王以海，張巨，于榮全，唐可，吳謙，楊曉煒

（1.阿拉善盟交通運(yùn)輸局，內(nèi)蒙古 阿拉善盟 750300；2.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064；3.國道331線北銀根至路井段工程建設(shè)管理辦公室，內(nèi)蒙古 阿拉善盟 750300）

1 引言

經(jīng)過長期的工程實(shí)踐，水穩(wěn)碎石基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)形式在我國公路路面設(shè)計(jì)中被普遍采用。近年來，在阿拉善額濟(jì)納旗地區(qū)新建成的多條公路出現(xiàn)了一種形似“減速帶”狀的橫向拱起，這種病害在其他地區(qū)的瀝青路面鮮有發(fā)生。張宏等[1]通過對(duì)病害路段基層、路基不同深度化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)，路基土硫酸鹽鹽漬化并發(fā)生鹽脹是額濟(jì)納旗地區(qū)公路產(chǎn)生橫向拱起的重要原因。代澤宇等[2]通對(duì)對(duì)典型路段鉆芯取樣，進(jìn)行力學(xué)性能、化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)室內(nèi)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，熱鹽耦合的共同作用最終導(dǎo)致額濟(jì)納旗地區(qū)瀝青路面發(fā)生橫向拱脹開裂的病害。胡建榮等[3]發(fā)現(xiàn)鹽分結(jié)晶可以發(fā)生體積膨脹導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生橫向隆起現(xiàn)象。彭真等[4]針對(duì)京新高速（G7）臨河-白疙瘩段水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面橫向拱脹病害，結(jié)合京新高速項(xiàng)目辦專家意見提出了基層間隔400m 設(shè)置寬2m 深18cm 的ATB-25 消脹槽防治措施。然而，已有的研究很少關(guān)注消脹槽處置措施對(duì)基層拱脹處置的效果。因此，本文通過修筑試驗(yàn)路，在試驗(yàn)路設(shè)置兩種消脹槽，并在路段埋設(shè)位移、溫度傳感器，分析兩種消脹槽處置措施的效果。

2 試驗(yàn)路修筑

G331線北銀根至路井段是國家和自治區(qū)公路網(wǎng)的重要組成部分，其中額濟(jì)納旗境內(nèi)主線長279.8km。額濟(jì)納旗境內(nèi)道路結(jié)構(gòu)層采用厚度為25cm的水泥穩(wěn)定碎石基層，面層采用11cm瀝青混凝土。為了解拱脹對(duì)道路行車安全的影響，本路段每隔200m設(shè)置一道消脹槽，如圖1、圖2所示，消脹槽垂直于道路中線，兩端延伸至土路肩下部，厚度貫穿整個(gè)基層，寬度為50cm。消脹槽施工前，應(yīng)確保水泥穩(wěn)定碎石基層剛攤鋪完成1d～2d左右，且水穩(wěn)材料并未達(dá)到板體結(jié)構(gòu)，然后將設(shè)置消脹槽處的水穩(wěn)材料進(jìn)行翻松，翻松寬度應(yīng)保證為50cm，翻松厚度應(yīng)達(dá)到底基層表面，清除水穩(wěn)材料后所形成的消脹槽應(yīng)保持橫向水平、縱向垂直，避免出現(xiàn)消脹槽上寬下窄、下寬上窄，以保證在消脹槽中填充柔性基層材料時(shí)壓實(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。完成開槽后，開始用柔性材料將消脹槽進(jìn)行填充，在填充消脹槽之前應(yīng)將松動(dòng)的水泥穩(wěn)定材料完全清除干凈，并對(duì)水泥穩(wěn)定碎石底基層認(rèn)真、仔細(xì)地進(jìn)行了檢查，確認(rèn)沒有發(fā)生損壞，其整體結(jié)構(gòu)性能良好。

圖1 消脹槽布置示意圖

圖2 消脹槽結(jié)構(gòu)示意圖

本文以樁號(hào)K313+000～K313+200為試驗(yàn)路段，目的是為了分析道路建成后采用智能化設(shè)備監(jiān)測(cè)采取消脹槽措施后的水泥穩(wěn)定碎石基層材料變形對(duì)道路拱脹的影響。該試驗(yàn)段在建養(yǎng)資料中屬于典型拱脹路段，并且在上下行1000m 內(nèi)均無橋涵構(gòu)筑物。采用級(jí)配碎石和ATB-25瀝青碎石混合料作消脹槽填充材料，在填充前，消脹槽中的底基層表面攤鋪改性乳化瀝青稀漿封層。在填充時(shí)，分三次加入填充材料，用手扶振動(dòng)式壓路機(jī)分層壓實(shí)，保證壓實(shí)度滿足98%。消脹槽頂面鋪設(shè)土工格柵，分別攤鋪下面層、上面層[5]。

3 試驗(yàn)路現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

3.1 傳感器布置

2020 年9 月20 日 在G331道路樁號(hào)為K313+000～K313+200的三個(gè)斷面處（兩個(gè)設(shè)置消脹槽、一個(gè)未設(shè)置消脹槽）安裝了溫度、應(yīng)力及變形自動(dòng)采集系統(tǒng)。三個(gè)斷面主要有ATB-25瀝青混合料消脹槽、級(jí)配碎石消脹槽、未設(shè)置消脹槽（水泥穩(wěn)定碎石）。其中ATB-25瀝青混合料消脹槽側(cè)面安裝了3個(gè)溫度計(jì)、2個(gè)位移計(jì)；級(jí)配碎石消脹槽側(cè)面安裝了3個(gè)溫度計(jì)、2個(gè)位移計(jì)；未設(shè)置消脹槽（水泥穩(wěn)定碎石）側(cè)面安裝了3個(gè)溫度計(jì)、1個(gè)位移計(jì)。三個(gè)斷面及自動(dòng)化采集系統(tǒng)安裝情況如圖3所示[6]。

圖3 溫度、應(yīng)力及變形自動(dòng)采集系統(tǒng)布置圖

3.2 傳感器布設(shè)要點(diǎn)

①開槽。采用路用切割機(jī)開槽，在準(zhǔn)備埋設(shè)傳感器的半幅路面提前劃線，保證開槽橫向水平、縱向垂直。為減小埋設(shè)過程中對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的影響，在方便埋設(shè)的前提下，盡量減小基層開槽寬度，保持在10cm以下。

②清理。采用電鎬進(jìn)行水穩(wěn)基層破碎，輔以手鎬將破碎后的碎石鉤除。路基邊坡挖至與基層開槽同寬、等深的壕，直到邊坡坡腳，用于將傳感器線路引至路旁采集箱內(nèi)。

③布設(shè)。保證槽內(nèi)無碎石、雜物后，按預(yù)定位置布設(shè)傳感器。所有傳感器的線路外穿32mmPVC 管，中間公共走線段采用50mmPE管，保證線路從傳感器引出到采集箱的過程中始終有管保護(hù)。采集箱安裝在邊坡腳外1m的位置，采集箱由太陽能電池板供電，按設(shè)置自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。設(shè)備用膨脹螺絲固定至不易移動(dòng)，較大的混凝土試塊上，對(duì)太陽能電池板進(jìn)行加固，預(yù)防戈壁風(fēng)沙侵襲。

④路面恢復(fù)。管線布置完成后，向槽內(nèi)填充細(xì)沙至基層高度，攤鋪面層，恢復(fù)路面。邊坡處用路基土回填。

3.3 傳感器監(jiān)測(cè)

將溫度計(jì)及位移計(jì)在2020年10月1日至2021年5月10 日測(cè)試到的變形數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析ATB-25瀝青混合料消脹槽、級(jí)配碎石消脹槽、未設(shè)置消脹槽的變形及溫度變化，具體結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖5 變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

由圖4可知，ATB-25瀝青混合料消脹槽、級(jí)配碎石消脹槽、未設(shè)置消脹槽（水泥穩(wěn)定碎石）的溫度從2020年10月1日至2021年5月10日均呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，在2021年1月7日溫度最低，在2021年5月10日溫度最高。同時(shí)，在任何時(shí)期三種材料的溫度按照ATB-25瀝青混合料消脹槽>未設(shè)置消脹槽（水泥穩(wěn)定碎石）>級(jí)配碎石消脹槽排序。ATB-25瀝青混合料消脹槽在2021年1月7日溫度為-13.7℃，在2021年5月10日溫度為31.9℃；未設(shè)置消脹槽（水泥穩(wěn)定碎石）在2021年1月7日溫度為-15℃，在2021年5月10日溫度為26.7℃；級(jí)配碎石消脹槽在2021 年1 月7 日溫度為-15.9℃，在2021年5月10日溫度為25.1℃。由此可知ATB-25瀝青混合料消脹槽的導(dǎo)熱性能最好。

由圖5可知，ATB-25瀝青混合料消脹槽、級(jí)配碎石消脹槽、未設(shè)置消脹槽（水泥穩(wěn)定碎石）的側(cè)面變形呈現(xiàn)出不規(guī)律變化。2020 年10 月1 日至2020 年12 月1 日，ATB-25瀝青混合料消脹槽及級(jí)配碎石消脹槽的側(cè)面所安裝的位移計(jì)讀數(shù)是正值且逐漸增大，未設(shè)置消脹槽的側(cè)面所安裝的位移計(jì)讀數(shù)是負(fù)值，且有小幅增大的變化，這表明水泥穩(wěn)定碎石基層材料背向ATB-25瀝青混合料消脹槽和級(jí)配碎石消脹槽收縮。

2020 年12 月2 日至2021 年2 月1 日，ATB-25 瀝青混合料消脹槽及級(jí)配碎石消脹槽的側(cè)面所安裝的位移計(jì)讀數(shù)是負(fù)值，這表明水泥穩(wěn)定碎石基層材料膨脹產(chǎn)生的力擠壓著ATB-25瀝青混合料消脹槽和級(jí)配碎石消脹槽，這是因?yàn)?020年12月2日至2021年2月1日水泥穩(wěn)定碎石基層材料環(huán)境溫度最低，水泥穩(wěn)定碎石材料內(nèi)部的鹽分結(jié)晶產(chǎn)生膨脹壓力[7,8]。

2021年2月2日至2021年5月1日，溫度持續(xù)上升，ATB-25瀝青混合料消脹槽及級(jí)配碎石消脹槽的側(cè)面所安裝的位移計(jì)讀數(shù)是負(fù)值，且持續(xù)減小，這表明兩種消脹槽承受水泥穩(wěn)定碎石基層材料膨脹產(chǎn)生的力隨著溫度增大而逐漸增大，ATB-25瀝青混合料消脹槽所產(chǎn)生的壓縮變形大于級(jí)配碎石消脹槽。

4 結(jié)語

本文通過鋪筑試驗(yàn)路并收集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)消脹槽防治水穩(wěn)基層瀝青路面拱脹防治進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

①ATB-25瀝青混合料消脹槽、級(jí)配碎石消脹槽、未設(shè)置消脹槽（水泥穩(wěn)定碎石）的溫度變化情況基本一致，溫度按照ATB-25瀝青混合料>水泥穩(wěn)定碎石>級(jí)配碎石排序。

②在低溫季節(jié)，由于未設(shè)置消脹槽的水泥穩(wěn)定碎石基層收縮，消脹槽側(cè)面位移計(jì)拉伸；在高溫季節(jié)，由于水泥穩(wěn)定碎石基層材料的膨脹，消脹槽側(cè)面位移計(jì)被壓縮，溫度越高壓縮現(xiàn)象越明顯。

③ATB-25瀝青混合料消脹槽所產(chǎn)生的壓縮變形大于級(jí)配碎石消脹槽，這表明ATB-25瀝青混合料消脹槽抵抗變形能力強(qiáng)。