公路抗车辙沥青路面技术研究

2022-10-11李国良

运输经理世界 2022年5期

李国良

（赣州市公路发展中心南康分中心，江西赣州 341400）

0 引言

随着交通流量的不断增加，造成很多超载、重载问题，使部分沥青路面出现了永久变形。例如，车辙是主要的病害问题，路面出现轮迹导致下凹，形成不平整的情况或者路面隆起，对车辆行驶的安全性、舒适度造成负面的影响。因此，加强公路抗车辙沥青路面技术的分析和应用尤为重要。

1 沥青路面车辙形成机理及影响因素

1.1 形成机理

为了消除沥青路面车辙的影响，首先要分析其形成机理，具体是如下几个方面：其一，在沥青路面压实阶段，碾压成型时面层与各个结构层存在空隙。在这种情况下，如果开放交通，路面就会受到汽车荷载作用而不断地挤压密实。其二，沥青混合料的流动。受到高温的持续性作用，沥青混合料会表现出流动性，再加上车轮荷载的持续性作用，沥青以及沥青胶浆不断流动，从而出现结构部分失稳的情况，造成车轮两侧隆起。其三，矿料重新排布以及骨架损坏。因为高温的持续性作用，沥青混合料以半固体形式存在，如果荷载作用下出现流动变化，此时矿质骨架是主要荷载的承担者，再加上沥青材料有润滑的效果，会存在错动的情况，沥青和胶浆不断流动，集中出现在某个区域最终造成车辙的问题。

1.2 影响因素

1.2.1 外界温度的影响

分析沥青路面的车辙形成原因可以发现，该病害的出现存在季节性变化的趋势。沥青材料在长期的使用中，外部环境的温度是造成车辙的主要原因。我国很多地区的夏季温度都会超过30C，因为沥青路面的吸热能力较强，而散热能力比较差，所以造成夏季沥青路面的温度往往在40C 以上。在这种情况下，沥青路面每升高5C，荷载作用下会造成其变形概率升高2 倍。因此，沥青车辙通常都是出现在夏季。

1.2.2 沥青路面材料的影响

沥青混合料包含多种组成成分，任何一种成分加入比例发生变化，都会对路面抗车辙能力产生影响。在沥青混合料的制作中，主要是加入改性沥青、集料等材料，可以提高固结性作用，从而提升沥青路面的抗车辙能力。使用粒径比较大的集料，能够提升抗变形能力，预防受到外部作用力而发生的变形问题。因此，沥青混合料的性能对抗车辙能力影响比较大。

1.2.3 沥青面层厚度的影响

目前我国的沥青路面的建设厚度主要是8cm、12cm、15cm、18cm。厚度的差异对于沥青路面的剪应力也会有不同的影响，通常最大剪应力为2～9MPa，中面层是主要承受剪应力的结构。如果沥青路面厚度达到18cm，则剪应力几乎为零。

1.2.4 沥青路面的运营管理

如果沥青路面在运行中，实际受到的荷载力超出设计规定荷载参数，此时的车辙病害发生率会不断提高。随着现代社会的发展，很多地区都存在严重的超载、重载运行的情况。虽然我国加大了治理力度，但是依然无法消除这些问题。如果长期处于这种交通环境下，沥青路面的损坏问题会变得更加严重。这是因为在车轮的碾压下，沥青路面受到较大的剪应力。如果剪应力超出沥青路面结构的承载能力，变形就无法恢复，还会不断累积，最终形成车辙病害问题。

2 工程概况

某国道项目建设总长度为88.96km，基层结构设计为20～30cm 厚度的水泥稳定碎石，面层为厚度20cm 的沥青混凝土。经过现场勘察发现，整个区域的自然环境比较恶劣，施工难度高，且通行后交通量比较大。为了防止在公路运行中出现严重的车辙病害问题，施工单位根据现场情况采取抗车辙的施工方式，以提升项目通行的安全性、稳定性。

3 抗车辙沥青路面施工

3.1 材料选择

在该工程项目实施中，选择使用的原材料主要是沥青、矿粉、集料等。沥青采用石油沥青材料，矿粉为石灰岩制作，粗集料为碎石，细集料为中粗砂，各项指标经过检验符合工程的要求。因为选取的抗车辙沥青混合料与以往的沥青混合料有明显的差异，即改性剂不同。抗车辙沥青混合料内加入改性剂材料的性能，见表1。下面层的加入比例为3%，上面层则加入0.35%。沥青混合料各种材料的加入比例确定后，直接进行搅拌处理，经过材料性能检验发现，稳定性超出普通沥青混合料3 倍以上。

表1 改性剂性能

3.2 基层清理

该工程抗车辙路面在正式施工前，应及时做好路面的清理工作。先应用平地机进行基层的整平处理，裸露出基层结构，再应用高压水枪进行持续性冲洗处理，确保表面没有任何黏土等材料，且不会有浮尘、杂质等。上述清理工作结束后，应保持一定的时间，达到干燥性效果，符合要求才能继续进行后续施工。

3.3 碎石及沥青撒布

基层结构清理工作结束后，即可进行表面碎石和沥青材料的撒布、碾压施工，主要的作用是提高基层与面层结构的黏结性。撒布作业开始前，首先是进行撒布机的喷头预热施工，然后从基层起始位置进行垂直撒布施工，单次撒布长度在2m 以上。在撒布施工环节，应保持均匀、慢速地行驶，达到喷撒均匀的要求。机械无法施工的边角位置需进行补撒处理。

碎石撒布施工也非常重要，必须加强撒布量的控制。通常按照10～10.5kg/m的要求进行，沥青撒布量则为2.2～2.5kg/m；在现场撒布施工中，温度保持在5～28C 之间，以免影响撒布施工的效果和质量；不能存在任何漏撒或者重复喷撒的情况。

碎石和沥青在铺撒施工结束后，开始进行碾压施工，一般应碾压3 遍。选择应用26t 的胶轮压路机，设备数量为2 台。按照高频低幅的原则进行，速度控制在2.0～2.5km/h 之间，设备相邻部位要重叠30cm 的宽度，且碾压时禁止掉头、急刹车、急停等情况。

碾压结束的3h 内，组织人员开展表面清扫处理，把散落的碎石材料清理掉，以免对路面的平整度产生影响；在施工后3h 内封闭交通，禁止人员、车辆进入作业现场；清理工作结束后，温度下降到合理范围内，才能开放交通，但车辆速度应控制在25km/h 以内。

3.4 面层施工

3.4.1 沥青混合料拌和

基层结构处理完成之后，开始进行抗车辙沥青路面的面层施工。首先，需要准备符合工程需要的抗车辙沥青混合料，该项目是在拌和站统一制作，应用间歇式搅拌设备进行。在材料的制作环节，加强温度控制，保持在175～185C 之间，沥青材料温度处于165～175C 之间。在拌和环节，通过人工方式加入改性剂，并持续搅拌60s 的时间，其中干拌15s、湿拌45s。拌和工作完成后，材料温度达到170～175C，且材料均匀，无离析、花白料等情况，性能参数符合工程的要求，不会影响工程的质量。

3.4.2 沥青混合料摊铺

（1）抗车辙沥青混合料在摊铺前，首先要调试设备，在摊铺机的料斗、熨平板等直接和混合料接触的位置涂抹一层黏层油，油水比例为3∶1。其次，开启摊铺机进行预热，时间在30min 以内，预热后的温度在100C 左右。最后，调节熨平板，确保摊铺施工作业厚度达到设计标准的要求。如果经过试验分析不合格的话，则需要进行再次调整。

（2）在主干道路的摊铺施工中，采用两台摊铺机同时进行的方式，间隔3～6m 即可，并且两台摊铺机要重叠30cm 左右。第一台摊铺机采用机械自动找平梁的方式找平施工，而第二台摊铺机采用声呐控制自动找平系统找平。在摊铺匝道的位置，应用一台摊铺机对全幅宽度进行摊铺，并应用机械式自动找平系统找平施工。在摊铺环节，控制摊铺机的行驶速度为3m/min，路面温度为160～170C，保持均匀、慢速摊铺施工，且没有漏涂的问题。

3.4.3 沥青混合料碾压

在沥青面层摊铺施工阶段，压实度对于路面的抗车辙性能产生直接的影响。因此，在现场施工中，选择最佳的碾压机械设备，并且落实碾压速度、路面温度的控制。施工人员必须有足够的专业知识，不能认为碾压遍数越多，则路面性能越高。因此，在公路项目的实施环节，施工人员应遵循设计方案和技术标准，加强配合比、温度等方面的控制，并且合理地控制碾压遍数，以免造成混合料的损坏，产生不利的影响。

摊铺工作结束后，立即开始碾压施工。为了预防抗车辙路面存在过振或者平整度不足的问题，碾压环节应将速度控制在2.0～2.2km/h 之间，并按照初压、复压、终压的顺序进行。在抗车辙路面碾压施工中，对混合料的温度要求非常高。初压时，应用双钢轮压路机进行，静压2 遍，温度在150～160C 左右；复压用胶轮压路机进行，遍数为4～6 遍，温度为140～150C；终压时，应用双钢轮压路机，遍数为1～2 遍，温度为120～130C。碾压工作全部完成后，质检人员立即进行压实度检测，以确保符合技术标准要求。

3.4.4 养护

碾压施工结束后，开始养护施工，一般都会连续性养护7 天以上的时间。养护方法主要是洒水养护、塑料薄膜覆盖养护。在目前的抗车辙沥青路面养护中，前3 天的养护极为重要，确保路面有足量的水分。如果存在缺水的情况，应及时补充水分。在养护环节，必须管制交通，待温度下降到50C 以下后，可以开放交通。

3.5 质保措施

3.5.1 优化路面结构设计

为了保证抗车辙路面的性能合格，施工单位应重视沥青路面封层结构的施工。在表面喷洒一层透层油，以确保沥青路面表层结构的封水性、黏结性满足要求。此外，结合现场的施工情况，选择合适的路面结构形式。当前我国的沥青结构主要包含两种，即半刚性与柔性路面结构形式。柔性路面结构形式的强度相对较差，但是在预防反射裂缝方面的优势非常明显。而在环境温度较高的条件下，半刚性路面结构会延缓车辙病害的发生时间。因此，项目施工单位应结合项目所在地区的自然环境、项目要求，确定最佳路面结构形式，从而可以提高路面结构的性能，达到交通通行的标准和要求。

3.5.2 混合料质量控制

在抗车辙路面施工环节，加强施工质量管理和控制极为重要。其一，加强原材料管控，组织专业人员进行检查，每项材料都必须有质量合格证明文件、合格证，还要进行性能与数量的检测分析。其二，在混合料拌和作业中，落实管控措施，遵循实验室确定的参数和标准，并落实样品试验检测分析工作。在拌和制作完成后，由质检人员进行性能检测，合格后才能投入使用，不合格则禁止使用。其三，离析控制。沥青混合料的离析控制对材料性能的影响是非常直接的，为防止发生离析的问题，施工单位应做好拌和时间的控制。对于不同配比参数的混合料，拌和过程的控制方式不同，时间也不同，所以要根据实际情况做出合理的控制，才能提高混合料的质量水平。此外，拌和完毕且经过检验合格的材料，应立即运输到施工作业现场，不能存放过长的时间，否则将会造成材料性能下降。合理控制材料的运输距离，避免距离过长而影响材料的性能。在现场施工中，材料存放对时间和环境有特殊规定，不能存放过长时间，以免影响材料的温度和性能。装卸料时，要保持车辆前后移动，确保材料均匀性。在沥青混合料的运输阶段，在车辆顶棚要覆盖一层苫布，防止受到污染，保持温度在合理范围内。其四，成品温度控制。如果沥青混合料的温度比较低，容易发生花白料的问题，对于后续的摊铺、碾压施工造成不利的影响；沥青混合料温度过高，会造成沥青材料老化严重。在现场施工中，严格控制混合料的运输距离和时间，加强空隙率的控制，确保材料的温度处于合理范围内，确保材料性能达标。

3.5.3 混合料运输控制

沥青混合料拌和结束后，应立即运输到现场进行摊铺施工，加强运输阶段的控制，防止对材料性能造成负面的影响。在混合料装载环节，需要在车厢内壁表面涂抹一层防黏结剂，以免出现材料黏附在车厢内壁的情况。在材料装载环节，应采取分次装载方式。抗车辙沥青混合料对温度的要求比较高，需严格管理和控制，运输阶段应加强保温管理，防止温度不能达到规定的要求而影响材料质量。一般来说，运输材料的车辆行驶到施工现场后，挂空挡停放在摊铺机的前方，通常保持20cm 左右的距离，使用摊铺机顶推完成卸料作业。