道路交叉口处车辙病害防治的应用技术研究

何昆鹏

（上海弘路建设发展有限公司，上海市 200000）

0 引言

一般城市交通要道连接着城市各个城区的主要工业、物流园区，整体交通流量大，加之经济的快速发展，进一步加剧了道路的运载压力。因此，各条主要交通要道极易出现各类病害，包括：裂缝、沉陷、车辙、拥包等。其中各交叉道口由于长期受车辆起步、刹车时水平应力的影响，容易导致各类病害产生，其中车辙病害尤为突出和严重[1]。

目前对于车辙病害的主要维修方案为铣刨加罩，依据病害特点、取芯芯样状态、路面弯沉等病害调查情况，进而确定病害维修方式。目前常用的沥青混凝土结构为密实-悬浮的沥青混凝土、骨架-空隙结构的排水式沥青混凝土或密实-骨架结构的沥青玛蹄脂类，虽然可以采用改性石油沥青作为基质沥青，但此类沥青混凝土仍为柔性路面结构。因此，其承载能力较低，抗变形能力较差，无法满足道路交叉口车辆反复启停但不产生车辙的要求。

半柔性路面作为一种新型的路面材料，近几年随着国内学者研究的深入，已经渐渐应用于路面病害修复。半柔性沥青混合料结构是一般是由孔隙率在20%～35% 之间的粗集料以及添加基质沥青后具备一定力学强度的复合形成的道路结构面层的材料，其能克服传统沥青混凝土路面在温差较大的环境下抗变形能力较弱与强度降低等不利因素[2]。因此，其延迟车辙产生时间、降低车辙病害程度的能力远大于普通沥青混凝土路面。半柔性路面添加的基浆材料目前主要采用水泥浆作为空隙填充材料，国内学者已经作了充分的研究并付诸实践[3]。但水泥基类半柔性路面经长期实践发现，其施工完毕后，水泥基材与沥青材料之间黏结的内应力无法抵抗两种材料之间热胀冷缩产生的应力[4]，进而可能出现裂缝、沉陷等病害。本文主要以2 个试验段为案例，应用本文研究的灌注水性环氧材料+特种水泥胶结料而形成的半柔性路面结构，降低城市道路尤其是重载交通的交叉口处车辙病害的出现的时间和程度水平，并明确其施工技术。

1 半柔性沥青混凝土的基本技术参数

1.1 沥青

本次研究中选用改性沥青，改性剂与基质沥青的质量比为12∶88。其技术指标见表1。

表1 A-70# 基质沥青技术指标值

1.2 骨料和填料

粗骨料采用玄武岩；细集料选用石灰岩。骨料规格采用0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～16 mm四档料。

1.3 灌浆料

采用水性环氧材料+特种水泥胶结料结合而成的灌浆料。根据其他各学者的研究结论及工程经验，对于半柔性沥青混凝土路面的灌浆材料，考虑到其路用性能的要求，因此其各项性能指标应满足以下要求：（1）早强快凝，半柔性路面的灌浆材料需2～3 h内快速形成强度，达到开放交通的要求；（2）流动度高，和易性好，以保证其灌浆时的饱满度；（3）抗压强度和抗折强度高，保证路面结构在交叉口反复荷载的作用下，不易产生车辙及变形；（4）干缩、温缩特性较小，以降低气候条件变化导致的路面开裂病害。

根据以上要求，提出灌浆料性能要求，并制作试件，经检测得到数据见表2。结果表明：该灌浆材料3 h 强度已到17.5 MPa，达1 d 强度的73.5%，达28 d强度的42.1%。达到了施工3 h 后实开放交通的要求。

表2 灌浆料的性能检测结果及指标要求

2 大孔隙沥青混凝土的配合比设计

（1）矿料级配拟定

灌入式沥青混凝土使用性能一方面受基体沥青混合料性能的影响，另一方面受到灌入的水泥浆性能和水泥浆的填隙率的影响，因此，应保证其具备良好的体积特性。资料显示，对于此类灌入式沥青混凝土的级配及技术指标要求，其空隙率一般要求在25%～35% 之间，因此根据灌浆对空隙率的要求，本研究拟以25% 为目标空隙率，通过马歇尔试验，确定其沥青用量[5]。

（2）最佳油石比确定

本研究确定采用马歇尔试验最佳油石比，大空隙沥青混合料的指标要求见表3，主要通过控制其空隙率确定混合料的最佳油石比。

表3 基体沥青混合料的指标要求

以25% 为目标空隙率，按表2.3.7 确定的级配组成，分别以油石比为2.5%、3.0%、3.5%、4.0% 的马歇尔试件，测定各项技术指标，见表4。

表4 不同油石比下马歇尔技术指标

由表4 可知，当混合料的油石比为3.5% 时，其空隙率为25.5%，最接近25%，此时连通空隙率为20.1%，基本达到总空隙率的80%，且毛体积密度、稳定度也都满足要求，因此，确定本文研究的混合料油石比为3.5%。

3 交叉口半柔性沥青混凝土抗剪性能研究

考虑到道路交叉口由于行车的特殊性，承受的荷载远高于其他非等待的路段，因此在外来荷载的影响下，对沥青混凝土的抗剪性能要求尤为严格。而目前交叉口面的抗剪切推移能力不足使得车辙成为路面的主要病害之一，因此，为获得使用性能良好、耐久性良好的交叉口路面，要求道路交叉口的材料组成及结构设计必须具有高抗剪切性能。

（1）沥青混合料车辙试验

道路交叉口由于车辆在此频繁启停，水平应力反复作用，导致其剪切变形较一般路段更为严重。因此，在半柔性沥青混凝土的材料及结构设计时，必须将抗剪切性能作为重要数据指标。

分节进行60℃和80℃的车辙试验，试验结果见表5。

根据以上试验结果，动稳定度均大于20 000，远高于其它沥青混凝土，这表明从动稳定度这一试验结果表明，本文研究混合料的高温条件下的稳定性及抗高温衰变性能远强于一般沥青混合料。

（2）沥青混合料灌入剪切试验

本试验中，制备水灰比为0.5 的水性环氧沥青早强水泥浆与普通水泥浆并进行灌注，水性环氧沥青水性环氧沥青早强水泥浆灌注试件养生期为5 h，普通水泥浆灌注试件养生期为28 d，不同条件下进行贯入剪切试验。

根据试验结果，本试验中采用的水性环氧沥青水性环氧沥青早强水泥浆灌注后养生5 h 后的试件在25℃时抗剪强度可达同条件下养生28 d 后的试件抗剪强度的70% 以上，说明此水性环氧沥青早强水泥早期强度增长非常快，5 h 龄期在25℃的抗剪强度值大于4 MPa，60℃高温下的抗剪强度亦大于1.6 MPa，此时的抗剪强度已满足交叉路口抗剪性能基本要求。

4 工程实例及应用

4.1 工程概况

上海市奉贤区新奉公路、航塘公路作为区内重要的交通运输通道，交通流量逐年增大，车辆荷载也在逐年增大，特别是在与团青公路等重要道路的交叉口位置由于汽车启停等剪切力作用，各个交叉口均出现了较深的车辙，最大车辙深度已达10 cm，极大地影响了车辆通行的舒适性，并存在一定的安全隐患。据此，奉贤区公路市政管理所决定对上述路口进行抢修，为了避免病害反复，决定采用半柔性路面结构进行车辙修复。修复区域及面积见表6。

表6 半柔性路面道路交叉口修复面积一览表

4.2 路口病害调查及修复方案

该项目实施前，对原沥青混凝土路面进行全面检测，主要检测内容包括以下三个质量指标：检测原路面弯沉值，评价原路面承载能力；测量原路面车辙深度、开裂面积、开裂形式、坑槽面积评价原路面状况；通过取芯验证原沥青混凝土的级配、强度，分析其结构及材料设计的合理与可靠性。具体检测结果见表7。最后，在次基础上统计本路段交通量、交通构成以及轴载特点，并综合原道路的结构性能和交通状况，优化两个试验段的抗车辙处治方案。根据上述内容，该次道路交叉口的车辙修复采取如下方案，见表8。

表7 道路车辙病害超强养护应用研究施工前数据检测

表8 灌注式沥青混凝土道面结构

4.3 施工工艺流程

（1）路面铣刨处理、清扫

针对本路段病害情况，首先需铣刨路面，铣刨深度为10 cm，横向缝采用垂直接缝，路面铣刨后做好清扫工作，保证路面整洁、无杂物。如下基层存在较宽裂缝，可加设土工格栅和防裂贴。

（2）洒布黏层油本次维修的两个路口由于经过多次维修及改造，路口沥青混凝土面层较厚，铣刨10 cm 后，喷洒黏层油，采撒布用量控制在为0.4～0.8 L/m2。

（3）大空隙半柔性沥青混凝土铺筑

混合料摊铺时的松铺系数根据经验控制在1.25。碾压施工中，应按表9 要求碾压成型。碾压作业时，首先使用18 t双钢轮压路机对新旧路面搭接处进行静压，弱振碾压，碾压遍数控制在3～4 遍。对正常摊铺的新路面，使用18 t双钢轮压路机静压碾压，碾压5 遍，轮迹应重叠轮宽的1/3～1/2，压路机应缓慢均匀的行驶（初压速度1.4～2.6 km/h）。当沥青表面温度降低至80℃时进行终压，以消除轮迹，应采用钢轮压路机，严格禁止采用胶轮压路机。

表9 大空隙半柔性沥青混凝土的碾压成型要求

（4）封边处理

为防止灌浆过程中对处治外围外的沥青路面以及其他附属设施造成污染，同时加强提升灌浆饱满程度，必须采用组合封边法对维修处治区域进行封边处理，此方法具有更高封浆能力，同时稳定性较好。在半柔性沥青混凝土碾压完成后，使用清扫车对处置范围周围进行清扫，并进行封边处理。通过封边处理，能较好的避免灌浆材料流出，同时还可防止污染处治方位外的路面、路缘石等设施，并且有利灌浆后的刮浆施工。

（5）灌注水泥基灌浆材料

使用改装的设备现场进行灌浆料的制备。先制作出水泥基浆，然后加入水性环氧沥青继续搅拌1 min，形成水性环氧材料+特种水泥胶结料结合而成的灌浆料。碾压施工完成后待表面温度自然冷却2 h 后，即可按要求进行灌浆材料的灌浆施工。必须控制灌浆料自流平渗时间超过20 s，渗入控制以灌浆料不再下沉、冒气泡为止。如处置范围具有纵横坡，应由低向高进行水性环氧水泥基浆推洒，防止因浆体流动过快，导致渗透效果不佳。

（6）表面刮浆处理

完成水性环氧水泥基浆灌注后，采用自动化刮浆设备+人工扫刷的方式进行刮浆处理，清除表面多余的水泥基浆，同时需保证大孔隙沥青混凝土的集料凹凸面露出，以提高路面抗滑水平。

（7）养护

当气温较低时，封闭养护2～3 h 即可开房交通。当气温较高时，特别是夏季或温度超过30℃时，需在水泥基浆初凝后洒水养生，完成灌浆3 h 左右，即可开放交通。

5 项目竣工验收检测

5.1 钻芯取样

该项目2 个交叉口竣工后，选取4 个点位进行钻芯取样，检测路面结构施工厚度和水性环氧水泥基浆灌浆深度，检测结果见表10。

表10 沥青混凝土钻芯取样检测结果

根据以上检测数据可知，该项目的两个交叉口施工完成后，其空隙率、稳定度和流值均满足相关规范要求，交叉口面层结构为灌入式半柔性沥青混凝土面层，与基层粘结良好。说明本次研究的水性环氧水泥基半柔性沥青混凝土路面技术的应用，能够保证路面施工质量，满足规范要求。

5.2 弯沉检测

该项目2 个交叉口竣工后，对路面进行弯沉、平整度、摆值等指标的测定，各项检测指标结果见表11。

表11 半柔性沥青混凝土路面质量检测结果

根据检测结果可知，路面弯沉平均值为17.1（0.01 mm），计算得平整度的平均值为1.7 mm，摆值平均为68，渗水系数为27，均满足相关规范的要求。

6 结语

综上所述，本文研究的半柔性沥青混合料是耐磨、热稳定、抗车辙能力均优于其他沥青混凝土结构。本文还进一步研究了半柔性沥青混凝土的施工工艺流程，以保证路面结构施工质量，同时对道路交叉口的应用扩展了其使用范围。因此，本文研究的环氧沥青半柔性沥青混凝土对处治道路交叉口车辙病害，提升交叉口路面的抗车辙性能，降低城市道路尤其是重载交通的道路交叉口处，其生命周期内的运营成本具有重要意义。

同时，通过对环氧沥青半柔性沥青混合料进行路用性能的室内试验及实际的工程应用研究及分析，进一步得出结论如下:

（1）水性环氧材料+特种水泥胶结料结合而成的灌浆料3 h 的抗压强度可达到17.5 MPa，1 d 抗压强度的73.1%，达28 d 抗压强度的42.5%，早期强度形成较快，为道路交叉口快速施工及及早开放交通提供了有利条件。

（2）本文研究的环氧沥青半柔性混合料高温条件下车辙动稳定度为超过20 000 次/mm，远高于其他包括使用改性机制沥青的混合料，表现出了极好的高温稳定性;马歇尔残留稳定度为达到了92%，表明其水稳定性良好。

（3）本文研究使用灌浆饱满度来评价环氧沥青半柔性路面灌浆的饱满性，采用灌入的灌浆料的体积占大空隙基体沥青混凝土空隙的百分比作为表征指标，经室内试验以及现场检测结果表明，其灌浆饱满度达到了90% 以上，由此表明，高流动度特种早强型环氧沥青水泥基灌浆料对大空隙沥青混凝土的填充性良好。