邢臨高速公路瀝青碎石基層設(shè)計(jì)與施工

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簡介： 本文介紹了邢臨高速公路瀝青碎石基層的設(shè)計(jì)與施工，并詳細(xì)介紹了原材料的選擇、配合比設(shè)計(jì)和馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果、試驗(yàn)檢測以及路面施工工藝。
關(guān)鍵字：瀝青碎石 設(shè)計(jì) 施工

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通量迅速增長，車輛大型化，嚴(yán)重超載等現(xiàn)象使瀝青路面面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，許多高速公路建成后不久就不能適應(yīng)交通的需要，早期破壞的情況時(shí)有發(fā)生。為緩解高速公路重載交通下的動(dòng)水壓力，我國開始應(yīng)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(qiáng)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(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目。全長104.64km，雙向四車道，路基寬26m，設(shè)計(jì)車速100km/h。邢臨高速公路在K0+000—K15+600段，進(jìn)行了柔性基層瀝青路面鋪筑試驗(yàn)，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(shè)計(jì)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(xué)性能，按其設(shè)計(jì)的空隙率大小可以分為3種：開式（排水式基層，設(shè)計(jì)空隙率在15%以上）、半開式（設(shè)計(jì)空隙率在8%~15%之間）、密實(shí)式（設(shè)計(jì)空隙率在3%~8%之間），由于本項(xiàng)目作為高速公路基層，因此采用密實(shí)式的瀝青混合料。

考慮邢臨高速的交通特征、施工技術(shù)和課題研究的實(shí)際需要，采用ATB—40和ATB—30兩種密級(jí)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(jí)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(jí)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(yàn)

2.1成型方法

室內(nèi)試驗(yàn)采用美國工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切實(shí)驗(yàn)機(jī)（GTM）進(jìn)行目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，確定控制指標(biāo)；采用馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)，建立比對關(guān)系，進(jìn)行日常檢測和控制。

2.2級(jí)配設(shè)計(jì)

在組成瀝青混合料的原材料選定后，瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)在很大程度上取決于集料間的級(jí)配組成，瀝青混合料由于集料的級(jí)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(jí)配參照規(guī)范，選用骨架密實(shí)型瀝青碎石混合料，采用ATB-30, ATB-40兩種級(jí)配形式。

  密級(jí)配瀝青碎石礦料級(jí)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(shí)際

ATB-40規(guī)范

ATB-40實(shí)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(xì)集料和礦粉等材料的性能和技術(shù)指標(biāo)來檢測材料是否滿足規(guī)范要求，從而完成原材料的選擇。

2.3.1 瀝青

拌制瀝青混合料所用的瀝青材料其技術(shù)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(hào)A級(jí)石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》

2.3.2 集料

集料是瀝青混合料的關(guān)鍵材料之一，其力學(xué)性能是決定混合料強(qiáng)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(guān)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(jí)對混合料強(qiáng)度的形成也起關(guān)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(xiàng)目采用邢臺(tái)太子井正大石料場，經(jīng)初步破碎至50~100㎝拳石，運(yùn)至存料場進(jìn)行二次加工破碎，其幾何形狀和含泥量指標(biāo)都優(yōu)于《規(guī)范》要求的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3 礦粉

瀝青混合料的填料宜采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉,本項(xiàng)目采用10~20㎝的碎石定點(diǎn)加工而成。

2.4最佳瀝青用量

2.4.1GTM試驗(yàn)

GTM設(shè)計(jì)方法是利用GTM實(shí)驗(yàn)機(jī)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(shè)計(jì)方法。

GTM實(shí)驗(yàn)機(jī)通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，使其密度達(dá)到汽車輪胎實(shí)際作用于路面時(shí)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(shí)際測試汽車輪胎對路面的實(shí)際壓強(qiáng)確定，試件在該壓力作用下，被旋轉(zhuǎn)壓實(shí)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(shè)計(jì)密度及最佳瀝青用量。GTM確定最佳瀝青用量有三個(gè)指標(biāo)。

(1)應(yīng)變比(GSI)：是指瀝青混合料在壓實(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)塑性變形。(最終應(yīng)變和最小應(yīng)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(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)的抗剪強(qiáng)度是否達(dá)到在行車荷載任用下需承受的剪應(yīng)力?？辜魪?qiáng)度/剪應(yīng)力，要求大于1.0。

(3)試件壓實(shí)到平衡狀態(tài)的密度。

利用GTM試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)果為：

ATB-30：最佳油石比3.2%，標(biāo)準(zhǔn)密度為2.467 g/㎝³

ATB-40：最佳油石比3.1%，標(biāo)準(zhǔn)密度為2.475 g/㎝³

2.4.2馬歇爾試驗(yàn)

瀝青碎石ATB-30馬歇爾試驗(yàn)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(yàn)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(guān)系：

ATB-30：GTM試驗(yàn)與馬歇爾試驗(yàn)的密度比為：2.467/2.467=1.0

ATB-40：GTM試驗(yàn)與馬歇爾試驗(yàn)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(yàn)

類型

標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)：凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為：85%

2.5.2高溫性能

采用60℃車轍試驗(yàn)檢測混合料的高溫穩(wěn)定性

類型

動(dòng)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(zhǔn)備

認(rèn)真編寫《試驗(yàn)路施工組織設(shè)計(jì)》，報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，按常規(guī)調(diào)試拌和樓，滿足生產(chǎn)配合比各項(xiàng)要求；對下承層和施工機(jī)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(shí)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(shí)嚴(yán)格控制混合料的溫度和拌和時(shí)間。瀝青采用導(dǎo)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(yīng)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(dāng)瀝青混合料超過195℃的應(yīng)立即廢棄，混合料運(yùn)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(yùn)輸

從拌和機(jī)向運(yùn)料車上放料時(shí)，應(yīng)每卸一斗混合料挪動(dòng)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(yùn)料車用篷布覆蓋。攤鋪過程中運(yùn)料車應(yīng)在攤鋪機(jī)前10～30㎝處停住，不得撞擊攤鋪機(jī)，卸料過程中運(yùn)料車掛空擋，靠攤鋪機(jī)推動(dòng)前進(jìn)。混合料運(yùn)輸車的運(yùn)量較攤鋪速度有所富余，施工過程中攤鋪機(jī)前方應(yīng)有不少于3輛運(yùn)料車等候卸車。

3.4混合料的攤鋪

本試驗(yàn)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(tái)拌和樓，為防止攤鋪時(shí)離析，12、14、16cm瀝青碎石采用兩層攤鋪。施工時(shí)采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)聯(lián)合攤鋪，前一臺(tái)攤鋪機(jī)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(dòng)基準(zhǔn)梁，后一臺(tái)攤鋪機(jī)一側(cè)傳感器搭在鋼絞線上，另一側(cè)用滑靴，兩臺(tái)攤鋪機(jī)相距一般為5—10m，橫向搭接寬度應(yīng)有5—10㎝，把滑靴放在前一臺(tái)攤鋪機(jī)鋪出的基準(zhǔn)面，調(diào)整好橫坡，進(jìn)行攤鋪。攤鋪過程中，攤鋪機(jī)速度保持2m/min均勻行駛，在鋪筑過程中，攤鋪機(jī)螺旋送料器應(yīng)不停頓的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)，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(shí)及成型

壓實(shí)設(shè)備配有YEC10L雙光輪振動(dòng)壓路機(jī)（10T）1臺(tái)，XD120雙光輪振動(dòng)壓路機(jī)（12T）2臺(tái)，CC722雙光輪振動(dòng)壓路機(jī)（17T）1臺(tái)，XP260膠輪壓路機(jī)（26T）1臺(tái)，選擇合理組合方式及初壓、復(fù)壓和終壓三碾壓步驟，壓路機(jī)以勻速行駛，速度符合規(guī)范要求。碾壓時(shí)由低向高即由路外側(cè)向內(nèi)側(cè)進(jìn)行，超高段由曲線內(nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行，碾壓方向與路線方向平行，并沿同一輪跡返回，每次錯(cuò)軸重疊1/3～1/2輪寬，壓路機(jī)不能中途停留、轉(zhuǎn)向或制動(dòng)。并不得停留在當(dāng)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(jī)碾壓一遍，驅(qū)動(dòng)輪朝向攤鋪機(jī)，靜前進(jìn)，振動(dòng)返回，碾壓路線、方向不能突然改變，往返轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)錯(cuò)開成階梯形，鋼輪壓路機(jī)緊跟膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，要求鋼輪壓路機(jī)與膠輪壓路機(jī)之間錯(cuò)開兩輪。

復(fù)壓：復(fù)壓緊接在初壓后進(jìn)行，復(fù)壓先用12T振動(dòng)壓路機(jī)碾壓一遍，再用17T碾壓一遍,采用高頻低振方法，使壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求。另外需注意12T壓路機(jī)緊跟17T壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，要求12T壓路機(jī)與17T壓路機(jī)之間錯(cuò)開兩輪。

終壓：使用12T壓路機(jī)靜壓1～2遍，緊接在復(fù)壓后進(jìn)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(shí)的邊緣，下次攤鋪前，在上次末端涂補(bǔ)適量粘層瀝青，在碾壓橫接縫時(shí)先縱向后橫向碾壓，將壓路機(jī)位于已壓實(shí)的面層上，錯(cuò)過新鋪層15cm，然后每壓一遍向新鋪層推進(jìn)15-20cm，以推進(jìn)到壓路機(jī)輪寬度的1/3處進(jìn)為止，改為正常碾壓，在碾壓時(shí)由專門人員用三米直尺檢查接頭處，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理保證接頭部位的平整度。注意上、下層的橫縫要錯(cuò)開至少1m的距離。

開放交通：路面冷卻后根據(jù)實(shí)際需要開放交通。

3.7施工注意事項(xiàng)

注意原材料質(zhì)量及混合料級(jí)配；保證混合料拌和溫度和拌和時(shí)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(yùn)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(jī)具，確保攤鋪厚度，合理組織壓實(shí)機(jī)具，增大壓實(shí)功，確保壓實(shí)度。

4.0現(xiàn)場檢測

4.1彎沉試驗(yàn)：

采用5.4米貝克曼梁測定，完工一個(gè)月。

樁號(hào)

   彎沉（0.01mm）左幅

樁號(hào)

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(dāng)基層有級(jí)配碎石時(shí)彎沉偏大，當(dāng)基層為半剛性基層時(shí)彎沉合格。

4.2壓實(shí)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)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(jí)配碎石的基層強(qiáng)度和剛度稍微差一些。車轍試驗(yàn)動(dòng)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(yán)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(jìn)行了柔性基層研究，我省也在衡德高速公路鋪筑了試驗(yàn)段。河北省高速公路建設(shè)正值建設(shè)高峰期，為了預(yù)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(shè)投資效益達(dá)到最大，進(jìn)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(jià)較普通半剛性基層有所增加，但是隨著時(shí)間的增長，其優(yōu)良的使用性能會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來，大幅度降低路面的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，從長遠(yuǎn)利益來看，柔性基層具有更好的經(jīng)濟(jì)性能。

另外，柔性基層在以后路面的修復(fù)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(fèi)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(jì)和社會(huì)效益。