隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，交通量迅速增長，車輛大型化，嚴重超載等現(xiàn)象使瀝青路面面臨嚴峻的考驗，許多高速公路建成后不久就不能適應交通的需要，早期破壞的情況時有發(fā)生。為緩解高速公路重載交通下的動水壓力，我國開始應用推廣以瀝青碎石為代表的柔性基層。瀝青碎石基層可以增強路面排水能力，減少瀝青層的溫度收縮裂縫和防止反射裂縫的發(fā)生，改善路面使用性能，提高其使用壽命。
1.0 工程概況
邢臨高速公路是河北省“四縱、四橫、十條線”公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分，是河北省“十五”期間重點公路建設項目。全長104.64km，雙向四車道，路基寬26m，設計車速100km/h。邢臨高速公路在K0+000—K15+600段，進行了柔性基層瀝青路面鋪筑試驗，選用瀝青碎石用作上基層材料。
瀝青碎石基層即瀝青穩(wěn)定碎石類瀝青混合料，其設計的基本的思路是保證瀝青混合料中具有足夠的粗集料，使之具有很好的高溫、力學性能，按其設計的空隙率大小可以分為3種：開式（排水式基層，設計空隙率在15%以上）、半開式（設計空隙率在8%~15%之間）、密實式（設計空隙率在3%~8%之間），由于本項目作為高速公路基層，因此采用密實式的瀝青混合料。
考慮邢臨高速的交通特征、施工技術和課題研究的實際需要，采用ATB—40和ATB—30兩種密級配混合料，五種方案，具體如下：
|
K0+000—K3+582.7 |
K3+582.7—K4+986.5 |
K4+986.5—K6+382.5 |
K6+382.5—K10+048 |
K10+048—K15+600 |
|
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 16㎝瀝青碎石ATB-30 改性瀝青下封層 透層 18㎝水穩(wěn)砂礫 30㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBS改性瀝青上封層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 14㎝瀝青碎石ATB-30 SBR改性瀝青粘層 透層 15㎝級配碎石 17㎝水穩(wěn)砂礫 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 14㎝瀝青碎石ATB-30 SBS改性瀝青下封層 透層 15㎝級配碎石 17㎝水穩(wěn)砂礫 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 12㎝瀝青碎石ATB-30 SBS改性瀝青下封層 透層 18㎝水穩(wěn)碎石 16㎝二灰碎石 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBS改性瀝青上封層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 10㎝瀝青碎石ATB-40 SBR改性瀝青粘層 透層 16㎝水穩(wěn)碎石 18㎝水穩(wěn)砂礫 18㎝二灰土 |
2.0室內(nèi)試驗
室內(nèi)試驗采用美國工程兵旋轉(zhuǎn)壓實剪切實驗機（GTM）進行目標配合比、生產(chǎn)配合比設計，確定控制指標；采用馬歇爾試驗進行常規(guī)設計，建立比對關系，進行日常檢測和控制。
2.2級配設計
在組成瀝青混合料的原材料選定后，瀝青混合料的技術性質(zhì)在很大程度上取決于集料間的級配組成，瀝青混合料由于集料的級配不同，可以形成不同的組成結(jié)構(gòu)。邢臨高速公路瀝青碎石基層級配參照規(guī)范，選用骨架密實型瀝青碎石混合料，采用ATB-30, ATB-40兩種級配形式。
密級配瀝青碎石礦料級配通過率范圍 （％）
|
層次 類型
方篩孔尺寸（mm ） |
下面層 |
|||
|
ATB-30規(guī)范 |
ATB-30實際 |
ATB-40規(guī)范 |
ATB-40實際 |
|
|
53 |
|
|
100 |
100 |
|
37.5 |
100 |
100 |
90~100 |
99.6 |
|
31.5 |
90~100 |
90.1 |
75~92 |
89.8 |
|
26.5 |
70~90 |
75.6 |
65~85 |
76.4 |
|
19.0 |
53~72 |
59.8 |
49~71 |
61.6 |
|
16 |
44~66 |
55 |
43~63 |
56.6 |
|
13.2 |
39~60 |
49.8 |
37~57 |
50.4 |
|
9.5 |
31~51 |
40.6 |
30~50 |
40.6 |
|
4.75 |
20~40 |
29.6 |
20~40 |
31.4 |
|
2.36 |
15~32 |
21.7 |
15~32 |
23.5 |
|
1.18 |
10~25 |
17.4 |
10~25 |
18.7 |
|
0.6 |
8~18 |
11.7 |
8~18 |
12.6 |
|
0.3 |
5~14 |
8.8 |
5~14 |
7.0 |
|
0.15 |
3~10 |
6.4 |
3~10 |
6.7 |
|
0.075 |
2~6 |
3.2 |
2~6 |
3.4 |
2.3原材料性能
原材料質(zhì)量是影響路面質(zhì)量、使用壽命的重要因素。優(yōu)質(zhì)的原材料是保證瀝青混合料具有優(yōu)良路用性能的先決條件，為了滿足氣候環(huán)境與交通對路用性能的要求，必須做好原材料的選擇。通過測試瀝青、石灰?guī)r粗集料、細集料和礦粉等材料的性能和技術指標來檢測材料是否滿足規(guī)范要求，從而完成原材料的選擇。
拌制瀝青混合料所用的瀝青材料其技術要求隨氣候條件、交通情況、瀝青混合料的類型和施工條件等因素而異，邢臨高速公路基層瀝青混合料采用山東濱洲產(chǎn)中海36-1普通70號A級石油瀝青，其技術指標滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》
集料是瀝青混合料的關鍵材料之一，其力學性能是決定混合料強度特性的最重要因素，它的顆粒形狀不僅影響混合料的構(gòu)架，也直接關系到混合料的抗車轍能力與抗疲勞性能等材料特性，此外，集料與瀝青的粘附等級對混合料強度的形成也起關鍵作用，因此選擇優(yōu)質(zhì)的集料是瀝青混合料具有優(yōu)良路用性能的重要保證。本項目采用邢臺太子井正大石料場，經(jīng)初步破碎至50~100㎝拳石，運至存料場進行二次加工破碎，其幾何形狀和含泥量指標都優(yōu)于《規(guī)范》要求的標準。
瀝青混合料的填料宜采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強基性巖石等石料經(jīng)磨細得到的礦粉,本項目采用10~20㎝的碎石定點加工而成。
2.4最佳瀝青用量
2.4.1GTM試驗
GTM設計方法是利用GTM實驗機模擬行車作用成型試件，從而求出最佳瀝青用量和最大干密度的設計方法。
GTM實驗機通過旋轉(zhuǎn)壓實試件，使其密度達到汽車輪胎實際作用于路面時所產(chǎn)生的最終密度，即通過對試件施加垂直壓力，該壓力通過實際測試汽車輪胎對路面的實際壓強確定，試件在該壓力作用下，被旋轉(zhuǎn)壓實到平衡狀態(tài)(所謂平衡狀態(tài)，是指每旋轉(zhuǎn)100次試件密度變化率為0.016g/cm3)來決定瀝青混凝土路面的設計密度及最佳瀝青用量。GTM確定最佳瀝青用量有三個指標。
(1)應變比(GSI)：是指瀝青混合料在壓實到平衡狀態(tài)時是否會出現(xiàn)塑性變形。(最終應變和最小應變之比小于1.05)。
(2)抗剪安全系數(shù)(GSF)：是指瀝青混凝土被壓實到平衡狀態(tài)時的抗剪強度是否達到在行車荷載任用下需承受的剪應力。抗剪強度/剪應力，要求大于1.0。
(3)試件壓實到平衡狀態(tài)的密度。
利用GTM試驗，得到的試驗結(jié)果為：
ATB-30：最佳油石比3.2%，標準密度為2.467
g/㎝3
ATB-40：最佳油石比3.1%，標準密度為2.475
g/㎝3
2.4.2馬歇爾試驗
瀝青碎石ATB-30馬歇爾試驗結(jié)果如下：
|
瀝青用量（%） |
油石比 （%） |
表觀密度（g/㎝3） |
空隙率 VV（%） |
礦料間隙率VMA（%） |
瀝青飽和度VFA（%） |
穩(wěn)定度 MS （KN） |
流值 FL（0.1㎜） |
|
2.82 |
2.9 |
2.458 |
4.5 |
11.3 |
60.5 |
20.92 |
19.2 |
|
3.10 |
3.2 |
2.467 |
3.7 |
11.2 |
67.3 |
22.85 |
23.1 |
|
3.38 |
3.5 |
2.462 |
3.5 |
11.7 |
70.3 |
19.44 |
36.5 |
根據(jù)瀝青選定圖，瀝青用量選用3.1%，油石比為3.20%，表觀密度為2.467 g/㎝3。
瀝青碎石ATB-40馬歇爾試驗結(jié)果如下：
|
瀝青用量（%） |
油石比 （%） |
表觀密度（g/㎝3） |
空隙率 VV（%） |
礦料間隙率VMA（%） |
瀝青飽和度VFA（%） |
穩(wěn)定度 MS （KN） |
流值 FL（0.1㎜） |
|
2.82 |
2.9 |
2.455 |
4.0 |
10.9 |
63.8 |
32.2 |
26.8 |
|
3.1 |
3.2 |
2.466 |
3.3 |
11.0 |
70.2 |
32.0 |
23.5 |
|
3.38 |
3.5 |
2.464 |
2.9 |
11.3 |
74.1 |
25.6 |
25 |
根據(jù)瀝青選定圖，瀝青用量選用3.0%，油石比為3.1%，表觀密度為2.462 g/㎝3。
2.4.3對比關系：
ATB-30：GTM試驗與馬歇爾試驗的密度比為：2.467/2.467=1.0
ATB-40：GTM試驗與馬歇爾試驗的密度比為：2.475/2.462=1.005
2.5混合料性能檢測
2.5.1水穩(wěn)定性檢測：
浸水馬歇爾試驗
|
類型 |
標準馬歇爾穩(wěn)定度（KN） |
浸水馬歇爾穩(wěn)定度（KN） |
浸水殘留穩(wěn)定度（%） |
|
ATB-40 |
27.57 |
26.78 |
97.1 |
|
ATB-30 |
22.76 |
21.87 |
96.1 |
凍融劈裂試驗：凍融劈裂殘留強度比為：
lang=EN-US>85%
2.5.2高溫性能
采用60℃車轍試驗檢測混合料的高溫穩(wěn)定性
|
類型 |
動穩(wěn)定度（次/mm） |
|||
|
1 |
2 |
3 |
平均 |
|
|
ATB-30 |
8710.576 |
8230.495 |
7724.592 |
8221.89 |
|
ATB-40 |
8775.104 |
10604.886 |
10027.960 |
9802.65 |
3.0施工工藝
3.1施工前及下承層準備
認真編寫《試驗路施工組織設計》，報監(jiān)理工程師批準，按常規(guī)調(diào)試拌和樓，滿足生產(chǎn)配合比各項要求；對下承層和施工機具作全面檢查，現(xiàn)場就位。
3.2混合料拌和
瀝青混合料拌和采用SPECO-3000型瀝青拌合樓拌和，拌和時間以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結(jié)合料為度，并經(jīng)試拌確定。拌和時嚴格控制混合料的溫度和拌和時間。瀝青采用導熱油加熱，加熱溫度控制在150℃~170℃范圍內(nèi)，礦料加熱溫度為170℃~185℃，瀝青與礦料的加熱溫度應調(diào)節(jié)到使拌和的瀝青混合料出場溫度在150℃~165℃，不得有花白料、超溫料，當瀝青混合料超過195℃的應立即廢棄，混合料運到現(xiàn)場溫度不得低于140℃~150℃，對于每車料出場溫度要有專人檢測。
3.3混合料的運輸
從拌和機向運料車上放料時，應每卸一斗混合料挪動一下汽車位置，以減少粗集料的離析現(xiàn)象。盡量縮小下落的落距，運料車用篷布覆蓋。攤鋪過程中運料車應在攤鋪機前10～30㎝處停住，不得撞擊攤鋪機，卸料過程中運料車掛空擋，靠攤鋪機推動前進。混合料運輸車的運量較攤鋪速度有所富余，施工過程中攤鋪機前方應有不少于3輛運料車等候卸車。
3.4混合料的攤鋪
本試驗段瀝青碎石基層厚度ATB-40為10㎝厚，采用一層攤鋪；ATB-30瀝青碎石厚度為12、14、16cm，考慮到用一臺拌和樓，為防止攤鋪時離析，12、14、16cm瀝青碎石采用兩層攤鋪。施工時采用兩臺攤鋪機聯(lián)合攤鋪，前一臺攤鋪機靠中央分隔帶一側(cè)攤鋪，一側(cè)傳感器搭在鋼鉸線上，另一側(cè)用浮動基準梁，后一臺攤鋪機一側(cè)傳感器搭在鋼絞線上，另一側(cè)用滑靴，兩臺攤鋪機相距一般為5—10m，橫向搭接寬度應有5—10㎝，把滑靴放在前一臺攤鋪機鋪出的基準面，調(diào)整好橫坡，進行攤鋪。攤鋪過程中，攤鋪機速度保持2m/min均勻行駛，在鋪筑過程中，攤鋪機螺旋送料器應不停頓的轉(zhuǎn)動，兩側(cè)保持有不少于送料器高度2/3的混合料，并保證在全寬斷面上不離析。施工時，兩構(gòu)造物間盡量一次攤鋪碾壓成型，以減少橫縫。
3.5混合料的壓實及成型
壓實設備配有YEC10L雙光輪振動壓路機（10T）1臺，XD120雙光輪振動壓路機（12T）2臺，CC722雙光輪振動壓路機（17T）1臺，XP260膠輪壓路機（26T）1臺，選擇合理組合方式及初壓、復壓和終壓三碾壓步驟，壓路機以勻速行駛，速度符合規(guī)范要求。碾壓時由低向高即由路外側(cè)向內(nèi)側(cè)進行，超高段由曲線內(nèi)側(cè)向外側(cè)進行，碾壓方向與路線方向平行，并沿同一輪跡返回，每次錯軸重疊1/3～1/2輪寬，壓路機不能中途停留、轉(zhuǎn)向或制動。并不得停留在當天攤鋪的路面上或高于70℃的已經(jīng)壓過的路面上。另外，終壓溫度不低于80℃。
初壓：第一遍先用膠輪碾壓一遍，再用YEC10L雙鋼輪壓路機碾壓一遍，驅(qū)動輪朝向攤鋪機，靜前進，振動返回，碾壓路線、方向不能突然改變，往返轉(zhuǎn)折點應錯開成階梯形，鋼輪壓路機緊跟膠輪壓路機進行碾壓，要求鋼輪壓路機與膠輪壓路機之間錯開兩輪。
復壓：復壓緊接在初壓后進行，復壓先用12T振動壓路機碾壓一遍，再用17T碾壓一遍,采用高頻低振方法，使壓實度達到規(guī)范要求。另外需注意12T壓路機緊跟17T壓路機進行碾壓，要求12T壓路機與17T壓路機之間錯開兩輪。
終壓：使用12T壓路機靜壓1～2遍，緊接在復壓后進行，至消除表面輪跡為止。
3.6接縫處理
橫縫與鋪筑方向垂直，形成一條碾壓密實的邊緣，下次攤鋪前，在上次末端涂補適量粘層瀝青，在碾壓橫接縫時先縱向后橫向碾壓，將壓路機位于已壓實的面層上，錯過新鋪層15cm，然后每壓一遍向新鋪層推進15-20cm，以推進到壓路機輪寬度的1/3處進為止，改為正常碾壓，在碾壓時由專門人員用三米直尺檢查接頭處，發(fā)現(xiàn)問題及時處理保證接頭部位的平整度。注意上、下層的橫縫要錯開至少1m的距離。
開放交通：路面冷卻后根據(jù)實際需要開放交通。
3.7施工注意事項
注意原材料質(zhì)量及混合料級配；保證混合料拌和溫度和拌和時間，觀察出倉瀝青混合料色澤、拌和均勻性、讓瀝青充分裹覆集料；保溫運輸、保證混合料攤鋪、碾壓溫度，減小瀝青混合料離析和集料離析；調(diào)試攤鋪機具，確保攤鋪厚度，合理組織壓實機具，增大壓實功，確保壓實度。
4.0現(xiàn)場檢測
4.1彎沉試驗：
采用5.4米貝克曼梁測定，完工一個月。
|
樁號 |
彎沉（0.01mm）左幅 |
樁號 |
彎沉（0.01mm）右幅 |
||
|
行車道 |
超車道 |
行車道 |
超車道 |
||
|
K3+950 |
26.25 |
15.70 |
K9+250 |
9.7 |
14.55 |
|
K4+000 |
21 |
22.70 |
K9+300 |
9.7 |
11.3 |
|
K4+050 |
26.25 |
22.75 |
K9+350 |
8.1 |
11.3 |
|
K4+100 |
24.5 |
22.70 |
K9+400 |
16.2 |
8.1 |
|
K4+150 |
24.5 |
22.75 |
K9+450 |
19 |
11.3 |
|
K4+200 |
28.0 |
26.25 |
K9+500 |
11.3 |
11 |
|
K4+250 |
22.75 |
19.25 |
K9+550 |
12.9 |
9.7 |
|
K4+300 |
29.7 |
22.75 |
K9+600 |
11.3 |
6.5 |
當基層有級配碎石時彎沉偏大，當基層為半剛性基層時彎沉合格。
4.2壓實度檢測
|
測試層位置 |
K3+582.7~K6+379.8左幅 |
K6+382.5~K10+015.44右幅 |
K10+080.56~K14+670 右幅 |
||
|
第一層 |
第二層 |
第一層 |
第二層 |
||
|
測點數(shù) |
47 |
47 |
60 |
60 |
45 |
|
最大值 |
100 |
100.1 |
100 |
100 |
100 |
|
最小值 |
97.4 |
97.7 |
98.1 |
97.1 |
98.0 |
|
平均值 |
99.13 |
98.87 |
98.97 |
98.88 |
99.05 |
|
標準偏差 |
0.551 |
0.354 |
0.625 |
0.560 |
0.488 |
|
代表值 |
98.99 |
98.78 |
98.83 |
98.76 |
98.93 |
5.0結(jié)語
從試驗檢測結(jié)果看，瀝青碎石的高溫性能比較好，水穩(wěn)定性良好，但在有級配碎石的基層強度和剛度稍微差一些。車轍試驗動穩(wěn)定度比較高的原因可能是混合料粒徑較大；從施工性能來看，混合料由于粗料多，容易出現(xiàn)離析，因此要從生產(chǎn)能力、施工工藝上嚴格控制。
在我國柔性基層使用很少，近兩年才開始一些研究。山東、山西、江蘇等省進行了柔性基層研究，我省也在衡德高速公路鋪筑了試驗段。河北省高速公路建設正值建設高峰期，為了預防瀝青路面的早期破壞，延長公路的使用壽命，使河北省的高速公路建設投資效益達到最大，進行柔性基層的研究是非常有必要的。采用柔性基層結(jié)構(gòu)，使工程造價較普通半剛性基層有所增加，但是隨著時間的增長，其優(yōu)良的使用性能會逐漸顯現(xiàn)出來，大幅度降低路面的養(yǎng)護維修費用，從長遠利益來看，柔性基層具有更好的經(jīng)濟性能。
另外，柔性基層在以后路面的修復中，柔性基層材料可以完全被利用，不但可以大大降低維修費用，節(jié)約能源，而且可以減少環(huán)境污染，因此采用柔性基層具有更好的經(jīng)濟和社會效益。
