長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念及工程應(yīng)用

長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念及工程應(yīng)用摘要：由于瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論不完善、混合料設(shè)計(jì)方法不合理等問題，使得我國(guó)瀝青路面早期病害嚴(yán)重，導(dǎo)致頻繁的維修改造或重建，這給公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。長(zhǎng)壽命瀝青路面是指在設(shè)計(jì)年限內(nèi)無結(jié)構(gòu)性修復(fù)和重建，僅需根據(jù)表面層損壞狀況進(jìn)行周期性維修的路面。本文從結(jié)構(gòu)原理、層位功能、混合料設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制四個(gè)方面，系統(tǒng)的闡述了長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的基本理念，并以廣州到河源高速公路惠州段路面工程為例，提出適合該地區(qū)的長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)方案。關(guān)鍵字：長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)理念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工控制工程應(yīng)用0引言由于瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論不完善、混合料設(shè)計(jì)方法不合理等問題，使得我國(guó)瀝青路面早期病害嚴(yán)重，導(dǎo)致頻繁的維修改造或重建，這給公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。長(zhǎng)壽命瀝青路面是指在設(shè)計(jì)年限內(nèi)無結(jié)構(gòu)性修復(fù)和重建，僅需根據(jù)表面層損壞狀況進(jìn)行周期性維修的路面。本文從結(jié)構(gòu)原理、層位功能、混合料設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制四個(gè)方面，系統(tǒng)的闡述了長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的基本理念，并以廣州到河源高速公路惠州段路面工程為例，提出適合該地區(qū)的長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)方案。1結(jié)構(gòu)原理長(zhǎng)壽命瀝青路面，又稱永久性瀝青路面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是為了提高瀝青路面的使用壽命，因此采用較厚的瀝青層，路面上部采用模量較高的材料，下部采用抗疲勞能力較強(qiáng)的材料，以降低傳統(tǒng)的半剛性基層瀝青路面開裂和避免結(jié)構(gòu)性車轍，使路面的損壞僅限于表面層。因此，只需要定期的表面銑刨、罩面修復(fù)，在使用年限內(nèi)不需要大的結(jié)構(gòu)性重建[1]。長(zhǎng)壽命瀝青面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用是一種新的理念，它是通過改變傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)組合、應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)指標(biāo)以及提高材料的物理力學(xué)性能達(dá)到延長(zhǎng)路面結(jié)構(gòu)壽命的目的。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念認(rèn)為，在車輛荷載作用下，不管路面多厚，將不可避免地出現(xiàn)疲勞開裂和結(jié)性車轍。但通過研究發(fā)現(xiàn)，在瀝青層層底存在一個(gè)極限拉應(yīng)變水平，當(dāng)路面在荷載作用下應(yīng)變低于此水平時(shí)，不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，這一應(yīng)變水平即為疲勞極限。因此，瀝青面存在一個(gè)面層厚度極限，當(dāng)瀝青層厚度超過此極限值后，路面結(jié)構(gòu)將不會(huì)出現(xiàn)由下到的疲勞開裂和結(jié)構(gòu)性車轍。所以，長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)層厚應(yīng)以控制在層底拉應(yīng)變水平內(nèi)，而使路面使用壽命延長(zhǎng)。長(zhǎng)壽命路面并不是一直不損壞，而是指路面的損壞僅發(fā)生在路面的表層，維修時(shí)不需要結(jié)構(gòu)性的處理，只需將表面層混合料銑刨并換成等厚度的新混合料便可，維修十分方便。2結(jié)構(gòu)層的功能及材料要求要進(jìn)行長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)，就必須先了解長(zhǎng)壽命瀝青路面對(duì)每一結(jié)構(gòu)層功能與材料要求。長(zhǎng)壽命的概念是強(qiáng)調(diào)有耐久的瀝青層和堅(jiān)固的基礎(chǔ)。因此，長(zhǎng)壽命瀝青路面各個(gè)層次的結(jié)構(gòu)功能基本上是圍繞這個(gè)概念的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。長(zhǎng)壽命瀝青路面對(duì)各結(jié)構(gòu)層功能及材料要求如圖1所示，建議選用表1所示的瀝青結(jié)構(gòu)型式。圖1長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖3瀝青混合料設(shè)計(jì)方法正確合理的瀝青混合料配比設(shè)計(jì)，是長(zhǎng)壽命瀝青路面質(zhì)量的保證。目前，國(guó)內(nèi)最常用的是馬歇爾設(shè)計(jì)方法，但由于馬歇爾設(shè)計(jì)方法中，試件成型原理與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有較大差別，導(dǎo)致用此方法設(shè)計(jì)出來的瀝青混合料不能滿足長(zhǎng)壽命瀝青路面的要求。Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是采用最新的工程設(shè)計(jì)理念，試件成型最接近瀝青路面的碾壓成型機(jī)理，礦料級(jí)配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較為合理，瀝青混合料性能最優(yōu)化的一種瀝青混合料設(shè)計(jì)方法。采用Superpave方法設(shè)計(jì)和施工的瀝青路面比采用馬歇爾方法設(shè)計(jì)的瀝青路面在抵抗車轍、抗疲勞破壞、抗溫度裂縫和水穩(wěn)定性能方面都有較大的提高。因此，建議選擇Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行長(zhǎng)壽命瀝青路面混合料的設(shè)計(jì)。表1長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)型式注：SP-Superpave瀝青混合料；SMA-瀝青馬蹄脂碎石混合料；OGFC-大孔隙開級(jí)配排水式瀝青磨耗層。4施工質(zhì)量控制長(zhǎng)壽命瀝青路面瀝青混合料在施工過程中，除了應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTGF40—2004）》相關(guān)要求外，在施工質(zhì)量控制方面，還應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)（以Superpave瀝青混合料為例）：（1）所使用石料要堆放在經(jīng)過硬化具有3%倒坡坡度的場(chǎng)地上，粗集料的堆放高度不應(yīng)超過3米，以防止由于集料不均勻?qū)е聻r青混合料離析；（2）在拌合站生產(chǎn)中，若干拌時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)將粗集料打碎，細(xì)集料磨成礦粉，改變了混合料級(jí)配和增加了0.075mm篩的通過量，降低了設(shè)計(jì)混合料的VMA，影響混合料的路用性能。濕拌時(shí)間不宜過短，它決定了混合料拌和的均勻程度，決定了出場(chǎng)混合料的品質(zhì)。建議干拌時(shí)間不應(yīng)超過5秒，普通瀝青混合料的濕拌時(shí)間不應(yīng)少于28秒，SBS改性瀝青混合料的濕拌時(shí)間不應(yīng)少于32秒；（3）在運(yùn)料車裝料時(shí)要嚴(yán)格按照三點(diǎn)裝料法，即前、后、中的順序前后挪動(dòng)車輛位置進(jìn)行裝料。對(duì)需要四盤以上才能裝到車斗槽幫高度的車輛，要分兩層均按前、后、中的裝料順序裝滿整個(gè)車斗，以最大限度地降低瀝青混合料在裝料過程中產(chǎn)生的離析；（4）攤鋪時(shí)要把攤鋪速度設(shè)置到最大并能保持速度進(jìn)行連續(xù)攤鋪的狀態(tài)。當(dāng)瀝青拌和站具有足夠的生產(chǎn)能力時(shí)，瀝青混合料的攤鋪速度不應(yīng)低于4米，在攤鋪過程中不宜過多調(diào)整攤鋪速度。當(dāng)攤鋪機(jī)前有料車積壓時(shí)，要提高攤鋪速度，可以達(dá)到6米，避免瀝青混合料在現(xiàn)場(chǎng)停留時(shí)過長(zhǎng)，造成瀝青混合料溫度散失過大；（5）初壓采用雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，開始的第一軸要緊跟攤鋪機(jī)，以后的每一次倒軸的停駛位置要超過前一軸的1.5-2.0米，每一次錯(cuò)軸停駛位置應(yīng)該形成45度的角度。錯(cuò)軸重疊寬度在10-20cm即可。在開始下一個(gè)碾壓區(qū)間前，要用雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)沿上一個(gè)碾壓區(qū)間停駛位置45度的方向振動(dòng)碾壓一遍，以消除由于壓路機(jī)停駛產(chǎn)生的推移波浪。每天開始的第一個(gè)碾壓區(qū)間不易太長(zhǎng)，最好不要超過30米，以后每一個(gè)碾壓區(qū)間盡量提升到50～60m。每一段碾壓區(qū)間不易過短，以免影響平整度。復(fù)壓采用兩臺(tái)膠輪壓路機(jī)揉搓碾壓，每一臺(tái)輪胎壓路機(jī)負(fù)責(zé)半幅同時(shí)進(jìn)行碾壓，形成表面紋理并可消除初壓時(shí)可能產(chǎn)生的熱裂紋。終壓相當(dāng)重要，除了可以消除膠輪輪跡外，還可以提升壓實(shí)度2～3個(gè)百分點(diǎn)。終壓應(yīng)采用三鋼輪光輪靜碾壓路機(jī)，要求達(dá)到25噸以上，進(jìn)行靜碾2～3遍，所有終壓均不得采用雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行起振碾壓。5工程實(shí)例廣河高速公路是廣東省、地、市高速公路連接線的重要組成部分，是聯(lián)系粵贛高速和京珠高速這兩條出省主要通道的重要橫向聯(lián)系道路，也是廣州四環(huán)四聯(lián)絡(luò)十八射主骨架之一。廣州至河源高速公路惠州段位于惠州市北部。路線呈東西走向，起點(diǎn)位于龍門縣永漢鎮(zhèn)，經(jīng)過龍門縣南部、博羅縣北部，終點(diǎn)位于河源市石壩鎮(zhèn)，路線全長(zhǎng)75.61km。全線采用設(shè)計(jì)汽車荷載公路-I級(jí)雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度120km/h，整體式路基寬度34.5m，分離式路基寬度17m，主線及主線橋面鋪裝，隧道采用瀝青混凝土路面。本項(xiàng)目所在地屬為Ⅰ4區(qū)，路線地處夏炎熱冬溫潮濕大路氣候區(qū)。設(shè)計(jì)年限為15年，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為（100kN）作用次數(shù)Ne=2.40×107次/車道，屬特重交通等級(jí)。按照長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念，結(jié)合該地區(qū)的實(shí)際情況，確定了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，如表2所示。在混合料設(shè)計(jì)過程中除了根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以外，還兼顧了Superpave相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且充分考慮了瀝青路面整體強(qiáng)度，各結(jié)構(gòu)層配比均符合要求并滿足性能試驗(yàn)要求。瀝青路面實(shí)測(cè)的各種技術(shù)指標(biāo)，如壓實(shí)度、平整度、摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)等都符合現(xiàn)行規(guī)范與設(shè)計(jì)文件的要求，路面整體質(zhì)量良好。6結(jié)語長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的理念主要在于選擇合理的路面結(jié)構(gòu)方案、采用正確的混合料配比設(shè)計(jì)方法、運(yùn)用科學(xué)的路面施工質(zhì)量控制手段，來提高瀝青路面的使用壽命，使得路面的損壞僅限于表層。因此，采用這種理念設(shè)計(jì)的瀝青路面，雖然初期建設(shè)費(fèi)用較高，但養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)單、費(fèi)用低、使用年限增加，大大提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。系統(tǒng)的研究