【摘 要】對(duì)GTM法設(shè)計(jì)原理及特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以江肇高速鋪筑普通瀝青混合料為基礎(chǔ)，詳細(xì)論述了用美國(guó)工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)機(jī)（GTM）進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的方法及施工工藝等技術(shù)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】GTM法 普通瀝青混合料 江肇高速 應(yīng)用研究

改性瀝青及其混合料的研究與應(yīng)用，為提高瀝青路面的路用性能發(fā)揮了巨大作用。但是，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量增長(zhǎng)迅速，重載、超載現(xiàn)象變得越來(lái)越嚴(yán)重，即便使用了改性瀝青，路面仍然出現(xiàn)了早期破壞。盡管造成瀝青路面出現(xiàn)過(guò)早破壞的因素多而復(fù)雜，但在特定的條件下，其關(guān)鍵因素則是瀝青混合料的材料組成設(shè)計(jì)和路面施工工藝。然而我國(guó)普遍采用的馬歇爾法與路面實(shí)際施工與使用性能相關(guān)性較差，即便是使用了改性瀝青，也很難適應(yīng)重載交通瀝青路面的路用性能要求。

基于此，就不得不從根源上重新審視通用的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是否與這些破壞現(xiàn)象有關(guān)。

本文在對(duì)GTM法原理和設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合江肇高速試驗(yàn)路，詳細(xì)闡述了GTM 法瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，并對(duì)改性瀝青混合料施工工藝等技術(shù)進(jìn)行了研究。

一、GTM法簡(jiǎn)介

美國(guó)工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切試驗(yàn)機(jī)（簡(jiǎn)稱GTM）是美國(guó)工程兵團(tuán)在上世紀(jì)60年代發(fā)明的，于1978年列入美國(guó)ASTM規(guī)范，并在2003年進(jìn)行了修訂，我國(guó)也于2011年將該試驗(yàn)方法列入瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程。GTM法以力學(xué)推理的方法，利用應(yīng)力應(yīng)變?cè)磉M(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，根據(jù)汽車對(duì)路面的實(shí)際作用壓強(qiáng)來(lái)設(shè)計(jì)瀝青混合料，使設(shè)計(jì)的瀝青混合料的剪切強(qiáng)度大于其所受的剪應(yīng)力，并使應(yīng)變控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。顯然，其優(yōu)點(diǎn)在于它最大限度地模擬了汽車對(duì)路面的實(shí)際作用情況，可以減少瀝青路面在重載交通下出現(xiàn)車轍、推移、擁包等破壞。

GTM在確定最佳瀝青用量時(shí)，根據(jù)不同用油量的試驗(yàn)結(jié)果，繪出用油量與試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系曲線，來(lái)決定瀝青混合料的設(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)：旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定值GSI、抗剪安全系數(shù)GSF和密度。

二、工程簡(jiǎn)介

江肇高速公路試驗(yàn)段瀝青路面結(jié)構(gòu)為： 上面層5cmAC-16C ， 中面層6cmAC- 20C，下面層11cm ATB-25。組成設(shè)計(jì)采用GTM方法，上面層采用AH-70重交瀝青，中面層和下面層均采用AH-50重交瀝青。

試驗(yàn)路各層所用的粗集料均為龍興石場(chǎng)生產(chǎn)的花崗巖碎石，細(xì)集料為龍興石場(chǎng)生產(chǎn)的花崗巖石屑，礦粉選用佛山市三水生產(chǎn)的石灰石礦粉，抗剝落劑為羅定市蘋塘鎮(zhèn)的水泥。

三、配合比設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)原則

1.技術(shù)指標(biāo)

采用GTM法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，上面層設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為0.8MPa，中、下面層為0.7MPa。試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表3-1要求。對(duì)于普通瀝青混合料，計(jì)算空隙率的最大理論密度應(yīng)采用真空法實(shí)測(cè)。

2.性能檢驗(yàn)

在采用GTM法確定試驗(yàn)路各層瀝青混合料最佳瀝青用量后，應(yīng)再根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的規(guī)定進(jìn)行混合料性能檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合表3-2中相應(yīng)要求。

（二）目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

1.首先計(jì)算出各種規(guī)格礦料的摻配比例，合成符合表3-3要求的混合料。

2.選擇5組不同的油石比（間隔0.3或0.4%），在GTM方法的設(shè)計(jì)原則下用GTM方法成型試件，記錄GSI值和GSF值。然后測(cè)定不同油石比混合料的毛體積相對(duì)密度，計(jì)算出混合料的空隙率VV、礦料間隙率VMA和瀝青飽和度VFA等物理指標(biāo)。

3.根據(jù)GTM設(shè)計(jì)指標(biāo)確定油石比范圍及最佳油石比，并符合表3-2的要求。

（三）生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

1.根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的各種礦料摻配比例確定各冷料倉(cāng)的供料比例和進(jìn)料速度。

2.選擇三組不同的油石比（間隔0.3%），依據(jù)GTM方法進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，確定生產(chǎn)配合比最佳瀝青用量，并確定相應(yīng)混合料毛體積相對(duì)密度作為施工控制用標(biāo)準(zhǔn)密度。

江肇高速試驗(yàn)段GTM設(shè)計(jì)的各層瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-4。

四、施工工藝

（一）混合料的拌和

1.在正式拌制混合料前，對(duì)拌和機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)配合比調(diào)試，確定各熱料倉(cāng)的配合比例關(guān)系，同時(shí)應(yīng)保證熱料倉(cāng)供料均勻，以不溢料、不等料為宜。

2.每鍋拌和時(shí)間為40s～60s，其中干拌時(shí)間不少于5s，瀝青的加熱溫度、礦料加熱溫度、瀝青混合料的出廠溫度見(jiàn)表4-1。

（二）混合料的運(yùn)輸

1.運(yùn)輸車的車箱必須每次運(yùn)輸前將瀝青混合料清理干凈，然后在車箱內(nèi)側(cè)均勻地涂刷一薄層油水（柴油與水的比例為1：3），不得殘留油液。

2.為了避免混合料溫度過(guò)快降低和灰塵污染，運(yùn)輸前應(yīng)用耐熱的布覆蓋混合料。

3.為保證混合料不發(fā)生離析現(xiàn)象，每從料倉(cāng)卸一次混合料應(yīng)挪動(dòng)一下車的位置，采取前后中的三次裝料方式。

（三）混合料的攤鋪

1.根據(jù)試驗(yàn)路的結(jié)果，應(yīng)采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)錯(cuò)開(kāi)成梯隊(duì)同時(shí)攤鋪，表面層松鋪系數(shù)為1.16，中面層松鋪系數(shù)為1.17，下面層松鋪系數(shù)為1.19。

2.每次攤鋪前應(yīng)檢查機(jī)器確認(rèn)正常后就位加熱，熨平板溫度預(yù)熱至80℃～120℃，預(yù)熱時(shí)間不得少于20min。

3.攤鋪速度一般為：表面層2.5m/min～3m/min；中面層2m/min～ 2.5m/min；下面層2m/min～3m/min。

（四）混合料的碾壓成型

1.GTM設(shè)計(jì)的瀝青混合料路面碾壓，要求配置不少于6臺(tái)性能良好的壓路機(jī)，其中應(yīng)至少有三臺(tái)大于30噸的膠輪壓路機(jī)及三臺(tái)自重大于12噸的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)。

2.GTM設(shè)計(jì)的瀝青混合料（普通瀝青）宜采用輪胎壓路機(jī)初壓，為防止出現(xiàn)粘輪現(xiàn)象，可以在輪胎上少量涂抹植物油，待輪胎發(fā)熱后粘輪現(xiàn)象可以消除。

3.GTM設(shè)計(jì)的瀝青混凝土應(yīng)該遵循“高溫、緊跟、慢壓、強(qiáng)震、高頻、低幅”的原則進(jìn)行碾壓。沒(méi)有嚴(yán)格意義上的碾壓遍數(shù)，只要溫度允許，就應(yīng)該不停地碾壓，也稱之為“模糊碾壓”，碾壓過(guò)程中要充分發(fā)揮輪胎壓路機(jī)的“揉搓碾壓”功能。

4.碾壓過(guò)程中，應(yīng)采用無(wú)核密度儀隨時(shí)對(duì)路面壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)（由課題組實(shí)施），當(dāng)按預(yù)定壓實(shí)工藝不能達(dá)到壓實(shí)度要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整壓實(shí)工藝，如檢測(cè)結(jié)果表明壓實(shí)度仍不能達(dá)到要求時(shí)，應(yīng)查明原因后才能進(jìn)行下一步施工。

5.壓路機(jī)不得停留在溫度高70℃的已經(jīng)壓實(shí)但尚未完全冷卻的路面上。

五、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)將GTM設(shè)計(jì)結(jié)果與馬歇爾設(shè)計(jì)結(jié)果相比較時(shí)，便不自覺(jué)地會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：GTM設(shè)計(jì)的油石比小，是否會(huì)影響到混合料的耐久性？試件密度較大，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)水平能否達(dá)到規(guī)范要求？空隙率也比馬歇爾設(shè)計(jì)方法小得多，會(huì)不會(huì)降低路面的高溫穩(wěn)定性，而出現(xiàn)車轍及泛油等現(xiàn)象呢？而產(chǎn)生這些疑問(wèn)的根源是將馬歇爾方法作為正確的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)GTM方法設(shè)計(jì)結(jié)果。

客觀的理解是，在設(shè)計(jì)理念及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)、合理的基礎(chǔ)上，新的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的混合料體積參數(shù)是多少就是多少，沒(méi)有必要用設(shè)計(jì)理念不同的設(shè)計(jì)方法的標(biāo)準(zhǔn)去要求另一種方法。與馬歇爾方法設(shè)計(jì)結(jié)果相比，GTM方法設(shè)計(jì)的瀝青混合料雖然不滿足體積參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)要求，但其高溫抗車轍能力、低溫抗裂能力、抗水破壞能力均優(yōu)于馬歇爾方法設(shè)計(jì)的瀝青混合料。這也表明以體積參數(shù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定最佳瀝青用量的設(shè)計(jì)理念確實(shí)值得再思考。

本項(xiàng)目交通量組成以重載交通為主，而肇慶地區(qū)屬亞熱帶高溫多雨地區(qū)，夏季溫度高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，故采用GTM設(shè)計(jì)方法，各層都使用普通瀝青，瀝青面層采用花崗巖碎石，經(jīng)過(guò)了近一年的通車運(yùn)營(yíng)情況看，能較好地解決了夏季高溫車轍、推移、擁包、水損壞等問(wèn)題，取得了良好的效果。

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作者簡(jiǎn)介：

何永凱，男 ，1976年9月生，漢族，籍貫：廣東海豐本科學(xué)歷，路橋工程師。

李善強(qiáng)，男，1981年2月生，漢族，籍貫：山東臨沭，長(zhǎng)安大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè)在讀博士，路面工程方向。