大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層技術應用與探討

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1. 概況

　　1.1國道104濟南至五峰段老路面結構為15cm水穩(wěn)砂礫+15cm水穩(wěn)碎石+24cm水泥砼路面，老路面寬度不同段落分別為22m和18m，新改建路面結構為：舊水泥砼路面經(jīng)碎石化處理后上覆22cm的瀝青路面，新改建路面為寬32.5m、雙向八車道的城市快速主干道，老路雙側分別加寬5.25～7.25m，加寬段路面結構為15cm水穩(wěn)砂礫（或碎石）+15cm多孔隙水穩(wěn)碎石+15cm水穩(wěn)碎石+12cm大粒徑透水性瀝青混合料+6cmAC-20改性瀝青砼＋4cmAC-13抗滑表層；砼路面碎石化后路面結構：12cm大粒徑透水性瀝青混合料+6cmAC-20改性瀝青砼＋4cmAC-13抗滑表層。其路面改建結構圖見圖1。圖1路面改建拓寬結構圖1.2整段路（20.3Km）最終改建為雙向八車道的城市快速主干道，將長清區(qū)大學城與濟南市區(qū)連成為一個整體。為確保此段路改建后的使用效果和路面壽命，業(yè)主在設計方案上進行了多次優(yōu)化，最終確定了改建方案，即重點采用了碎石化處理舊水泥砼路面、大粒徑透水性瀝青混合料和多孔隙水泥穩(wěn)定碎石中基層三大技術。舊水泥砼路面拓寬改建為瀝青砼路面，所面臨的主要問題：一是如何改造舊砼路面，方案中碎石化工藝解決了此問題，且“變廢為用”，節(jié)約了資源，減少了環(huán)境污染和少占用過多的垃圾存放場地；二是如何解決半剛性基層的反射裂縫問題；三是如何把結構層間的水排出去，防止瀝青路面在重復荷載作用下的水損害，做到 “疏導”路面結構層間水的目的，改建方案中的大粒徑透水性瀝青混合料不僅起到了應力吸收的作用，而且和多孔隙水泥穩(wěn)定碎石起到了排除路面結構層間水到路面以外的作用，是路面整體排水系統(tǒng)的一部分，其自身較高的強度又達到了“抵抗”變形的作用。以上技術尤其是大粒徑透水性瀝青混合料在本路的應用實踐，將對公路拓寬改建產(chǎn)生深遠的影響。本文將重點介紹大粒徑透水性瀝青混合料在104國道的應用，以及對目前應用過程中存在的問題予以探討。

　　2. 大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層作用和設計

　　大粒徑透水性瀝青混合料（Large Stone Porous Asphalt Mixes,簡稱LSPM），是一種新型的瀝青混合料，通常由較大粒徑（25～62mm）的單粒徑集料形成骨架，由一定量的細集料形成填充而形成的骨架型瀝青混合料，用作路面結構的基層使用。本工程把LSPM作為柔性基層來考慮。 本工程為了確保改造后路面的使用壽命，采用12cm大粒徑透水性瀝青混合料+6cmAC-20改性瀝青砼＋4cmSMA-13抗滑表層，總厚度達22cm。路面結構層總厚度比較厚，前期建設投資較大，但路面使用壽命長，后期養(yǎng)護費用低，從全壽命周期成本考慮還是值得推廣的。

　　2.1LSPM柔性基層的作用

　　2.1.1LSPM實際上是為了進一步吸收砼路面結構所產(chǎn)生的集中應力而設置的一層瀝青路面柔性基層，其作用是由于空隙率較大（13~18%），瀝青含量低，其彈性模量較低，混合料中存在較大連貫空隙，具有較強的抵抗反射裂縫的能力，從而延緩了柔性路面的使用壽命；同時由于大碎石的骨架結構和大孔隙率，使破碎后的舊砼板塊之間的集中應力在大碎石的孔隙中被消解分散，達到了最終解決“反射裂縫”上延的目的。

　　2.1.2由于瀝青路面滲透性的存在，路面結構層間水常常導致高等級公路的過早水損壞，所以LSPM的大孔隙同時起到疏導、排除路面結構層間水的作用，所以改建后的LSPM作為路面排水層來使用。

　　2.1.3由于粗集料形式是完整的骨架嵌擠結構，具有較強的抵抗車轍變形能力。

　　2.2LSPM柔性基層與其他基層的技術經(jīng)濟比選。舊水泥砼路面經(jīng)碎石化處理后，可以采用的基層類型是比較多的，一種是水泥穩(wěn)定碎石基層，例如：本路個別路段因為調坡的原因致使加鋪層過厚，從而采取碎石化后加鋪20～40cm的水穩(wěn)碎石基層，其上又做了12cm大粒徑透水性瀝青混合料（不經(jīng)濟），第二種是級配碎石基層，例如：104國道泰安段為降低造價在輔道處設置級配碎石基層；第三種大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層；以及三種基層的組合。幾種主要基層類型的經(jīng)濟效益及優(yōu)缺點比較見

　　大粒徑透水性瀝青混合料作為柔性基層，具有排水及減少反射裂縫的優(yōu)點，雖造價高，但效果明顯。

　　2.3LSPM柔性基層的設計。本文以LSPM-30為例簡要介紹設計方法及主要控制指標。

　　2.3.1LSPM柔性基層的設計采用體積指標，瀝青膜厚度以及混合料性能指標來控制，最大粒徑30mm，大碎石應力吸收層要求采用MAC-70＃改性瀝青。其目的是根據(jù)MAC改性瀝青的抗高溫、抗水（油）損害和耐老化的性能特點而選擇的。

　　T0605由于大粒徑透水性瀝青混合料要求13％-18%的空隙率，所以瀝青膜的厚度大小對大粒徑透水性瀝青混合料的耐久性是相當重要的，所以要求厚度大于12μm。

　　2.3.2級配設計主要是根據(jù)開級配瀝青混合料設計的大量實踐經(jīng)驗，同時參考美國NCHRp.Report386和貝雷級配選擇的理論與實踐，通過級配的優(yōu)選和混合料設計比較確定的。所設計的級配主要是保證混合料粗骨料相互嵌擠，同時提供一定的礦料間隙率使混合料的空隙率滿足排水的要求。

　　2.3.3最佳瀝青用量的確定。用優(yōu)選的級配進行2.5、3.0、3.5 3個瀝青含量的大馬歇爾擊實試驗，試件的毛體積密度用計算方法確定。最佳瀝青含量綜合孔隙率、瀝青膜厚度、析漏、分散損失等指標進行確定，最大理論密度采用計算法（與現(xiàn)行規(guī)范的計算方法相同）。

　　隨空隙率的增大，滲水效果有明顯上升和突變過程，本工程混合料設計和施工時空隙率要求在13～18％，否則空隙率過小，滲水效果達不到理想的目的，造成路面結構層內滲水很難排出；空隙率過大，則大粒徑透水性瀝青混合料的耐久性受到影響，所以檢測滲水效果相當重要，滲水試驗方法采用美國ASTMPS-01規(guī)范標準，所用的儀器為無側向滲水儀。滲水系數(shù)的大小反映瀝青混合料試件的相對滲水能力，本次設計的滲水試驗結果為0.2cm/s，該指標滿足基層排水要求。

　　3. 大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層有關問題探討

　　3.1施工時的離析問題。由于大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層為開級配的瀝青混合料，所以大碎石在卸料、運輸、送料、蝸輪傳送、收料倉收料的過程中無法避免瀝青混合料產(chǎn)生離析，而且通過實際施工觀察，離析的程度相當嚴重。離析所帶來的危害是相當多的，例如：（1）粗集料過于集中造成大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層的骨架嵌擠結構被破壞，改變了原設計的大碎石配合比，造成受力性能和排水效果降低；（2）容易造成集料碾壓成型后，此層路面松散，破壞了此層路面的結構強度，以及使用壽命；（3）在同樣的壓實功作用下，離析處的碎石容易被震動壓路機震碎，改變了級配和該層路面的聯(lián)結強度，影響路面的使用壽命。離析是由大碎石的固有級配特性所決定的，要改善離析所產(chǎn)生的危害，一方面在卸料、運輸方面注意嚴格按“三盤”卸料法和減少制動等措施；另一方面從攤鋪機上著手，對現(xiàn)有攤鋪機增設二次攪拌設備，同時對螺旋布料器加以改良，采用傳輸帶分布卸料，整個攤鋪機的機構應注意作相應調整。

　　3.2選擇合適的改性瀝青問題。由于大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層的空隙率大，盡管骨料級配是骨架-空隙結構，內摩擦角j大，但骨料之間的粘結力c就偏小，所以瀝青膜的厚度和瀝青質量的優(yōu)劣將直接影響LSPM的耐久性，同時石料與瀝青的粘結抗剝和抗水損害相當重要的。本工程采用MAC-70＃化學改性瀝青應該說是比較理想的，MAC-70＃瀝青的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下表5中。表5MAC-70＃與AH-70＃瀝青重要技術指標比較

　　3.3空隙率大而無具體標準致使施工控制與管理較難。本工程大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層設計時以13～18％的空隙率為控制指標，實際施工時由于離析等原因，致使大粒徑瀝青混合料的空隙率難控制，無形中難以把握和檢測壓實程度，由于振動壓路機容易震碎粗細骨料，所以造成該層的級配、內摩擦角j和粘結力c都相應的改變了，該層的耐久性將很難保證。實際施工時，人為控制壓實效果的因素占相當大的比重，碾壓時往往是根據(jù)碎石是否震碎來調整壓路機的震幅和頻率，對整體層次的壓實度均勻性和一致性不免產(chǎn)生不良影響，對路面的整體使用效果也可能產(chǎn)生較為不利的影響。

　　3.4改造路大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層石的層厚很難保證一致帶來的問題。由于改建路需要調整舊路的總體線形，從設計上就考慮了部分路段設置找平層，找平層厚度不均，整條路的大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層總厚度在10～30cm不等，如此不均勻的厚度，且實際施工時最大壓實層厚也很難固定（當有找平層時，為保證壓實，單層厚度大于18cm便分兩層施工），所以造成了該層的級配不良和壓實度不均勻，以上兩指標的不良，影響路面整體的使用壽命。

　　4. 結語

　　為了延長路面的使用壽命，尤其是拓寬改建工程的路面使用壽命，避免路面過早損壞，交通行業(yè)在貫徹科學發(fā)展觀和建設資源節(jié)約型社會的現(xiàn)實情況下，采用新技術和新工藝進行路面設計和施工是社會需要和形勢所趨，本工程應用的三大技術在路面結構層和厚度設計上以及綜合排水系統(tǒng)設計上所采用的全壽命周期成本理念還是非常好的，盡管采用LSPM柔性基層還存在初期投資比較大，而且在施工和檢測方面還存在很多問題需要探討和進一步解決，但影響不了大粒徑瀝青混合料柔性基層的進一步發(fā)展和應用。

　　參考文獻：

　?。?］JTJF40-2004 公路瀝青路面施工技術規(guī)范 北京：人民交通出版社 2004

　　［2］王松根 大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層設計與施工指南， 人民交通出版社，2007年1月