高性能瀝青路面在西安至戶縣高速公路上的應用

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　摘 要：本文結(jié)合實際，分析了現(xiàn)行路面結(jié)構(gòu)的不足，介紹了高性能瀝青路面的先進性以及在西安至戶縣高速公路的應用情況。

　　關鍵詞：高性能瀝青路面 高速公路 應用西安至戶縣高速公路（以下簡稱西戶高速公路）是國道主干線（GZ40）二連浩特至河口的一段，同時也是陜西省米字公路主骨架的重要組成路段。它既是華北、西北通往祖國西南的大通道，也是西安通往漢中地區(qū)最便捷、最重要的交通干線，對實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略和加快基礎建設具有重要意義。因此，為了延長瀝青路面的使用壽命、改善瀝青路面的使用性能并減少瀝青路面的后期維修費用，西戶高速公路項目部（以下簡稱項目部）與長安大學合作，采用美國公路戰(zhàn)略研究計劃（SHRP）的重要研究成果——高性能瀝青路面（superpave）技術(shù)對瀝青上面層重新進行了設計，從施工的結(jié)果看達到了改善路面使用性能的目的，使上面層即粗糙防滑又密實防水，受到了專家的好評。

　　一、 現(xiàn)行AC、AK型路面的不足及高性能瀝青路面的先進性

　　1、AC、AK型路面的不足我國從建設高速公路以來，瀝青路面的設計一直采用馬歇爾設計方法，其混合料類型的選擇一般是：中、下面層采用空隙率小、不透水的連續(xù)級配瀝青混凝土AC型，上面層則采用表面比較粗糙的AK型作為抗滑表層。AC型是一種密實型瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，其礦料級配按最大密實原則設計，屬于連續(xù)性級配，強度和穩(wěn)定性主要取決于混合料的粘聚力和內(nèi)摩阻力，因為結(jié)構(gòu)密實、空隙率小，所以AC型路面的水穩(wěn)定性較好。但是，由于其表面不夠粗糙，耐磨、抗滑、高溫抗車轍等性能明顯不足，并且礦料間隙率也難以滿足要求，通常采用減少瀝青用量的方法來滿足間隙率的要求，這樣使瀝青路面的耐久性能降低，因此，AC型在高等級公路的上面層已很少采用，主要用于中、下面層。由于防滑性能好，AK結(jié)構(gòu)是高速公路上面層最常采用的結(jié)構(gòu)。但是，AK結(jié)構(gòu)的設計空隙率大，下雨后，水分容易滲入面層內(nèi)，如果中、下面層比較密實，水分則聚集在上面層和中面層之間，并使上面層長期浸泡在水中，導致路面發(fā)生松散、坑洞等破壞；反之，水分會直接滲入基層，基層長期浸泡在水中，會發(fā)生松散、唧漿，從而使整個路面結(jié)構(gòu)破壞，危害更大。

　　2、高性能瀝青路面（superpave）的先進性高性能瀝青路面（superpave）是美國公路戰(zhàn)略研究計劃（SHRP）最重要的研究成果之一。高性能瀝青路面作為SHRP研究成果的專有名稱，它包含了瀝青標準和集料標準、礦料級配曲線的組成規(guī)定和混合料的體積設計方法三大內(nèi)容，提出了控制點和限制區(qū)的概念。高性能瀝青路面的先進性在于它開發(fā)了一套全新的實驗設備和方法，從根本上改變了現(xiàn)行試驗方法和規(guī)范的純經(jīng)驗性質(zhì)，從而避免了由此帶來的局限性，高性能瀝青路面瀝青結(jié)合料與混合料規(guī)范的新體系將試驗方法與指標同瀝青路面的路用性能建立起直接關系，通過控制高溫車轍、低溫開裂和疲勞開裂，來達到全面改進路面性能的目的，形成了一個基于路用性能基礎上的瀝青——瀝青混合料設計新體系。

　　3、西戶高速公路采用了高性能瀝青路面西戶高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)原設計沿用了馬歇爾設計方法設計的方案，上面層為4cm中粒式瀝青砼抗滑表層（AK16-A），中面層為5cm中粒式瀝青砼面層（AC-20I），下面層為6cm粗粒式瀝青砼面層（AC-25I）。項目部組織人員對此方案進行了大量的調(diào)查、研究和論證，發(fā)現(xiàn)在我國已建成的采用此方法設計的高等級公路中，絕大多數(shù)瀝青路面達不到路面使用壽命的一半，有的僅建成2~3年，甚至通車僅幾個月，瀝青路面就出現(xiàn)大面積破壞，造成了巨大的損失。為了改變這一狀況，項目部和長安大學公路學院組成課題組，決定采用高性能瀝青路面的設計思想，對瀝青面層重新進行設計。

　　二、西戶高速公路高性能瀝青路面的設計與施工

　　高性能瀝青路面的設計課題組經(jīng)過認真分析，決定維持中、下面層設計方案不變，只對上面層采用高性能瀝青路面的設計方法重新進行設計，級配類型為super-19型?？傮w思路是：在減少極大顆粒含量的同時，控制細集料的含量，并且避開高性能瀝青路面細集料限制區(qū)，使級配曲線向密實方向發(fā)展，以增加混合料的抗滑和防水能力。

　　三、結(jié)論

　　1、高性能瀝青路面是一種考慮路用性能的瀝青混合料設計方法，該方法從材料體系入手，系統(tǒng)地分析瀝青混合料性質(zhì)，通過瀝青混合料配比設計，從材料組成方面控制和減少路面產(chǎn)生永久變形、疲勞開裂和低溫開裂。它與馬歇爾設計方法的不同點在于：一是課題組根據(jù)不同的交通量等級選擇不同的壓實參數(shù)，使荷載條件反映到瀝青混合料的設計當中；二是課題組采用了旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，使試件中集料分布更接近于工地現(xiàn)場壓實情況，具有代表性；三是課題組采用了大尺寸試件，試件直徑150mm，大粒徑的集料可以在試件中均勻分布，減少了馬歇爾試件由于尺寸小而產(chǎn)生的實驗結(jié)果的變異性；四是課題組在試件成型過程中增加了混合料的短期老化，使混合料性質(zhì)與實際生產(chǎn)使用的混合料一致。

　　2、高性能瀝青路面Super-19試驗路馬歇爾試驗結(jié)果如表11所示：試驗路馬歇爾試驗結(jié)果 表11油石比 穩(wěn)定度 流值 空隙率 飽和度 瀝青體積百分率 粒料空隙率 壓實度室內(nèi)配料 4.7 11.55 21.3 4.38 70.9 10.6 15.0 ——現(xiàn)場取料 4.7 17.69 28.2 3.7 74.3 10.7 14.4 98%由試驗結(jié)果可以看出，Super-19瀝青混凝土上面層滿足高性能瀝青路面的各項標術(shù)指標要求，并完全達到和滿足現(xiàn)行規(guī)范馬歇爾技術(shù)指標要求，高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性以及表面抗滑性能等技術(shù)指標都有很大提高。

　　3、西戶高速公路于2002年12月正式通車，這是陜西省第一次采用這種方法對瀝青上面層進行設計和施工，改善了路面的使用性能，也為高性能瀝青路面的推廣提供了第一手資料。