現(xiàn)如今，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展條件下，高等級(jí)公路的應(yīng)用是社會(huì)發(fā)展的重要條件，高效、耐久的運(yùn)輸條件可大大提高整個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)效率。但自從路面設(shè)計(jì)以來(lái)，路面結(jié)構(gòu)性破壞一直影響道路使用壽命，而且隨著交通量和車輛軸載的加重，獲得較長(zhǎng)使用壽命的瀝青路面一直是道路研究者面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。長(zhǎng)壽命瀝青路面是一種耐久性路面，通過對(duì)道路材料選擇、混合料設(shè)計(jì)和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的改善，獲取一種較長(zhǎng)使用年限且經(jīng)濟(jì)的瀝青路面結(jié)構(gòu)。目前使用較多的長(zhǎng)壽命瀝青路面為全厚式瀝青路面，瀝青層有足夠的厚度，但由于經(jīng)濟(jì)性原因現(xiàn)階段無(wú)法大規(guī)模的應(yīng)用于實(shí)際工程中。本文通過采用半剛性基層瀝青路面的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命瀝青路面，分別對(duì)路面各層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、路面材料選擇、施工質(zhì)量控制等階段進(jìn)行改善，并結(jié)合試驗(yàn)路進(jìn)行設(shè)計(jì)指標(biāo)質(zhì)量檢測(cè)。

試驗(yàn)路設(shè)計(jì)

工程概況

某試驗(yàn)路為某高速公路中一段半幅路，所在區(qū)域地勢(shì)平坦、開闊，路線所經(jīng)區(qū)域?qū)僦袧駧Т箨懶詺夂?。全線長(zhǎng)3km，起訖樁號(hào)為K23+100～K26+100，路面寬度為11.5m，路基寬度為13m，路基存在填挖現(xiàn)象，且有一定的縱坡。通過對(duì)半剛性組合式基層路面結(jié)構(gòu)、路面材料和施工質(zhì)量的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命瀝青路面。

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雖然全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)是目前公認(rèn)的長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)，但在現(xiàn)階段很難大規(guī)模的應(yīng)用于實(shí)際工程中去。有相關(guān)研究證明，通過對(duì)粒料底基層和組合式底基層的設(shè)計(jì)同樣可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命路面，本文針對(duì)半剛性組合式底基層類，根據(jù)路基頂面容許壓應(yīng)變、瀝青層層底水平容許拉應(yīng)變和永久變形等指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其各層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度、模量和相應(yīng)參數(shù)，如表1、表2所示。

表1 試驗(yàn)路段路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)響應(yīng)值

路面材料選擇和設(shè)計(jì)

路基。由于該試驗(yàn)路地處沙漠邊緣，原地基大多數(shù)屬于風(fēng)積沙，且當(dāng)?shù)厝狈κ希瑹o(wú)法對(duì)原基礎(chǔ)進(jìn)行換填處理，因此本文使用基礎(chǔ)為壓實(shí)風(fēng)積沙路基，但為防止基礎(chǔ)承載能力不足，路面上層結(jié)構(gòu)擠入上鋪層中，產(chǎn)生過量永久變形，該試驗(yàn)路采用在土基上設(shè)置一層天然砂礫墊層，既提高基礎(chǔ)受力特性，也能起到保路路基的作用。

底基層。該路面結(jié)構(gòu)底基層采用水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石，為減少半剛性基層材料層裂縫，需使用較高模量的水泥穩(wěn)定碎石，而高模量的路面結(jié)構(gòu)通常需使用較高劑量的水泥。但就半剛性基層材料自身的特性而言，高劑量水泥通常會(huì)使路面早期出現(xiàn)一定程度的干縮和溫縮裂縫。因此本文采用3%的32.5號(hào)水泥，同時(shí)結(jié)合摻加火力發(fā)電廠除塵裝置收集的粉煤灰，其水泥和粉煤灰技術(shù)指標(biāo)如表3、表4所示。

級(jí)配碎石層。試驗(yàn)路級(jí)配碎石層所用石料為花崗巖，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其具體設(shè)計(jì)級(jí)配如表5所示。

表3 水泥技術(shù)指標(biāo)

表4 粉煤灰化學(xué)成分

表5 級(jí)配碎石礦料設(shè)計(jì)級(jí)配

表6 SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

瀝青基層。瀝青基層采用改性瀝青混合料，膠結(jié)料采用SBS改性瀝青，礦料級(jí)配采用AC-25粗型級(jí)配，其SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)如表6所示。

聯(lián)結(jié)層。聯(lián)結(jié)層的設(shè)計(jì)是長(zhǎng)壽命瀝青路面的一個(gè)重要層位。該層通常是抵抗路面車轍變形的重要貢獻(xiàn)層，承受剪應(yīng)力最大，因此，聯(lián)結(jié)層瀝青混合料應(yīng)具備較高的高溫抗車轍性能。同時(shí)，為降低瀝青層層底和路基頂面壓應(yīng)力，聯(lián)結(jié)層需要較高的模量。經(jīng)過試驗(yàn)和理論分析后，本文在聯(lián)結(jié)層材料設(shè)計(jì)時(shí)采用SBS改性KLM90號(hào)瀝青混合料，同時(shí)摻加5%的增模劑，厚度設(shè)計(jì)為6cm，礦料設(shè)計(jì)為AC-20粗型級(jí)配。

磨耗層。磨耗層在瀝青路面中通常起到抗滑、耐磨的作用，應(yīng)具有足夠的抗剪強(qiáng)度，以防止瀝青路面出現(xiàn)高溫車轍病害。經(jīng)試驗(yàn)和理論分析后，本文磨耗層厚度設(shè)計(jì)為4cm，膠結(jié)料采用SBS改性90號(hào)瀝青，礦料級(jí)配為AC-13粗型。

施工質(zhì)量控制

壓實(shí)度。壓實(shí)度是影響路面耐久性的重要因素之一，其病害的產(chǎn)生往往是由壓實(shí)度不足引起的，保證路面壓實(shí)密實(shí)性是決定長(zhǎng)壽命瀝青路面使用質(zhì)量的重要施工控制指標(biāo)。路基壓實(shí)越密實(shí)，路基模量相對(duì)越高，后期路面抗永久變形能力越好，路基越不容易產(chǎn)生開裂。水泥穩(wěn)定碎石雖然作為底基層，但壓實(shí)度同樣不得降低，必須按照規(guī)范要求進(jìn)行執(zhí)行。而瀝青層作為外表路面結(jié)構(gòu)，其壓實(shí)質(zhì)量是影響路面長(zhǎng)期性能的關(guān)鍵因素，瀝青層壓實(shí)越密集，路面疲勞性能越好。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混合料出場(chǎng)溫度和攤鋪溫度，且在攤鋪時(shí)要做到連續(xù)、均勻且不間斷。

均勻性。混合料均勻性同樣是影響長(zhǎng)壽命瀝青路面使用質(zhì)量的一個(gè)重要因素。均勻性控制不好所產(chǎn)生的主要問題為離析，控制離析現(xiàn)象是長(zhǎng)壽命瀝青路面的重要質(zhì)量保障。在施工過程中，要嚴(yán)格控制混合料的拌和與攤鋪，對(duì)于級(jí)配碎石應(yīng)使用集中廠拌，再使用攤鋪機(jī)攤鋪，攤鋪過程中攤鋪機(jī)速度不宜過快，應(yīng)做到均勻不間斷，對(duì)部分存在缺料、不均勻的區(qū)域應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)料處理。

表7 試驗(yàn)路各層結(jié)構(gòu)回彈模量測(cè)試結(jié)果

表8 壓力盒檢測(cè)結(jié)果

養(yǎng)生。在路基全部鋪筑完成后，在上鋪層施工之前應(yīng)每天灑一次水，防止路面由于水分的散失而使黏結(jié)性降低，從而使表面出現(xiàn)松散現(xiàn)象。另外在水泥穩(wěn)定碎石基層施工完成后，應(yīng)先在頂面灑一次水，再用土工布覆蓋，進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)生7天。在養(yǎng)生期間，除灑水車其他車輛均不可通行。

試驗(yàn)路檢測(cè)

回彈模量測(cè)試

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60-2008），對(duì)試驗(yàn)路各層施工完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)回彈模量試驗(yàn)，其測(cè)試結(jié)果如表7所示。

由表7可以看出，土基頂面回彈模量平均值為106Mpa，最小為89Mpa，滿足路面設(shè)計(jì)時(shí)80Mpa的要求；墊層回彈模量均滿足大于100Mpa的要求；級(jí)配碎石模量為370Mpa～450Mpa，瀝青基層模量為900Mpa～1000Mpa，高模量聯(lián)結(jié)層模量為1100Mpa～1500Mpa，磨耗層模量在1100Mpa～1200Mpa之間，均滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

土基頂面壓力測(cè)試

為測(cè)量長(zhǎng)壽命瀝青路面試驗(yàn)路段土基頂面所受壓力，根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60-2008）要求，在試驗(yàn)路行車道上埋置壓力盒，測(cè)取在10t軸載單輪下的壓力值，具體檢測(cè)結(jié)果如表8所示。

由圖8可知，在10t軸載作用下，壓力盒測(cè)得加載后壓力較加載前增加約0.004Mpa～0.02MPa，滿足長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明該長(zhǎng)壽命瀝青路面具有足夠的耐久性，可抵抗較大的軸載。