大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層技術(shù)應(yīng)用與探討

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1. 概況

　　1.1國(guó)道104濟(jì)南至五峰段老路面結(jié)構(gòu)為15cm水穩(wěn)砂礫+15cm水穩(wěn)碎石+24cm水泥砼路面，老路面寬度不同段落分別為22m和18m，新改建路面結(jié)構(gòu)為：舊水泥砼路面經(jīng)碎石化處理后上覆22cm的瀝青路面，新改建路面為寬32.5m、雙向八車道的城市快速主干道，老路雙側(cè)分別加寬5.25～7.25m，加寬段路面結(jié)構(gòu)為15cm水穩(wěn)砂礫（或碎石）+15cm多孔隙水穩(wěn)碎石+15cm水穩(wěn)碎石+12cm大粒徑透水性瀝青混合料+6cmAC-20改性瀝青砼＋4cmAC-13抗滑表層；砼路面碎石化后路面結(jié)構(gòu)：12cm大粒徑透水性瀝青混合料+6cmAC-20改性瀝青砼＋4cmAC-13抗滑表層。其路面改建結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。圖1路面改建拓寬結(jié)構(gòu)圖1.2整段路（20.3Km）最終改建為雙向八車道的城市快速主干道，將長(zhǎng)清區(qū)大學(xué)城與濟(jì)南市區(qū)連成為一個(gè)整體。為確保此段路改建后的使用效果和路面壽命，業(yè)主在設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行了多次優(yōu)化，最終確定了改建方案，即重點(diǎn)采用了碎石化處理舊水泥砼路面、大粒徑透水性瀝青混合料和多孔隙水泥穩(wěn)定碎石中基層三大技術(shù)。舊水泥砼路面拓寬改建為瀝青砼路面，所面臨的主要問(wèn)題：一是如何改造舊砼路面，方案中碎石化工藝解決了此問(wèn)題，且“變廢為用”，節(jié)約了資源，減少了環(huán)境污染和少占用過(guò)多的垃圾存放場(chǎng)地；二是如何解決半剛性基層的反射裂縫問(wèn)題；三是如何把結(jié)構(gòu)層間的水排出去，防止瀝青路面在重復(fù)荷載作用下的水損害，做到 “疏導(dǎo)”路面結(jié)構(gòu)層間水的目的，改建方案中的大粒徑透水性瀝青混合料不僅起到了應(yīng)力吸收的作用，而且和多孔隙水泥穩(wěn)定碎石起到了排除路面結(jié)構(gòu)層間水到路面以外的作用，是路面整體排水系統(tǒng)的一部分，其自身較高的強(qiáng)度又達(dá)到了“抵抗”變形的作用。以上技術(shù)尤其是大粒徑透水性瀝青混合料在本路的應(yīng)用實(shí)踐，將對(duì)公路拓寬改建產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本文將重點(diǎn)介紹大粒徑透水性瀝青混合料在104國(guó)道的應(yīng)用，以及對(duì)目前應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題予以探討。

　　2. 大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層作用和設(shè)計(jì)

　　大粒徑透水性瀝青混合料（Large Stone Porous Asphalt Mixes,簡(jiǎn)稱LSPM），是一種新型的瀝青混合料，通常由較大粒徑（25～62mm）的單粒徑集料形成骨架，由一定量的細(xì)集料形成填充而形成的骨架型瀝青混合料，用作路面結(jié)構(gòu)的基層使用。本工程把LSPM作為柔性基層來(lái)考慮。 本工程為了確保改造后路面的使用壽命，采用12cm大粒徑透水性瀝青混合料+6cmAC-20改性瀝青砼＋4cmSMA-13抗滑表層，總厚度達(dá)22cm。路面結(jié)構(gòu)層總厚度比較厚，前期建設(shè)投資較大，但路面使用壽命長(zhǎng)，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，從全壽命周期成本考慮還是值得推廣的。

　　2.1LSPM柔性基層的作用

　　2.1.1LSPM實(shí)際上是為了進(jìn)一步吸收砼路面結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的集中應(yīng)力而設(shè)置的一層瀝青路面柔性基層，其作用是由于空隙率較大（13~18%），瀝青含量低，其彈性模量較低，混合料中存在較大連貫空隙，具有較強(qiáng)的抵抗反射裂縫的能力，從而延緩了柔性路面的使用壽命；同時(shí)由于大碎石的骨架結(jié)構(gòu)和大孔隙率，使破碎后的舊砼板塊之間的集中應(yīng)力在大碎石的孔隙中被消解分散，達(dá)到了最終解決“反射裂縫”上延的目的。

　　2.1.2由于瀝青路面滲透性的存在，路面結(jié)構(gòu)層間水常常導(dǎo)致高等級(jí)公路的過(guò)早水損壞，所以LSPM的大孔隙同時(shí)起到疏導(dǎo)、排除路面結(jié)構(gòu)層間水的作用，所以改建后的LSPM作為路面排水層來(lái)使用。

　　2.1.3由于粗集料形式是完整的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的抵抗車轍變形能力。

　　2.2LSPM柔性基層與其他基層的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。舊水泥砼路面經(jīng)碎石化處理后，可以采用的基層類型是比較多的，一種是水泥穩(wěn)定碎石基層，例如：本路個(gè)別路段因?yàn)檎{(diào)坡的原因致使加鋪層過(guò)厚，從而采取碎石化后加鋪20～40cm的水穩(wěn)碎石基層，其上又做了12cm大粒徑透水性瀝青混合料（不經(jīng)濟(jì)），第二種是級(jí)配碎石基層，例如：104國(guó)道泰安段為降低造價(jià)在輔道處設(shè)置級(jí)配碎石基層；第三種大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層；以及三種基層的組合。幾種主要基層類型的經(jīng)濟(jì)效益及優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)

　　大粒徑透水性瀝青混合料作為柔性基層，具有排水及減少反射裂縫的優(yōu)點(diǎn)，雖造價(jià)高，但效果明顯。

　　2.3LSPM柔性基層的設(shè)計(jì)。本文以LSPM-30為例簡(jiǎn)要介紹設(shè)計(jì)方法及主要控制指標(biāo)。

　　2.3.1LSPM柔性基層的設(shè)計(jì)采用體積指標(biāo)，瀝青膜厚度以及混合料性能指標(biāo)來(lái)控制，最大粒徑30mm，大碎石應(yīng)力吸收層要求采用MAC-70＃改性瀝青。其目的是根據(jù)MAC改性瀝青的抗高溫、抗水（油）損害和耐老化的性能特點(diǎn)而選擇的。

　　T0605由于大粒徑透水性瀝青混合料要求13％-18%的空隙率，所以瀝青膜的厚度大小對(duì)大粒徑透水性瀝青混合料的耐久性是相當(dāng)重要的，所以要求厚度大于12μm。

　　2.3.2級(jí)配設(shè)計(jì)主要是根據(jù)開(kāi)級(jí)配瀝青混合料設(shè)計(jì)的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)參考美國(guó)NCHRp.Report386和貝雷級(jí)配選擇的理論與實(shí)踐，通過(guò)級(jí)配的優(yōu)選和混合料設(shè)計(jì)比較確定的。所設(shè)計(jì)的級(jí)配主要是保證混合料粗骨料相互嵌擠，同時(shí)提供一定的礦料間隙率使混合料的空隙率滿足排水的要求。

　　2.3.3最佳瀝青用量的確定。用優(yōu)選的級(jí)配進(jìn)行2.5、3.0、3.5 3個(gè)瀝青含量的大馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，試件的毛體積密度用計(jì)算方法確定。最佳瀝青含量綜合孔隙率、瀝青膜厚度、析漏、分散損失等指標(biāo)進(jìn)行確定，最大理論密度采用計(jì)算法（與現(xiàn)行規(guī)范的計(jì)算方法相同）。

　　隨空隙率的增大，滲水效果有明顯上升和突變過(guò)程，本工程混合料設(shè)計(jì)和施工時(shí)空隙率要求在13～18％，否則空隙率過(guò)小，滲水效果達(dá)不到理想的目的，造成路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)滲水很難排出；空隙率過(guò)大，則大粒徑透水性瀝青混合料的耐久性受到影響，所以檢測(cè)滲水效果相當(dāng)重要，滲水試驗(yàn)方法采用美國(guó)ASTMPS-01規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，所用的儀器為無(wú)側(cè)向滲水儀。滲水系數(shù)的大小反映瀝青混合料試件的相對(duì)滲水能力，本次設(shè)計(jì)的滲水試驗(yàn)結(jié)果為0.2cm/s，該指標(biāo)滿足基層排水要求。

　　3. 大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層有關(guān)問(wèn)題探討

　　3.1施工時(shí)的離析問(wèn)題。由于大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層為開(kāi)級(jí)配的瀝青混合料，所以大碎石在卸料、運(yùn)輸、送料、蝸輪傳送、收料倉(cāng)收料的過(guò)程中無(wú)法避免瀝青混合料產(chǎn)生離析，而且通過(guò)實(shí)際施工觀察，離析的程度相當(dāng)嚴(yán)重。離析所帶來(lái)的危害是相當(dāng)多的，例如：（1）粗集料過(guò)于集中造成大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)被破壞，改變了原設(shè)計(jì)的大碎石配合比，造成受力性能和排水效果降低；（2）容易造成集料碾壓成型后，此層路面松散，破壞了此層路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以及使用壽命；（3）在同樣的壓實(shí)功作用下，離析處的碎石容易被震動(dòng)壓路機(jī)震碎，改變了級(jí)配和該層路面的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，影響路面的使用壽命。離析是由大碎石的固有級(jí)配特性所決定的，要改善離析所產(chǎn)生的危害，一方面在卸料、運(yùn)輸方面注意嚴(yán)格按“三盤”卸料法和減少制動(dòng)等措施；另一方面從攤鋪機(jī)上著手，對(duì)現(xiàn)有攤鋪機(jī)增設(shè)二次攪拌設(shè)備，同時(shí)對(duì)螺旋布料器加以改良，采用傳輸帶分布卸料，整個(gè)攤鋪機(jī)的機(jī)構(gòu)應(yīng)注意作相應(yīng)調(diào)整。

　　3.2選擇合適的改性瀝青問(wèn)題。由于大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層的空隙率大，盡管骨料級(jí)配是骨架-空隙結(jié)構(gòu)，內(nèi)摩擦角j大，但骨料之間的粘結(jié)力c就偏小，所以瀝青膜的厚度和瀝青質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響LSPM的耐久性，同時(shí)石料與瀝青的粘結(jié)抗剝和抗水損害相當(dāng)重要的。本工程采用MAC-70?；瘜W(xué)改性瀝青應(yīng)該說(shuō)是比較理想的，MAC-70＃瀝青的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下表5中。表5MAC-70＃與AH-70＃瀝青重要技術(shù)指標(biāo)比較

　　3.3空隙率大而無(wú)具體標(biāo)準(zhǔn)致使施工控制與管理較難。本工程大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層設(shè)計(jì)時(shí)以13～18％的空隙率為控制指標(biāo)，實(shí)際施工時(shí)由于離析等原因，致使大粒徑瀝青混合料的空隙率難控制，無(wú)形中難以把握和檢測(cè)壓實(shí)程度，由于振動(dòng)壓路機(jī)容易震碎粗細(xì)骨料，所以造成該層的級(jí)配、內(nèi)摩擦角j和粘結(jié)力c都相應(yīng)的改變了，該層的耐久性將很難保證。實(shí)際施工時(shí)，人為控制壓實(shí)效果的因素占相當(dāng)大的比重，碾壓時(shí)往往是根據(jù)碎石是否震碎來(lái)調(diào)整壓路機(jī)的震幅和頻率，對(duì)整體層次的壓實(shí)度均勻性和一致性不免產(chǎn)生不良影響，對(duì)路面的整體使用效果也可能產(chǎn)生較為不利的影響。

　　3.4改造路大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層石的層厚很難保證一致帶來(lái)的問(wèn)題。由于改建路需要調(diào)整舊路的總體線形，從設(shè)計(jì)上就考慮了部分路段設(shè)置找平層，找平層厚度不均，整條路的大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層總厚度在10～30cm不等，如此不均勻的厚度，且實(shí)際施工時(shí)最大壓實(shí)層厚也很難固定（當(dāng)有找平層時(shí)，為保證壓實(shí)，單層厚度大于18cm便分兩層施工），所以造成了該層的級(jí)配不良和壓實(shí)度不均勻，以上兩指標(biāo)的不良，影響路面整體的使用壽命。

　　4. 結(jié)語(yǔ)

　　為了延長(zhǎng)路面的使用壽命，尤其是拓寬改建工程的路面使用壽命，避免路面過(guò)早損壞，交通行業(yè)在貫徹科學(xué)發(fā)展觀和建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的現(xiàn)實(shí)情況下，采用新技術(shù)和新工藝進(jìn)行路面設(shè)計(jì)和施工是社會(huì)需要和形勢(shì)所趨，本工程應(yīng)用的三大技術(shù)在路面結(jié)構(gòu)層和厚度設(shè)計(jì)上以及綜合排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)上所采用的全壽命周期成本理念還是非常好的，盡管采用LSPM柔性基層還存在初期投資比較大，而且在施工和檢測(cè)方面還存在很多問(wèn)題需要探討和進(jìn)一步解決，但影響不了大粒徑瀝青混合料柔性基層的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)：

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