公路路面预防性养护中沥青超薄磨耗层罩面设计

■夏 昕

（1.福建省交通科研院有限公司， 福州 350005； 2.福建省路翔工程设计有限公司； 福州 350005）

路面预防性养护（Pavement Preventive Maintena nce，简称PPM），即在不改变原有路面结构承载力的情况下，对结构完好的路面采取措施以达到延缓损坏、改进路面功能，节约道路维修养护费用的目的。 一条质量合格的道路，在使用寿命75%的时间内性能会下降约40%， 这一阶段为预防性养护阶段；如不能及时养护，在随后12%的使用寿命时间内，性能将再次下降40%，从而造成养护成本大幅度的增加，这个阶段为矫正性养护阶段[1]。 我国公路养护的原则是“预防为主，防治结合”，目前公路工程已经进入建、养并重时期，国省道路面预防性养护工作近年在国内大力推进发展， 养护的资金、年均实施里程也在逐年增加。 通过对道路的定期排查，及时察觉公路路面出现的轻微病害，并对病害加以研究分析， 采取适用的公路沥青路面养护措施，可以极大地避免轻微病害的加重，有效增加路面的使用年限。 沥青超薄磨耗层作为一种工艺较成熟、可行性较为优越的养护措施，不但可以避免路面的微小损坏，还具有粘结力较好，抗滑、防水、抗老化等性能。 因此，本文以工程实例，设计沥青超薄磨耗层罩面方案，以期为公路路面预防性养护设计的可持续发展提供理论参考。

1 工程概况

路线走向：G357 捷文至东留路段（集镇）段起于捷文村高排下中桥，起点接现状沥青路面，沿线经过高排下、岭背、黄坊村，终于东留镇大明村，设计桩号K447+900～K454+200 路段， 全长约6.18 km，现状道路为水泥混凝土路面。

老路现状：该道路于2002 年实施改造，2017 年启动路面重铺，直接在原有路面层加铺41 cm 厚水泥路面，结构形式为26 cm 水泥路面层+15 cm 水泥稳定碎石基层。

2 路面结构优化设计

本次设计为现状水泥砼路面加铺Thus-M 沥青超薄磨耗层罩面，现状道路的平面线型、纵坡及路幅宽度不做调整。 层间黏结是影响超薄罩面耐久性的关键，原材料的选择、配合比的设计以及施工中的重点控制是本次路面结构设计的重点。

由于超薄罩面是磨耗层， 无法解决结构性病害，所以施工前应先对原有路面病害处冶；再将施工路段的原路面用铣刨机铣刨15 mm 后，在已清理的工作面上使用同步摊铺工艺进行施工， 即Thus-Binder 热拌沥青混合料摊铺和Thus-Bond 改性乳化沥青粘结层喷洒同步进行，然后采用压路机碾压成型。 摊铺好的路面结构如图1 所示。

图1 加铺路面结构

3 路面病害处治方案

对现状水泥混凝土路面的调查和实测，依据路面检测报告对路面状况进行评价， 针对构造接缝、裂缝破坏、沉降、断板、碎裂、网裂等不同形式的病害情况，参照JTG 5421-2018《公路沥青路面养护设计规范》等相关规定，提出以下处治措施。 （1）接缝处理。 清缝机按照原有缝宽和缝深进行清缝，不扩大缝宽，需清理杂物。 接缝采用常温施工的聚氨酯填缝料灌缝。 （2）裂缝处治。 轻微裂缝，清除裂缝内的杂物和周边的松散混凝土，采用聚氨酯填缝。 单条贯穿裂缝，首先进行注浆处理；然后清除裂缝内的杂物； 最后采用常温施工的聚氨酯填缝料灌缝。存在2 条及以上贯穿裂缝的（裂缝长度＞5 m），病害已经扩散发展，采用换板处理。（3）坑洞修补。经全线调查， 本段水泥砼路面存在的坑洞面积都较小，深度＜3 cm，故本次主要采取处理方案如下：①深度≤1.5 cm 坑洞，清除洞内杂物后，直接精铣刨1.5 cm，不再另行处理；②1.5 cm＜深度≤3 cm 的坑洞，清除洞内杂物后，精铣刨1.5 cm，铺筑路面时，同步对坑洞采用Thus-M 沥青混合料填平。 （4）错台。 错台≤10 mm 的板块直接采用精铣刨1.5 cm，不再另行处理；错台＞10 mm 的板块属于严重错台，本次采取换板处理。（5）磨损、露骨和起皮。原则上不做修补，直接精铣刨1.5 cm，铺Thus-M 沥青超薄磨耗层罩面。（6）脱空或者板间传荷不足。 本次脱空指无其他病害的板块，根据板块单点弯沉控制指标（落锤弯沉仪3 级或多级荷载-弯沉线性回归截距，0.01 mm）处治方案为：单点实测弯沉值Lr≤14，不处理；单点实测弯沉值36＞Lr＞14，钻孔注浆处理；单点实测弯沉值Lr≥36，采取换板处理；相邻板块弯沉差ΔD≥6 的板块，板间传荷能力不足，钻孔注浆处理。（7）破碎及断角。 本次对破碎的板块采用换板处理，对断角的板块采用局部换板处理。（8）网状裂缝。对路基段网状裂缝换板，采用换板处理；本次高排下中桥桥面网状裂缝细微且多， 采用聚氨酯进行灌缝处理。 具体病害统计及处置汇总如表1 所示。

表1 病害统计及处置汇总

4 材料选择及性能要求

（1）粗集料：指粒径＞4.75 mm 的集料。优先选用品质优良的玄武岩和辉绿岩。 同时，为保证路面抗剪切性能，石料形状宜破碎完整、容易形成嵌挤框架结构，性能指标须满足表2 要求。 （2）细集料：应选用洁净、干燥无杂质，与沥青有良好的粘结能力的细集料。性能指标须满足表3 要求。（3）Thus-Bond改性乳化沥青：Thus-M 超薄磨耗层采用专用改性乳化沥青作为防水粘结层，要求粘层油有更好的粘结性能和防水特性，又需满足同步施工工艺的机械喷洒性能。

表2 粗集料性能指标要求

表3 细集料性能指标要求

5 Thus-M 高模量沥青混合料设计

5.1 配合比设计

（1）依据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》确定混合料级配和最佳沥青用量；（2）所有热拌混合料在试件成型前必须经过室内短期老化，所有热拌混合料路用性能检测所用试件在测试前建议经室内长期老化。（3）试件直径均为10 cm。 （4）设计配合比须经过具有相关检测资质单位验证并出具配合比验证报告。

5.2 混合料性能及沥青最佳用量

实验室混合料拌合温度为175℃～185℃， 干拌时间≥10 s，有效拌合时间≥90 s，短期老化温度为170℃，成型温度为160℃，马氏击实双面各75 次。基础沥青技术指标应满足空隙率在3%～5%、 矿料间隙率＞17%、 沥青饱和度在70%～85%、 析漏＜0.1%。 添加复配剂后的成品Thus-Binder 改性沥青技术指标必须满足表4 的要求。

表4 Thus-M 高模量混合料性能指标要求

6 施工重点

（1）天气要求：施工现场气温≥15℃，下雨天不允许施工。 集料加热温度为180℃～200℃，沥青加热温度为160℃～170℃，出料温度170℃～180℃。 （2）摊铺施工：一体机同步喷洒乳化沥青与摊铺热拌沥青混合料。路面温度≥15℃，到场温度≥170℃，摊铺温度≥160℃，松铺系数在1.05～1.15。（3）碾压：每台摊铺机应至少配备1 台双钢轮压路机和1 台胶轮压路机，双钢轮压路机静压1～2 遍；振动碾压2～3 遍；胶轮压路机碾压2～3 遍。 之后应检查平整度、路拱，对有缺陷的部位进行修整。

7 结语

粘层采用高粘性的Thus-Bond 改性乳化沥青，能够有效防止磨耗层的剥蚀脱落。 使用路面精铣刨机铣削破损旧路面，同步摊铺机进行施工，增加超强粘结和防水性能，以此实现快速高效施工，迅速投入运营，为公路路面预防性养护设计的可持续发展提供了理论参考。 工程实践证明，超薄沥青混凝土罩面层作为一种养护新工艺，较好地增加了公路路面的使用年限，并且粗糙的沥青表面有较大的抗滑性、降噪性。 同一道路，只要路基完好，可反复利用沥青超薄罩面进行养护[2]。