纤维碎石封层在应力吸收层中的应用分析

赵振华

（南通市市政设施管理处，江苏 南通 226001）

对老路的改扩建可以有效缓解交通压力，提高路面行驶舒适性，而路基和基层的结构强度、稳定性是老路改扩建设计中极为重要的内容，若不能采取合理的设计方案，极易导致沥青路面出现反射裂缝、沉陷、网状裂缝等病害，加速路面结构的破损。纤维材料具有较好的抗裂性，将其用于碎石封层可以显著提升抗裂性能，纤维碎石封层可作为沥青路面的上封层和下封层使用，在路面结构中起到消散应力、延缓路面开裂的作用[1]。

1 工程概况

长江路快速化改造工程建设促进了南通市区西部南北快速通行，也为长江北路西延预留了空间，对于缓解市区的交通压力、促进城市经济发展有重要意义。由于跃龙南路～工农南路已纳入啬园路快速化改造范围，而洪江路～跃龙南路段又为高架路段，主要对滨江大桥～洪江路路段进行改造维修，各路段的路面技术状况及结构强度测试结果见表1。

表1 各路段的路面技术状况及结构强度测试结果

结合滨江大桥～洪江路路段的路面技术状况检测结果提出各路段的养护方案，滨江大桥～人民西路和中远路～虹桥路路段的结构强度处于临界值附近、路面状况处于中等以上，采用辅路结构补强方案；人民西路～任港路和任港路～中远路路段的结构强度不足、路面状况处于中等以下，采取辅路开挖新建方案；虹桥路～姚港路和姚港路～洪江路路段的结构强度处于临界值附近、路面状况处于中等以上，采取主辅路结构补强、局部开挖新建的方案。因此，对于路面结构强度处于临界值附近的路段，需要对基层和路基进行聚合物注浆补强。为加强路面结构层的层间粘结，同时减少基层反射裂缝对沥青面层的影响，有必要在沥青面层与基层之间加设纤维碎石封层，提高沥青面层的防水性能和低温抗裂性能。

2 纤维碎石封层的功能与技术特点

与传统碎石封层技术类似，纤维碎石封层也属于嵌挤类结构，由下层乳化沥青、纤维、上层乳化沥青、碎石集料等组成（如图1所示）。纤维碎石封层采用层铺法的施工工艺，采用专用喷洒设备，先喷洒一层乳化沥青，撒布纤维，然后再喷洒一层乳化沥青，最后撒布碎石，采用胶轮压路机碾压成型。

纤维碎石封层采用经专门工艺切割而成的具有一定长度的纤维，通过将纤维布置在上、下两层胶粘材料中，使得纤维在胶粘材料中乱向均匀分布，从而形成一层具有高弹性和高强度的加筋结构层，表现出良好的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度等综合力学性能[2]。通过纤维与两层乳化沥青的渗透、吸附作用，使得纤维与乳化沥青形成加筋的保护层结构，有效提升了结构层的密闭性和防水性，且纤维的加筋与桥接作用形成的结构层还可以起到消散路面结构应力、延缓反射裂缝的效果。在沥青路面维修、水泥混凝土路面加铺施工中，常将纤维碎石封层作为路面结构下封层或者应力吸收层使用，能有效抑制反射裂缝，减少路面病害，还可以起到封闭上层路面面层裂缝、防止水分下渗到下面层或基层的作用，从而提高路面结构整体的抗水损害能力[3]。

图1 纤维碎石封层结构

因此，结合本工程各路段路面结构强度及破损情况，对于采取结构补强方案的滨江大桥～人民西路、中远路～虹桥路、虹桥路～姚港路和姚港路～洪江路等路段均可采用纤维碎石封层作为应力吸收层。

3 纤维碎石封层的配合比设计方法

3.1 设计理论

纤维碎石封层配合比指根据工程需求确定纤维碎石封层各组成材料的比例。从现有碎石封层配合比设计方法来看，主要有经验法和理论法两种。碎石封层配合比的理论设计方法与沥青混合料类似，通过试验测试原材料的体积参数，根据体积设计法进行配合比设计，这种方法可以得出初步的配合比设计结果，但未能考虑工程项目实际情况，设计结果往往有偏差。因此，当前主流的碎石封层配合比设计方法仍采用基于实践经验的设计方法，在确定乳化沥青、碎石及纤维用量范围的基础上，针对材料特性、路面技术状况、交通量、气候特点等影响因素进行理论修正，并采用室内试验方法对成型的纤维碎石封层进行试验测试，验证纤维碎石封层的性能指标。采用这种经验方法与理论方法相结合的方式，可充分发挥两种设计方法的优势，有效保障纤维碎石封层的施工质量，既能减少碎石集料严重散失和泛油等病害，还能延长纤维碎石封层的使用寿命，对推动纤维碎石封层的工程应用有重要意义。

在配合比设计前期，需要对各原材料（乳化沥青、碎石及纤维等）参数进行检测，确保各原材料的质量符合工程应用要求。在配合比设计中期，主要根据工程项目的交通量、原路面技术状况、施工季节、施工目的等要求，在室内开展配合比设计试验，确定各组成材料的初步用量和比例。在配合比设计后期，可在室内模拟纤维碎石封层的施工，并对其性能进行验证，或者进行现场试验段施工，现场测试纤维碎石封层的实际应用效果，结合室内试验或者现场试验测试情况进行配合比设计调整[4]。

3.2 配合比设计过程

为保证养护维修工程施工质量，须选用符合工程设计要求的纤维碎石封层材料。纤维碎石封层的胶粘材料选用快凝阳离子改性乳化沥青，SBR聚合物胶乳的含量为3%，各项性能指标符合要求。由于本工程中纤维碎石封层用于路面结构的下封层，为提高集料与胶粘材料的粘结效果，选用单一级配的石灰岩碎石集料，所用石灰岩集料应保证其压碎值、破碎面数量、扁平指数等指标满足工程设计要求。纤维选用对环境污染小的无硼、无氟改进型玻璃纤维，纤维切割长度一般为30～120mm，具体长度的选用需结合路面的病害情况、乳化沥青用量、维碎石封层厚度等综合确定。

确定纤维碎石封层各组成材料的用量是纤维碎石封层配合比设计的重点内容，根据经验和相关规范，纤维碎石封层碎石集料用量的推荐范围见表2，纤维碎石封层乳化沥青用量的推荐范围见表3，纤维碎石封层玻璃纤维用量的推荐范围见表4。

表2 纤维碎石封层碎石集料用量的推荐范围

表3 纤维碎石封层乳化沥青用量的推荐范围（kg/m2）

表4 纤维碎石封层玻璃纤维用量的推荐范围

纤维碎石封层的碎石集料用量与封层类型、封层厚度、碎石材料特性、道路交通量及路面技术状况等密切相关，纤维碎石封层的最大厚度为碎石集料的最大公称粒径，本工程中纤维碎石封层作为路面面层与基层之间的应力吸收层使用，且不同路段的路面技术状况和承载力不同。纤维碎石封层碎石集料FCA2级配类型，碎石粒径为5～10mm，封层厚度为10mm，碎石撒布量为8m3/1000m2。

纤维碎石封层的乳化沥青用量与封层类型、集料特性、集料用量、原路面技术状况及沥青含量等密切相关，本工程采用的改性乳化沥青的沥青含量为60%，由于该路段为重交通路段，乳化沥青用量在推荐用量的基础上减少5%～10%，预计秋季施工时乳化沥青用量在推荐用量的基础上增加5%左右，加上该路段原有路面技术状况较差，由表2可知，纤维碎石封层乳化沥青的用量范围为2.0kg/m2。

纤维碎石封层的纤维用量与原路面技术状况、交通量类型等密切相关，当路面的龟裂、网裂病害较多时，应增加纤维用量，而封层用于应力吸收层时纤维用量也需增加，由表3，结合纤维厂家的生产工艺和工程实际需求，选用纤维长度为60mm，纤维用量为120g/m2。

按照经验方法确定的纤维碎石封层材料配合比用量进行室内试验验证，主要对纤维的吸油率、乳化沥青破乳时间、乳化沥青与碎石附着力、构造深度、摩擦系数、粘结力等进行测试，纤维碎石封层的各项力学指标和路用性能指标均符合设计要求，可以进行试验段施工，根据试验段的现场测试结果判断是否需要进行配合比的调整。

4 纤维碎石封层的施工与质量控制

4.1 施工准备

对于原路面基层出现严重裂缝、松散及路基冻胀、翻浆的路段，应对路基和基层进行修补处理，一般路面修补工作应至少提前6个月完成，裂缝封闭工作应至少提前3个月完成，且宜在纤维碎石封层施工前一年的秋季进行。

纤维碎石封层施工需要用到较多的施工设备和辅助设备，施工前应对各个机械的性能和技术参数进行校准和测试，确保所有的机械设备都处于良好的工作状态，同时制定设备的使用和应急处理方案，确保工程施工能按照施工方案的要求连续进行。

4.2 铺筑试验

由于纤维碎石封层的工程施工受原路面技术状况、施工季节、施工温度等多方面因素的影响，在条件允许的情况下，应开展工程试验段施工，验证室内配合比设计结果和工程应用效果，试验长度不宜少于50m，本工程试验段长度200m。工程试验段施工时，先按照1.0kg/m2的用量洒布第一层改性乳化沥青，同步按照120g/m2的用量撒布玻璃纤维，待第一层改性乳化沥青破乳后，再洒布第二层改性乳化沥青，第二层乳化沥青破乳撒布碎石，碎石撒布量为8m3/1000m2，然后用胶轮压路机进行初期碾压，并对纤维碎石封层的局部区域进行人工修补，待纤维碎石封层初期养护完成后，清除过量碎石。在试验段施工过程中，应对材料用量进行计量，检验乳化沥青、纤维及碎石的用量是否合适。在试验段施工完成后，还应开展测量碎石集料的嵌入深度、观察碎石集料的嵌挤效果、测试纤维碎石封层的粘结强度等工作，以此为依据对工程施工设备的参数及材料配合比进行优化和调整。

4.3 施工流程

气候条件对纤维碎石封层工程施工的质量影响明显，阳光充足、气温较高、湿度较低、微弱风或无风、无雨、无雾的天气条件是纤维碎石封层工程最理想的施工时段。当最低气温低于15℃和气温高于45℃时，不可开展纤维碎石封层的施工，施工过程中还应注意树荫下或其他阴凉处的路面温度与有阳光路段的温度差别，以保证满足工程施工温度的要求。大规模施工时，在纤维碎石封层试验段施工经验的基础上进行调整和优化，并按照清洁原路面、设置施工引导线、洒布乳化沥青，撒布纤维和碎石、碾压压实、人工修补、初期养护、清除过量碎石和后期养护的流程进行[5]。

4.4 质量管理与验收

由于工程施工路段较长，考虑采用抽检的方式进行纤维碎石封层工程施工质量验收评定，一般选取1～3km路段对路面的表观质量（外观、横向接缝、纵向接缝、边线）、渗水系数、封层厚度、粘结强度等指标进行检测，同时检查工程施工的原始记录，核算纤维碎石封层各材料的用量。长江路快速化改造工程的纤维碎石封层施工结束后，对滨江大桥～人民西路和中远路～虹桥路共计1.025km路段的纤维碎石封层各项指标进行测试，结果表明，纤维碎石封层工程的各项指标满足工程设计的要求。

5 结语

传统碎石封层技术已成为道路养护维修工程的常用养护方案之一，而纤维碎石封层不仅具有普通碎石的基本性能，通过掺加纤维材料，还使得封层在抗裂性能、防水性能方面得到显著的提升，可有效防止雨水从沥青面层渗入基层，同时减少和延缓基层裂缝向沥青面层延伸。在长江路快速化改造工程中，将纤维碎石封层用作应力吸收层，较好解决了原有基层强度补强处治后可能再次开裂引起路面反射裂缝的问题，在老路的养护维修工程施工中有很好的参考价值。