高性能摊铺式应力吸收层路用性能研究

2022-09-14姜天龙

交通世界 2022年23期

姜天龙

（石家庄市交建高速公路建设管理有限公司西阜分公司，河北石家庄 050000）

0 引言

20世纪70年代，水泥路面因其强度高、稳定性好、施工方便、耐久性好等优点，被广泛推广[1]，但水泥路面设有接缝，严重影响行车舒适性，随着时间的推移，大多数水泥路面出现裂缝、网裂等路面破损。故本研究以高性能摊铺式应力吸收层为研究对象，首先调查分析旧水泥混凝土路面破损状况，并采用摊铺式应力吸收层进行施工，希望能为同类施工提供参考。

1 工程实例

1.1 工程概况

某公路工程全线长136km，起点桩号为K500+000，终点桩号为K536+000，该二级公路于1990年正式通车，该公路路面结构为26cm水泥混凝土面层+16cm水泥稳定碎石+20cm水泥稳定砂砾。水泥路面板行车道尺寸为5m×5m，水泥路面板超车道尺寸为5m×4m。硬路肩尺寸为2m×2m，水泥板接缝处并未设置传力杆。

根据对此地段道路水文地质探测结果发现，该地区日交通量虽小，但存在较多大型货车通行，其中不乏超载的货车，对原路面造成较大的破坏。该公路投入使用三十年，试验路段位于山区地段，部分路段地基承载力不足，造成局部不均匀沉降，且水泥板在长期荷载作用下出现裂缝、破碎、错台等现象，不仅影响行车安全和行车舒适性，严重时还会导致发生交通事故。因此为确定试验路段高性能摊铺式应力吸收层组合设计，对依托工程路段进行路面破损检测及评定工作[2]。

1.2 原路面破损检测

该公路投入使用30年，在长期反复交通荷载和外界环境作用下，原路面出现不同程度的开裂、车辙、松散，使用道路检测车对原路面破损和病害进行检测，结果表明，道路破损主要集中在行车道的轮迹带和水泥板接缝处，其中本次调研路段为原公路K550+000—K555+000，调查表明路面存在大量裂缝破损，龟裂多达5处，龟裂破损总面积634.87m2，2处松散，破损总面积91.5m2，松散现象将严重影响路面服务水平，若不及时治理将迅速发展为更严重的病害。调查结果如表1所示。

表1 原公路路面破损检测结果

2 应力吸收层混合料性能检测

2.1 原材料性能指标检测

本文高性能摊铺式应力吸收层所用沥青为基质沥青，所用集料为玄武岩。

（1）基质沥青

本次试验路段所用沥青选择东海牌基质沥青，其技术指标测试结果见表2。

表2 沥青技术指标检测结果

表2 （续）

（2）集料

本次试验路段所用粗骨料和细集料采用玄武岩，其检测性能如表3所示。

表3 粗、细集料技术性能检测结果

2.2 水稳性能评价

为研究高性能摊铺式应力吸收层混合料水稳定性能是否满足施工要求，本文对吸收层混合料进行冻融劈裂强度试验，沥青混合料油石比为9.0%、空隙率为1.8%、矿料间隙率为12.4%、沥青饱和度为84.6%，试件成型后将试件放在25℃恒温恒压条件下浸泡3h后检测试件劈裂强度，然后再放到恒温恒压-20℃冰箱中放置20h后检测劈裂强度。制作4组试件进行试验，并按照式（1）计算吸收层的冻融劈裂强度比。4组试件冻融劈裂强度试验检测结果如表4所示。

式（1）中：TSR为冻融劈裂强度比（%）；RT1为未冻融循环时试件的劈裂强度（MPa）；RT2为冻融循环时试件的劈裂强度（MPa）。

表4 4组试件冻融劈裂强度试验检测结果

由表4可知，4组试件冻融劈裂强度比分别为91.6%,94.5%,91.2%,93.4%，应力吸收层冻融劈裂强度比平均值为92.7%，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）要求冻融劈裂强度比不得低于70%，高性能摊铺式应力吸收层混合料冻融劈裂强度比满足规范要求，且拥有良好的水稳定性能。

2.3 高温性能评价

为研究高性能摊铺式应力吸收层混合料高温稳定性能是否满足施工要求，本文对吸收层混合料进行车辙试验，混合料试件油石比为8.5%、空隙率为2.5%、毛体积密度为2.356g/cm3，试件用轮碾机碾压成型，成型后在室内冷却24h，再将试件放到50℃恒温恒压条件下的车辙试验机内，轮胎压力为0.8MPa反复碾压，制作4组试件进行试验，并按照式（2）计算吸收层的动稳定度。4组试件动稳定度试验检测结果如表5所示。

式（2）中：DS为动稳定度（次/mm）；d1,d2分别为t1,t2时刻对应的变形量（mm）；C1,C2为修正系数，本试验C1,C2取1.0；N为轮碾速度，本试验轮碾速度取45次/min。

表5 4组试件动稳定度试验检测结果

由表5可知，4组试件动稳定度为5 410次/mm、4 951次/mm、4 960次/mm、5 000次/mm，应力吸收层动稳定度平均值为5 012次/mm，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）要求动稳定度必须大于3 000次/mm，高性能摊铺式应力吸收层混合料动稳定度满足施工要求，拥有良好的高温稳定性能。

3 工程实践

3.1 施工工艺

3.1.1 施工机械

路面处置设备主要为：注浆设备和冲击破碎设备，沥青混凝土拌和楼1套、卸料车3台、摊铺机1台、双钢轮压路机4台，洒布车1台、路面清扫车1台。

3.1.2 吸收层混合料生产与运输

吸收层混合料按照生产配合比进行调整，确定集料级配，沥青的加热温度及拌和时间，混合料生产与运输过程中应严格控制温度，混合料拌和温度控制在170~180℃，混合料运输温度控制在160~170℃，混合料碾压温度控制在155~165℃[3]。

3.1.3 混合料摊铺

（1）吸收层混合料摊铺机进入施工现场前，必须有6辆以上的运输车在现场等待，禁止摊铺机等候运料车的情况。

（2）《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求沥青混合料摊铺速度为1~3m/min，因此本次试验路段摊铺速度控在2.0 m/min左右，摊铺机速度均匀且平稳，不得突然加速或减速，保证路面质量满足施工要求[4]。

（3）高性能摊铺式应力吸收层厚度控制在20mm±5mm，应力吸收层纵向施工缝距离水泥板纵向裂缝至少150mm。

3.1.4 碾压

压实作业采用双钢轮压路机静态碾压方式，现场应力吸收层压实度应达到95%以上。

3.2 路用性能评价

对本试验路段的路面道路行驶状态RQI、车辙深度RDI、抗滑性能SRI进行检测，检测方法如表6所示，各检测项目均按照《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007）的要求，以1km为评价单元，分上行和下行分别对路况进行调查。并对实施高性能摊铺式应力吸收层后3年间路面性能进行跟踪检测，检测结果如表7所示。