能将渗水指标用于评价薄层罩面的质量，对此项技术防水性质量控制重点应在改性乳化沥青原材料质量以及施工过程中的洒布量控制，而不需要进行渗水检测。

由于同步薄层罩面施工厚度较薄，容易碾压，故压实度检测无较大意义，相比而言严格控制施工过程中乳化沥青和沥青混合料的温度尤为重要。

6 应用效果

隧道采用同步薄层罩面技术后，再次对其横向力系数进行了检测，横向力系数分布曲线与等级评定结果见图3、图4所示。

图3 同步薄层罩面施工后长城岭隧道路面横向力系数分布曲线

图4 同步薄层罩面施工后各车道等级评定结果

从检测结果可以看出经过同步薄层罩面技术处治的长城岭隧道路面，横向力系数分布在70左右，合格率达到100%，远超过了沥青路面横向力系数设计值（SFC≥45），四车道的评价等级均达到“优”，说明此设计方案能很好地改善隧道路面抗滑不足的问题，对以后此技术的应用推广具有重要意义。

7 结论

本文详细介绍了同步薄层罩面技术在长城岭隧道中的成功应用，通过对处治后隧道路面抗滑性能检测，发现同步薄层罩面技术能有效改善原有水泥混凝土路面抗滑不足的问题，且获得较好的舒适性与降噪效果，对以后薄层罩面技术在高速公路养护中的应用具有重要指导作用。

同步薄层罩面是种优良的耐久性表面层，具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、防水能力、抗滑、抗磨耗等性能。同时同步薄层罩面施工速度快，可采用专门的摊铺设备一次性完成改性乳化沥青喷洒与混合料的摊铺，摊铺后约20 min即可恢复交通，开放交通速度快。