高速公路沥青路面材料、工艺与结构的一体化分析

刘伟荣

（甘肃路桥善建科技有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

沥青路面施工技术是将沥青材料作为公路路面建设的材料之一，将其铺筑在路面面层，利用其材料性能优势，优化公路路面设施性能的施工技术。在高级公路工程建设中，施工单位应用沥青作为路面施工的主要材料，配合沥青路面施工的工艺，铺筑沥青路面的面层、基层、底基层及垫层。多层次的沥青路面相较于普通的混凝土路面更加坚固、稳定，且具有抗冲击性、缓冲性等功能。所以，研究沥青路面材料、工艺以及结构的一体化具有显著的意义。

1 沥青路面施工技术的使用优势

1.1 沥青路面物理性质相对良好

从国内高速公路工程的建设数据中可知，2018年国内的沥青路面占比达到约85%，沥青材料的道路使用消耗量达到2900 万t，沥青材料在公路工程建设中使用量如此庞大的原因，在于运用沥青材料建设的公路路面具有相对良好的物理性质。一方面，沥青路面相较其他路面表面更加光滑，在车辆行驶的过程中，沥青路面对车胎的磨损较小。虽然沥青路面表面平整光滑，但并不容易造成车辆行驶过程中的打滑、失控现象，反而由于沥青路面材料的构成较为特殊，导致路面的肌理能够增强车辆轮胎的抓地力。其原因在于：沥青路面的混合料由粗细集料、矿粉组成，混合料的搭配能够提高沥青路面的黏聚力，使轮胎不易在路面上出现打滑。另一方面，沥青路面采用的矿质骨料具有较强的耐磨性，矿物颗粒之间的结构稳定，所以沥青路面具有一定的拉伸性能与抗压性能，不易产生路面开裂、路面沉降的问题，具有较为可观的应用价值。

1.2 沥青路面后期运维效益较高

高速公路工程的建设需要考虑公路设施后期的运行与维护，以沥青作为路面建设的主要材料，有利于提高公路工程后期运行与维护的便利性，突出高速公路设施的多项效益。

一方面，沥青路面的后期养护主要以填补路面裂缝、增强路面的各项性能为主，养护工作能够延长沥青路面的使用寿命。从当前沥青路面的养护技术来看，罩面养护技术能够在较短的时间内恢复沥青路面的吸附性防水层，养护过程一次成型，相较于混凝土路面的养护工作，沥青路面的养护工作内容较为简单，对工作人员的技术操作水平要求不高。

另一方面，在保证沥青路面混合料不产生化学变化的基础上，铺筑沥青路面的部分材料能够通过拆除实现循环利用，材料的反复利用价值十分可观，所以在后续高速公路工程的修建与改建当中，沥青路面能够通过拆除后循环利用来增加部分经济效益。

2 高速公路沥青路面材料的应用要点

2.1 高质量沥青路面混合材料的使用

在恶劣环境条件下的高速公路工程施工中，为保证公路设施能够保持正常的运营状态，施工单位往往采用高质量的沥青路面混合料作为路面铺筑的材料，使铺筑后的沥青路面性能得到保证。该材料的使用要点分为以下两个方面：

一方面，《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）等工程理论标准对高质量沥青路面混合材料的使用等级进行了精准的划分，为生产具有不同性能的高质量沥青混合料，施工单位往往需要根据沥青混合料的监督管理办法规划拌和工作。

另一方面，沥青路面混合料由粗细集料以及矿粉材料组成，不同颗粒尺寸的材料会对路面的使用性能产生巨大的影响，如图1所示，从图中的数据可以看出，控制沥青混合料颗粒尺寸大小，能够有效改善混合料颗粒间隙，提高沥青路面的紧实度、平滑度，使沥青路面不易积水。当图中的混合料粒径尺寸与通过率发生变化时，沥青路面的紧实度、表面平滑度、道路表面颗粒感也会随之变化。所以，在高质量沥青路面混合材料的使用过程中，施工单位需要结合公路工程建设性能需求，调整混合料的构成以及材料属性，才能提高沥青路面设施的建设质量。

图1 SP 沥青混合料筛孔尺寸与间隙通过率关系

2.2 排水沥青混合材料的使用要点

排水沥青混合材料是沥青路面工程中使用的典型材料类型之一，又被称为OGFC 路面材料。排水沥青混合材料具有压实后空隙大的特性，所以，由该材料铺筑而成的公路路面具有较为可观的排水、抗滑以及降噪的效果。如图2所示，控制排水沥青混合材料的筛孔尺寸，可以构建出不同配置的沥青路面结构，发挥不一样的路面设施性能。

图2 排水沥青混合料的三项配置

除此之外，在选材的过程中，应保证使用排水沥青混合材料铺筑后的沥青路面具有均匀的透水功能。

3 沥青路面施工一体化的施工案例

3.1 多阶段一体化的施工

在云南省某高速公路工程路段的施工中，施工单位采用的是工艺、结构与材料一体化的施工方法，对高速公路的路面施工进行详细的规划。

首先，考虑当地环境因素的影响，施工中的沥青路面结构层需要着重加厚表面层、基层、底基层以及垫层的厚度，且结构按照标准的沥青路面施工规范进行设计，施工现场的沥青路面表面层分为高面层、中面层以及下面层，高面层的结构密实且稳定，中面层以及下面层则通过分开铺筑的方式，分别完成两层路面的结构施工。

其次，根据工程中沥青路面的层级结构，施工单位对沥青混合料的选择与搭配做出一定调整，例如：为保证沥青路面表层的耐磨性，施工单位选择细集料作为主要材料之一，应用振动筛排除颗粒粒径超出指标的集料；为保证沥青路面的高温稳定性，沥青混合料的配比减少了油的用量，并增加一定的细集料颗粒，如表1所示。同时，施工单位对沥青混合料的针入度、密度等划分了严格的标准。

表1 根据路面结构需要制出的沥青混合料数据

最后，根据沥青路面施工的选材，施工单位对施工过程的使用工艺进行调整，其中涉及的施工阶段有：混合料摊铺、沥青路面压实、路面接缝等。为保证该公路沥青路面的多孔结构，施工单位选择贯入式施工工艺进行表层施工，增强施工工艺与材料制备的协调性。其中一段施工工艺的流程为：将原料制备环节得到的沥青混合料按施工标准进行铺筑，第一次碾压后的厚度达到5～6cm 时，衔接填充嵌缝料的工艺环节，再经过一次碾压后，继续第二遍沥青混合料的铺筑，如此反复三遍成型。从该施工案例当中可以看出，施工单位首先对沥青路面的结构做出详细的规划，再根据路面的结构进行选材、制备材料，使材料属性符合路面结构的建设要求，紧接着采用贯入式的路面施工工艺进行施工，有效地控制拌和层的厚度，使沥青路面的结构能够更加完整且稳固。三个施工要点保持循序渐进的实施状态，充分根据施工的现况进行路面建设，在保证多施工阶段一体化运行的同时，提高沥青路面建设质量。

3.2 具有共同目的的沥青路面一体化施工

施工目的既是施工方案设计的重要前提，也是施工制备材料、选择工艺技术、设计路面结构的工作参考。在江苏省某高速公路工程的建设中，施工单位将统一的沥青路面施工目标作为核心，共同研讨施工工艺、工程材料以及路面结构设计的有效办法，最终保证了工程建设的一体化执行。第一，基于工程路面施工的平整度要求，施工中使用的混合料细致且均匀，根据路面层厚度的施工要求，施工人员将材料的粒径控制在路面层的1/3 左右。路面的碾压工艺选择初压、复压、终压相结合的方法，最大程度地保证沥青路面的稳定成型以及表面的平整度。第二，工程施工方案要求，沥青路面需要具备一定的高温稳定性，所以，在施工材料的制备过程中，矿粉材料的选择主要以磨细石灰石、角闪岩为主；混合料的碾压工艺阶段将混合料温度控制在50C，碾压应力控制在0.7MPa，以这样工艺标准控制沥青混合料的碾压工作，提高沥青路面成型后的稳定性。从该工程案例当中可以看出，材料、路面施工工艺与路面结构的一体化能够以工程建设目标为核心，统一构建符合工程建设目标需求的施工方向，保证施工的效率以及过程的统一性。

4 优化材料、工艺与结构一体化效果的施工策略

4.1 应用智能监控技术实施一体化管理

在信息时代的发展背景下，智能监控技术被应用到各行业领域的工作或服务中，为行业的发展提供了新的技术动力。在高速公路工程的建设中，过程管理工作具有十分重要的开展价值，将智能监控技术应用到工程的路面建设管理中，有利于保证一体化管理工作的落实。

以陕西省某高速公路工程的建设为例，施工单位将智能监控技术应用到沥青路面拌和监控、沥青摊铺管理等多个工作阶段中，保证该施工阶段材料、工艺与结构的一体化。其中一段工作过程为：在压路机前端安装红外温度传感器，使传感器能够按照工程建设方案设定的频率采集沥青铺面的摊铺温度，显示实测温度的分布图像。工作人员根据传感器反馈的路面摊铺温度，对正在拌和的混合料进行温度控制。基于完整的沥青摊铺温度图像与数据，施工单位采用插值等数学计算方法，得出路面摊铺的最佳厚度，运用监控系统控制压路机的碾压频率与碾压力度，最终完成沥青路面的成型。

在该工作案例中，智能监控系统通过温度检测的反馈，帮助工作人员及时调整沥青混合料的材料温度；通过算法得出的路面摊铺数据，控制路面施工工艺的摊铺频率等操作方法；通过系统的红外测量功能，判定路面摊铺的均匀程度以及平整度，保护沥青路面的设施结构。所以，将智能监控技术应用到工程施工中，有利于实现材料、工艺与工程结构的一体化，提高高速公路工程建设水平。

4.2 打造完善的工程施工方案

实现沥青路面施工材料、工艺与结构的一体化，需要完整的工程施工方案作为铺垫，在现代化工程行业发展的背景下，施工单位需要结合公路工程建设规范，设计出完善的工程施工方案，将材料的选择、工艺技术的应用以及路面结构的设计作为方案的要点内容。

以浙江某高速公路工程的建设为例，在施工方案的规划前期，施工单位通过现场勘查，收集有关路面工程建设的工作信息，确定修建的高速公路目标路段大多数处于山区，温差变化容易导致沥青路面膨缩过度而出现路面裂缝。基于该工程施工信息，施工单位在施工方案的设计中考虑将相变材料应用到沥青混合料中，提高混合料在高温下的软化点、降低混合料在低温中的脆点。在完成施工方案的材料规划后，施工单位拟建沥青路面施工草案，对路面层各结构的铺筑均匀度、厚度等进行检测，预先制定有关混合料摊铺、混合料拌和等施工工艺的风险应对预案。该施工案例的工程施工方案，使施工材料准备、工艺技术应用与路面结构规划的工作环节的关系更加紧密，使工程现场施工能够保持一体化的实施状态。

5 结语

综上所述，高速公路沥青路面技术的应用，为高质量公路工程的发展提供了技术保证。从工艺优势、路面结构以及设施性能等方面来看，沥青路面毫无疑问是高水平公路工程建设的首选。为将沥青路面的施工技术与方案落实到高速公路工程的建设中，施工单位必须了解施工现场的实际情况，打造出能够实现材料、施工工艺与路面结构相统一的公路工程施工方案，协调沥青路面建设各项工作环节，为打造高水平的工程提供支持。