浅论高速公路路面的施工技术

　　1工程概况
　　某高速公路路段,面层为多碎石SBS改性沥青混凝土,基层为水泥稳定级配碎石,底基层为水泥石灰稳定土,因为路线经过的地区土质较差,路面结构层施工应制定特殊的技术措施。
　　2旧路的分析和利用
　　该高速公路旧路利用部分,是在旧路路面上铺筑沥青碎石找平层,再在此基础上铺筑5cm粗粒式沥青混凝土及4cm多碎石沥青混凝土上面层。但据现场实验表明,现有路面强度达不到相关要求,部分路段路面破坏程度严重。现场非不利季节检测,大部分路段弯沉超过50mm,一般在50～100mm之间。但在K12～K31段路面破坏程度最为严重,多处地段弯沉在100mm以上,有些超过了200mm。这种段落如何处理以及处理好坏,是该段路面成功与否的关键。
　　由于老路路面以下结构层的综合弹性模量和压缩比与新建道路部分不一样,如果老路不进行处理,直接在上面铺筑结构层,极易引起错台、纵向开裂和其他病害。因此,老路面应破除,然后仔细检查下面结构层的弯沉和强度是否满足对应新建结构层的标准,达不到要求应继续往下处理,直致满足强度和各项指标为止。
　　旧路结构层破除到什么位置比较合适,除了上述强度控制外,标高也应作为重要的控制内容,找平层设在底基层范围内,保证水泥稳定碎石基层老路范围内的厚度能达到20cm的设计厚度,达不到要求厚度的,继续向下破除,超过20cm以外的,用底基层材料找平至基层顶面标高,保证找平层厚度不小于10cm。搭接处铺设土工格栅,再铺筑基层,基层顶面铺设一层特来维拉玻璃纤维网,再在上面铺筑沥青路面,以避免错台和纵向裂缝。
　　根据国内的研究资料,基层是路面结构承担荷载起关键性作用的结构层,基层强度高,减薄面层厚度,对整个路面的承载能力影响很小。但是加厚面层,减小基层结构层厚度,路面的承载能力就显著下降。这就是破除原有路面结构,保证基层厚度,将找平层设在底基层上的主要原因。
　　另一方面,新老路基压实度不一样,残留空隙率也不一样,在外荷载的作用下,产生的压缩变形也不一样。但是如果新老路面层和基层结构都一样,可能引起沉降的主要因素是路基,而车载通过基层和面层的分布,车轮对路基的压力经过扩散强度减弱很快,对路基的作用减轻,影响减小,有利于消除因车载影响路基而产生不均匀沉降。
　　3水泥石灰土底基层施工
　　高速公路某段所处地区土质变化大,同一土场土质经常出现不均匀现象,不同土层土质变化也很大,土场一般可利用深度只有1.2～1.5m左右,土质多为低液限粘土或粉砂土,有些土场有粘土夹层,大部分土的塑性提数Ip为10～11,符合规范要求的土场很少。由于土质不均,采取了挖掘机自上而下或自下而上垂直切削掺拌的方法,以减少不同土层土质不均给施工带来的不利影响。在这种土质情况下,如何保证底基层满足强度指标显得至关重要。
　　3.1水泥石灰土的强度
　　开工前,进行了大量的水泥石灰稳定土强度试验。试验表明,根据衡水地区的土质情况,水泥石灰稳定土的7d强度要达到1.5MPa是非常困难的,通过对选择的土场进行取样试验,合格的很少。因此,我们在施工前对不同的石灰含量、不同的水泥含量的混合料进行了大量的试验。表1示出了不同石灰含量时的混合料强度的比较。
　　表1不同石灰用量时混合料强度比较MPa
　　
　　试验结果表明当水泥剂量不变时,混合料中石灰含量增加,混合料强度是增长的。这说明用水泥稳定低液限粘土,适当掺入石灰对强度增长是有好处的。从表1的结果来看,这种土质用水泥石灰来稳定,水泥剂量用6%～8%,石灰剂量用3%～5%以为是比较合适的。
　　3.2水泥石灰的拌和与压实
　　实际施工中,考虑气候等因素,我们选择了特定的土场按水泥∶石灰∶土为7∶10∶83的配比修筑了200m的试验段。试验段结果,强度勉强达到了要求。试验段采用了YZ20(50t)重型振动压路机,(压实厚度均在21cm之内),经试验和经验确定最佳组合方式后,压实度基本达到了要求,详见表2。
　　表2压实度随厚度的变化情况
　　
　　由表2可知,当压实厚度小于20cm时,压实度可以达到95%,但超过20cm以后,压实度难以达到95%。而实际上,底基层设计厚度为20cm,考虑路基施工误差和灰土拌和机超拌厚度,有些段落将达到23～26cm。在这种情况下,灰土拌和机难以拌和,压实度难以达到标准要求,这个问题单从施工方面考虑是难以解决的,应该变更结构层厚度或改变压实厚度加以解决。
　　3.3起皮现象的处理
　　用低液限粘土和粉砂土作稳定基层,普遍存在的问题是表面容易起皮,克服起皮应注意以下几点:
　　1)含水量的控制
　　低液限粘土和粉砂土现场施工时,水分容易蒸发,并且含水量比最佳含水量大时更容易压实。但就低液限粘土而言,如果含水量过大,机械振动会出现液化现象。相对其他土质更容易出现“软弹”现象,因此,气温较高且空气干燥时,含水量控制在比最佳含水量高出2%～4%,雨季施工时控制在高1%～2%为宜。低液限土的击实曲线,较粘性类土来说两侧坡度较陡,也就是施工时含水量控制范围更小,因此,施工时含水量控制要求较高。过大、过小都容易引起起皮。
　　2)减少薄层贴补塑
　　指低的土表面水分容易蒸发,而且粘结性极差,当出现薄层贴补时,两层接触的光滑面不能很好地结合成整体。因此,薄层贴补是出现起皮现象的直接原因。减少薄层贴补,就是要避免平地机带料找平。具体作法是严格控制标高,标高控制在比设计高出0.5～1.0cm为宜,最后用平地机刮除高出部分。
　　3)控制排压和压实方法
　　在拌和以后平地机找平前的排压,不可用宽光轮压路机进行。最佳方法是采用红旗75轨链推土机排压。因为红旗75重量较轻,轨链铰接多,不会产生大于5cm2的光滑面,极大地减少了起皮的可能性。压实时,要控制好振动碾压遍数和强度,一般第一遍用宽轮静碾一遍,微振碾压两遍,三轮碾压一遍,避免超压引起表面剪切破坏而起皮。当压实度接近最大时,再用轮胎压路机光面,可以取得很好的效果。
　　施工中,采取上述方法,较好地克服了起皮现象,底基层施工达到了较高的质量要求。
　　4水泥稳定级配碎石基层施工
　　4.1混合料配合比控制
　　近年来,水泥稳定碎石基层施工技术已日臻成熟。但是在施工过程中,如何能保证基层强度又能减少其收缩裂缝,依然是个难题。石黄高速公路路面水泥稳定基层强度要求达到4.5MPa,这比规范高50%,要提高强度一般说来要增加水泥用量,为了减少收缩裂缝,宜选择较大的粒径。经验表明,水泥用量不宜超过5%,碎石粒径宜采用规范的上限。
　　4.2基层平整度控制
　　基层平整度好坏直接影响到路面表面的平整度,因此要加以严格控制。
　　水泥稳定基层平整度用3m直尺控制,应达到8mm以下,当压实度接近92%～93%时,压实检测人员立即用3m直尺进行检测,发现局部偏高,先用钉耙刮除多余部,当局部偏低,先用钉耙刮松表面,然后分别将表面进行湿润,用细筛在表面均匀筛铺一层混合料后碾压。处理工作应在水泥初凝前完成。
　　摊铺机的振动频率,即俗称的振级,以及行驶速度的均匀性对平整度影响较大。由于基层粒径较粗,厚度大,振级选用6级比较合适,行驶速度宜选1.5～3m/min。振级过大,易造成机械损坏,铺层会出现小横梗;行驶速度过大,预压实度变小,不利于消除路基的不平整度,或碾压时易产生推移,使铺层平整度,或碾消除路基的不平整度,或碾压时易产生推移,使铺层平整度受到影响。
　　4.3压实控制
　　压实方法和机具选择对压实效果和平整度影响很大。基层压实度应选用50t级振动碾进行压实,保证压实度。同时应科学组织施工提高效率,保证终压在水泥初凝前完成。
　　5多碎石沥青混凝土路面施工
　　5.1多碎石沥青混凝土的产生背景及其特点
　　Ⅱ型沥青混凝土碎石含量大,按级配范围中值达60%,空隙率常在6%～10%之间,Ⅰ型碎石沥青混凝土则相反,其空隙率小,这两种结构都不宜用做表面层。在这种情况下,著名路面专家沙庆林院士提出了一种新型路面结构,这种结构较好地克服了Ⅰ、Ⅱ型沥青混凝土的不足。它的构成特点是2.5mm以上粗碎石的含量达到72.5%,比传统的级配多15%左右,故取名为多碎石沥青混凝土。使用这种级配的混合料,其表面构造深度达到了0.7mm以上,空隙率不大于5%。因此多碎石沥青混凝土具有较好的构造深度和抗形变(辙槽)能力,同时又具有较小的空隙率和透水性,耐久性好。
　　5.2配比设计
　　在通过近几年的试验,SAC的矿料级配进行了调整,见表3。
　　表3SAC-16矿料级配调整前后对照表
　　
　　调整前的SAC-16和AC-16-Ⅱ的4.75mm以下从4.75～0.075mm渐变到Ⅰ型级配,以增加密实度,达到防水的目的。调整后的SAC-16多碎石矿料级配,通过4.75mm和2.36mm筛孔的用量与国外的SMA的用量非常接近,与调整前相比,4.75mm以上粗集料用量基本一样,只不过2.36mm以下的细集料中矿粉用量偏低3%～3.5%,而4.75mm以上的粗集料增加了5%。
　　5.3SAC施工中应注意的几个问题
　　1)密实度及残留空隙率的控制密实度和残留空隙率控制的好坏,是SAC成败的关键。
　　残留空隙率可由下列公式计算:残留空隙率=(1-现场钻孔取芯密度/理论密度)×100%要使残留空隙率达到7%以下,需要控制好压实度标准。SAC理论空隙率一般为4%,若压实度为95%时,残留空隙率达到9%,只有当压实度达到98%时,残留空隙率才能达到4%～6%,所以压实度最低应达到97%,只有这样才能保证其密水性。
　　2)材料控制
　　碎石严禁尺寸有重叠现象,一般选20～30mm,10～20mm,5～10mm,不允许选用3～10mm,5～20mm,10～30mm之类的碎石,避免出现拌和机溢料和待料现象。尽量控制超最大粒径的含量不大于5%,超最小粒径的含量不大于10%。
　　由于砂多属酸性材料,与沥青粘结力差,用量应控制在10%～20%范围内,不足部分可用干净的石灰岩石屑代替。含泥量应符合规范要求。
　　矿粉应用石灰岩矿粉。对粘结力较低的石料,可用磨细生石灰粉替代部分矿粉,这样粘结度能达到要求,又可作为抗剥落剂,降低了成本。
　　5.4使用SBS改性沥青的多碎石沥青混凝土
　　该高速公路面层采用SBS改性沥青多碎石混凝土路面,为保证路面的使用性能提供了良好的保证,但施工中应注意其特殊的地方。
　　SBS为苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物,它具有橡胶和塑料的特点,加热熔融后易与沥青共混,冷却后又可以恢复其弹性特征,因此,SBS改性沥青比普通沥青的高温和低温性能都有很好的改善。SBS在拌和温度下粘滞度较低,拌和温度只需达到175℃时便可得到均匀的沥青混合料产品。其施工和易性与普通沥青类似。但改性沥青的拌和温度要比普通沥青高10～20℃左右,普通沥青的加热温度只需达到150～170℃。
　　根据SBS改性沥青粘度随温度的变化情况,当温度在140～160℃时,粘度曲线趋于驼谷,有利于压实,因此,摊铺和碾压的施工组织要保证成型温度控制在140～160℃之间。
　　5.4.1摊铺
　　摊铺过程中,除应注意前面叙述的事项外,还应注意下面一项。
　　不同的沥青面层,应由最终控制指标进行分解,制定各层的平整度控制指标,同时应做到松铺厚度均匀,平整度才能达到满意的效果。
　　摊铺速度控制在2～6m/min,待现场有3～5车料时进行摊铺,保证连续摊铺,避免停机形成横梗。同时保证布料器前混合料高度一致,使熨平板浮力均匀。
　　摊铺时夯实锤振动频率选择5级为宜,此时松铺系数约为1.17,振级过大,下承层对熨平板产生夯实反击力,铺层会出现小梗,影响平整度。
　　5.4.2压实
　　压实应严格控制压实度,确保在温度降到120℃以下时完成终压。
　　碾压应特别遵循少量喷水、保持高温、梯形迭进的原则。温度下降速率随着逐步碾压而减缓,特别是摊铺后,初压前温度下降最快,可达4～5℃/min,所以施工中应安排初压压路机尽可能随摊铺机进行碾压。
　　5.4.3横缝处理
　　横向接缝处理不好会严重影响面层平整度和行车舒适性,所以应认真对待。
　　摊铺前,先用6m直尺检查,平整度超过3mm的部分应首先切去。接头处清理干净,再涂上粘层沥青,待基本干后摊铺机就位。
　　熨平板开始预热前,量测原油面厚度,用虚铺系数计算出虚铺厚度。量测应准确。
　　熨平板预热15～20min,使接缝处原路面温度达到65℃以上,再以2m/min的速度慢速摊铺。
　　碾压用DD110振动压路机进行。碾前将原路面上堆20cm宽混合料对原路面进行预热5～10min,然后将沥青混合料清除干净,保持线条顺直。最后再用压路机横向进行碾压,每15cm间隔逐步错轮重叠压实2m宽度。
　　6结语
　　该高速公路竣工通车后,通过一年多的营运检验,路面使用性能良好,未发现较大的病害,表明该路面施工时对各结构层采用的施工工艺和质量控制体系是成功的。
　　参考文献:
　　[1]交通部公路科学研究所.公路工程无机结构料稳定材料试验规程(JTJ057-94)[S].北京:人民交通出版社,1994.
　　[2]交通部重庆公路科学研究所.公路改性沥青路面施工技术规范(JTJ036-98)[S].北京:人民交通出版社,1998.