張 西 棉

(陜西省西安公路管理局，陜西 西安 710003)

1 背景

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，公路建設里程不斷增加，據(jù)統(tǒng)計，我國90%以上的公路瀝青路面的基層和底基層均采用了半剛性材料。半剛性基層具有強度高、剛度大的特點。然而，半剛性材料具有的干縮和溫縮特性，半剛性基層的收縮裂縫，使瀝青路面不可避免要產(chǎn)生反射裂縫，容易導致瀝青面層的早期破壞。另外，半剛性基層的抗沖刷性能比較弱，易受到水損害，使路面產(chǎn)生唧泥、翻漿等早期破壞。

由于瀝青穩(wěn)定材料良好的強度和抗疲勞性能，使得密級配瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層結構在國外得到長期而有效的應用，鑒于此，深入系統(tǒng)地開展瀝青穩(wěn)定碎石基層混合料設計方法和性能的研究，對于避免瀝青路面早期破壞，延長瀝青路面使用壽命，提高瀝青路面的使用質(zhì)量具有極為重要的意義。2018年，我局在國道108周至段進行了7.798 km的密級配瀝青穩(wěn)定碎石(ATB-25)柔性基層，取得了良好效果。

2 前期準備工作

2.1 舊路概況調(diào)查

G108 K1405+220～K1415+233段位于周至境內(nèi),該路段建于1956年，于2010年—2013年進行大修補強，路面基層薄，強度差。由于近年交通量的快速增長，整段道路水泥混凝土路面不堪重負，路面大面積出現(xiàn)縱向裂縫、斜向裂縫、交叉裂縫及沉陷等病害，板面破損十分嚴重。該路段路面破損情況見表1,表2。

表1 路面破損調(diào)查結果匯總表

表2 原路面實測彎沉成果匯總表

2.2 密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層補強設計方案

根據(jù)舊路病害情況和彎沉計算，路面結構設計方案為：用級配碎石對舊路破碎后的表面進行調(diào)平，采用2 cm熱瀝青單層貫入；然后采用8 cm ATB-25密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料進行基層補強，面層為4 cm AC-13F瀝青混凝土。本次設計彎沉為55.3(0.01 mm)。針對密級配瀝青穩(wěn)定碎石(ATB-25)基層的特點，參照JTG F40—2017公路瀝青路面施工技術規(guī)范編寫了《密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層施工工藝》，對配合比設計、原材料、施工過程中的每道工序控制、試驗檢測等均提出了嚴格的要求，確保施工質(zhì)量。

3 密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層材料組成要求

密級配瀝青穩(wěn)定碎石(ATB-25)基層與傳統(tǒng)的用于面層的瀝青混凝土相比，它是針對于基層用的，粒徑偏大，級配偏粗，瀝青用量偏少，對原材料的要求相對于面層要低。

1)道路石油瀝青：采用A級90號石油瀝青。瀝青在儲運、使用及存放過程中應有良好的防水措施，避免雨水或加熱管道蒸汽進入瀝青。瀝青試驗結果見表3。

表3 瀝青指標檢驗結果

2)粗集料及細集料：粗集料應潔凈、干燥、表面粗糙，與瀝青的粘附性好，一般選用堿性或中性石料。細集料應潔凈、干燥、無風化、無雜質(zhì)，并應有適當?shù)念w粒級配。根據(jù)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料級配范圍以及對料源規(guī)格型號的調(diào)查篩分，初步選定的瀝青混合料材料為涇陽產(chǎn)碎石、石屑、礦粉以及黑河砂。

3)填料：必須采用石灰?guī)r經(jīng)磨細得到的礦粉，礦粉應干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉流出。拌合機的粉塵和粉煤灰不得作為填料使用。

經(jīng)試驗檢測砂石材料各項技術指標見表4。

表4 原材料的技術指標試驗結果

4 密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層目標配合比設計

4.1 礦料配合比設計

根據(jù)表5各種礦料的篩分結果及ATB-25型瀝青穩(wěn)定碎石混合料的級配要求進行礦料級配設計，經(jīng)計算機計算合成確定合成級配各種礦料百分含量如表6所示。

表5 原材料級配

表6 合成級配各種礦料百分含量

4.2 目標配合比設計

按規(guī)范和設計要求，分別采用3.0%，3.5%，4.0%三種油石比成型馬歇爾試件進行試驗，測定各項物理力學指標并對試驗結果進行處理，確定最佳油石比為3.6%。最佳油石比時的馬歇爾試驗結果見表7?？紤]施工期間的氣候和交通因素，試驗報告建議油石比應增加到3.6%。

表7 最佳油石比及Marshall試件實驗結果

4.3 生產(chǎn)配合比確定

依據(jù)確定的目標配合比和實際施工的拌和機械進行生產(chǎn)配合比設計，采用LB30型拌和設備，該設備配備冷料倉和熱料倉各4個，由于其中1個熱料倉為溢料倉，所以，試驗前根據(jù)級配類型初步選定了3個振動篩篩號分別為1號倉6 mm，2號倉15 mm，3號倉25 mm，最大粒徑篩孔通過量符合范圍要求，并使三個熱料倉的材料進料量相差不多，超粒徑碎石能通過溢料倉排出。然后，按目標配合比設計的冷料比例上料、烘干、篩分，按照試驗規(guī)程要求取樣篩分，用計算機進行礦料級配計算，原材料的技術指標及瀝青穩(wěn)定碎石礦料級配組成見表8。

表8 原材料的技術指標試驗結果

按以上配比進行馬歇爾試驗，分別采用3.0%，3.5%，4.0%三種油石比成型馬歇爾試件，測定各項物理力學指標并對試驗結果進行處理，得出的最佳油石比如下：按密度最大值、穩(wěn)定度最大值、空隙率中值確定的最佳油石比OAC1=3.3%。按各指標符合范圍的中值確定的最佳油石比OAC2=3.2%。由此確定的最佳油石比OAC=3.7%。此結果與目標配合比設計結果的最佳油石比相差0.1%，基本吻合。結合以往經(jīng)驗，商定采用平均值即油石比3.7%作為生產(chǎn)配合比供試拌試鋪使用。

5 施工的控制要點

1)要避免混合料的離析。由于該混合料材料粒徑較大，原材料堆放、石料進倉、混合料裝車及自卸汽車卸料、攤鋪機螺旋布料器運送混合料過程中均會不可避免的產(chǎn)生粗細集料的離析現(xiàn)象。因此，在施工中應盡可能減少人為因素造成的離析現(xiàn)象。主要措施有：不同規(guī)格的材料分別堆放整齊，取料時裝載機盡量做到垂直取料，以避免石料堆上部的集料坍塌滾落，造成集料離析；瀝青混合料從拌和機上裝車時，按規(guī)定先在車廂前部裝料，然后挪動車輛在后部裝料，最后在中間裝料，如此往復幾次，直至裝滿。攤鋪過程中，攤鋪機的螺旋布料器根據(jù)攤鋪速度調(diào)整到保持一個穩(wěn)定的速度均衡地轉(zhuǎn)動，兩側(cè)保持有不少于送料器2/3高度的混合料，以減少混合料在攤鋪過程中的離析。

2)要重視混合料的壓實。由于混合料的攤鋪厚度較大，一般攤鋪厚度在10 cm,壓實厚度在8 cm。因此，混合料的碾壓工作至關重要，要采用大噸位膠輪壓路機來保證混合料的壓實度。同時，松鋪系數(shù)要根據(jù)試驗段來確定。

3)機械設備配置。采用生產(chǎn)能力與攤鋪能力相匹配的拌和設備，一般應采用1000型以上拌合機。拌和設備具有足夠的料倉，并配備計算機控制系統(tǒng)，能夠進行實時監(jiān)測，顯示、保存所采集的數(shù)據(jù)，自動計算并及時打印各項數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結果，以便實施施工過程中的質(zhì)量管理動態(tài)控制。

4)拌和廠應具備良好的試驗條件，配備足夠的試驗檢測人員，能在每天開始生產(chǎn)時及時進行抽提篩分及馬歇爾試驗，檢測結果準確及時，信息反饋迅速，以正確指導當天的拌和生產(chǎn)。

5)施工現(xiàn)場應配專人檢測施工過程中的溫度變化情況及壓路機碾壓作業(yè)情況，保證當天碾壓的瀝青穩(wěn)定碎石混合料碾壓遍數(shù)均勻一致，并保證在允許的碾壓溫度下完成施工作業(yè)。

6)加強攤鋪初期的水準測量，檢查攤鋪厚度、路拱橫坡情況，及時反饋予以調(diào)整，隨時記錄攤鋪混合料的數(shù)量與成型長度，計算攤鋪的平均厚度。

6 技術、經(jīng)濟評價

1)密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層前期資金投入略多，但全壽命周期時間長，路用性能優(yōu)于半剛性基層。路面結構：瀝青穩(wěn)定碎石基層(8 cm瀝青穩(wěn)定碎石基層+4 cm AC-13細粒式瀝青混凝土面層)費用為166元/m2；水泥穩(wěn)定碎石基層(20 cm水穩(wěn)碎石基層+4 cm AC-16中粒式瀝青混凝土下面層+3 cm AC-13細粒式瀝青混凝土上面層)費用為152元/m2。但密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層路面壽命可以達到15年不用大修，而一般的水穩(wěn)碎石基層路面大修年限為8年。若按15年的周期進行經(jīng)濟效益評價，瀝青穩(wěn)定碎石基層路面成本基本為二灰碎石基層路面成本的一半。同時，瀝青穩(wěn)定碎石基層路面不會產(chǎn)生半剛性基層質(zhì)量通病反射裂縫，避免了路面的早期破壞。據(jù)我局養(yǎng)管部門資料統(tǒng)計，瀝青穩(wěn)定碎石基層路面日常養(yǎng)護費用較傳統(tǒng)水穩(wěn)碎石基層低約20%。

2)瀝青穩(wěn)定碎石基層路面其平整度及行車的舒適性，是半剛性基層路面及混凝土路面無法比擬的。

3)瀝青穩(wěn)定碎石基層路面施工時堵車時間較短，在夏季碾壓結束后2 h即可開放交通，在交通流量較大且無法封閉交通的大修路段施工優(yōu)勢更為明顯。

4)瀝青穩(wěn)定碎石基層在大修工程施工時直接加鋪于舊路面層上，舊路面做到了再次利用，減少了環(huán)境污染。

5)密級配瀝青穩(wěn)定碎石施工季節(jié)較長，一般在關中地區(qū)4月份～10月份均可施工。另外，路面各結構層時間間隔很短，基層施工結束后即可進行面層施工，而一般的半剛性基層需保濕養(yǎng)生7 d。由此可見，密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層適用于不封閉交通的公路大修工程路段。

7 結語

本工程在補強應用密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層中存在，試驗室進行馬歇爾試件擊實時僅有垂直方向的擊實作用，而無實際施工時的揉搓作用，無法客觀地體現(xiàn)實際施工的碾壓效果。同時，由于密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層厚度一般在10 cm以上，瀝青路面常規(guī)26 t膠輪壓路的有效壓實效果也需要進一步工程實踐探索。通過兩年來工程通車檢驗，密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層具有較高的抗剪強度、抗彎拉強度和耐疲勞性，不易產(chǎn)生收縮裂縫和水損害，使用壽命長，行車舒適性好，避免路面早期裂縫，后期養(yǎng)護費用低等優(yōu)勢，具有良好的發(fā)展和應用前景。