劉海濤

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司 北京 101300）

1 引言

銀百高速公路（G69）甜水堡經(jīng)慶城至永和段地屬溫帶大陸性氣候，夏季炎熱多雨。連續(xù)陡坡路段橋面鋪裝層上坡時受滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力和加速阻力的作用，下坡時主要受滾動阻力、空氣阻力、加速阻力和行車制動力的作用，疊加多雨、車輛超載和低速行駛等眾多因素的綜合影響，導(dǎo)致連續(xù)陡坡路段橋面鋪裝層的車轍、推移和水損壞等早期病害比較嚴(yán)重［1］。相關(guān)研究表明，空隙率是影響瀝青路面水損害的決定性因素，而空隙率也正是Superpave瀝青路面設(shè)計中最為關(guān)注的參數(shù)之一［2］。因此如何提高橋面鋪裝質(zhì)量、優(yōu)化施工作業(yè)成為影響橋面鋪裝使用壽命的關(guān)鍵。

孟叢叢等［3］針對高溫多雨地區(qū)展開粘結(jié)體系的研究，通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗對粘結(jié)體系進(jìn)行優(yōu)選；臧芝樹等［4］針對南方典型氣候地區(qū)橋面鋪裝，研究發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝材料選擇時，其致密性應(yīng)作為首要考察指標(biāo)。目前針對多雨地區(qū)陡坡橋面鋪裝層的研究相對較少，因此在甜永高速項目，研究采取0.45次冪最大密度曲線［5］及Superpave混合料設(shè)計方法，并通過乳化瀝青撒布涂刷裝置以及水平振蕩壓實技術(shù)施工，增強連續(xù)陡坡路段橋面瀝青混合料鋪裝層抗車轍、抗推移和抗水損壞的能力，從而提高橋面鋪裝層的施工質(zhì)量和使用壽命。

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

為解決上述施工難題，主要針對混合料設(shè)計、乳化瀝青涂刷和混合料壓實進(jìn)行了優(yōu)化，分別采用0.45次冪最大密度曲線及Superpave混合料設(shè)計方法、專用的乳化瀝青撒布涂刷裝置和有針對性的水平振蕩壓實技術(shù)，從施工設(shè)計方面保證施工質(zhì)量的穩(wěn)定可控。同時在施工中應(yīng)加強橋面拋丸與清理、Superpave瀝青混凝土配合比設(shè)計、橋面粘結(jié)層鋪筑以及混合料的生產(chǎn)、運輸和攤鋪等環(huán)節(jié)的管理，降低了施工環(huán)節(jié)對橋面鋪裝施工質(zhì)量的影響。具體施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

2.1 橋面拋丸、清理

橋面鋪裝之前應(yīng)在橋面進(jìn)行拋丸試驗，確保橋面拋丸處理后有足夠的粗糙度。首先隨機選擇一塊區(qū)域進(jìn)行試驗，面積不得小于5 m2，鋼丸直徑選擇1.4～2.0 mm，控制拋丸機行走速度以5～6 m/min為宜。拋丸后的橋面構(gòu)造深度為0.6～0.8 mm，露骨率達(dá)到80%以上，保證瀝青混合料與混凝土橋面有足夠的粘結(jié)力。拋丸處理后需檢驗其表面粗糙度，以此來確定拋丸工藝參數(shù)。用吹風(fēng)機清除表面灰塵，使之達(dá)到清潔。檢測標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 拋丸處理檢測標(biāo)準(zhǔn)

拋丸作業(yè)施工操作要點：

（1）拋丸作業(yè)溫度區(qū)間為5℃～40℃。為了防止在拋丸作業(yè)中產(chǎn)生大量的揚塵，作業(yè)時要求風(fēng)力不得大于6級；空氣相對濕度不得大于90%；在雨雪天氣情況下，嚴(yán)禁拋丸作業(yè)。

（2）拋丸設(shè)備按照試驗段確定的行走速度勻速行駛。

（3）在拋丸機拋丸作業(yè)時，保證多臺拋丸機能夠平行縱向行駛作業(yè)，同時作業(yè)搭接面不得小于2 cm，且不能出現(xiàn)落差。

（4）拋丸作業(yè)過程中，應(yīng)拋丸去除表面以下1～3 mm深度范圍內(nèi)的面層，保證取出后露骨率不小于20%。如果在拋丸作業(yè)后，存在打毛后的表面不均勻或者露骨率小于20%的情況，應(yīng)對該區(qū)域表面進(jìn)行二次拋丸作業(yè)，直至滿足設(shè)計規(guī)范要求。

（5）拋丸作業(yè)過程中，應(yīng)做好清理工作，對于塵土、油漬等應(yīng)及時清理，以免污染磨料砂丸。

2.2 瀝青混凝土配合比設(shè)計

瀝青混凝土配合比設(shè)計時，在0.45次冪最大密實度線和控制點下限之間選取瀝青混合料級配，能夠使混合料結(jié)構(gòu)具有密實、嵌擠的特征，兼具良好的抗高溫變形、抗水侵害能力和壓實性能［6］。設(shè)計參數(shù)見圖2。

圖2 禁區(qū)、控制點及0.45次冪最大密實度線

對于選定集料空隙率相同的條件下，混合料的油石比隨著級配曲線離開0.45次冪最大密度曲線距離的增大而增大，因此在0.45次冪最大密實度曲線和Superpave控制點下限之間選取瀝青混合料級配可以更好地控制級配范圍。具體配合比設(shè)計流程如下：

（1）目標(biāo)配合比設(shè)計

根據(jù)初試瀝青用量試驗的空隙率情況，以0.5%～1%為間隔，選擇4種以上瀝青用量，拌制混合料并制備試件，確定礦料級配和最佳瀝青用量，最后進(jìn)行凍融劈裂試驗、水穩(wěn)定性檢驗、滲水試驗和構(gòu)造深度等試驗［7］。

（2）生產(chǎn)配合比設(shè)計

依據(jù)實驗室目標(biāo)配合比確定的礦量級配和最佳瀝青用量，對拌和樓的各料倉進(jìn)料比例和速度進(jìn)行調(diào)整使之接近目標(biāo)配合比。拌和樓運行啟動后，對各熱料取樣，計算熱料輸送比例，控制室多次對供料速度進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到一個平衡臨界點。最后采用Superpave進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計，采用旋轉(zhuǎn)壓實試驗對拌制的混合料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實，檢驗瀝青混合料的體積特性，以確定生產(chǎn)時的最佳瀝青用量［8］。

（3）生產(chǎn)配合比驗證

在慶城范圍內(nèi)鋪筑試驗段，并在試驗段適當(dāng)區(qū)域取樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實試驗及瀝青含量和篩分試驗。經(jīng)過篩分得到的礦料合成級配應(yīng)盡可能接近目標(biāo)配合比，同時應(yīng)避免級配曲線中出現(xiàn)“駝峰”現(xiàn)象。此外，進(jìn)行鉆芯取樣檢測芯樣空隙率大小。由此確定生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比、確定拌和樓混合料原材的輸送及拌和等工藝參數(shù)，并據(jù)此在現(xiàn)場驗證其適用性。

2.3 鋪筑防水粘結(jié)層

2.3.1 撒布SBR改性瀝青封水層

為確保乳化瀝青在陡坡橋面上能夠均勻分布，SBR改性瀝青防水粘結(jié)層采用了一種乳化瀝青撒布后涂刷裝置，見圖3。該裝置可以單次對噴灑的乳化瀝青進(jìn)行四次涂刷，即兩次直線涂刷、兩次斜線涂刷，能夠使乳化瀝青充分飽滿地進(jìn)入拋丸界面［9］。

圖3 乳化瀝青撒布后涂刷裝置

對噴灑的SBR改性瀝青防水涂層進(jìn)行四次涂刷，使其能夠?qū)佈b層和橋面板粘結(jié)成為一個整體，共同承受荷載，改善橋面瀝青混合料鋪裝層的受力狀況。施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如下：

（1）按照設(shè)計規(guī)定、通過試驗確定SBR改性瀝青的施工用量（撒布量為0.25 L/m2），檢測SBR改性瀝青的路用性能；與此同時，在噴灑之前對橋梁上護(hù)欄等相關(guān)設(shè)施進(jìn)行預(yù)防護(hù)，使護(hù)欄等設(shè)施免受污染。

（2）橋面在鋪設(shè)防水粘結(jié)層時要保持橋面的干燥狀態(tài)，減少粘結(jié)層起泡現(xiàn)象，防止粘結(jié)強度降低；其次噴灑瀝青的厚度應(yīng)均勻且滿足規(guī)范要求。需對設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，其中設(shè)備距路面的高度和與地面的角度對層厚影響十分顯著。

其中：tc為現(xiàn)場測點土在應(yīng)力歷史中最近一次應(yīng)力開始改變至今所歷經(jīng)時間；tp為現(xiàn)場測點在應(yīng)力改變后主固結(jié)完成的時間。

（3）對SBR改性瀝青封水層進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)，以達(dá)到破乳要求；橋面噴灑改性瀝青封水層后，應(yīng)保持干凈、無污染且無水分存在，避免橋面封水層受泥土、機油、柴油等污染后其粘結(jié)效果和粘結(jié)強會受到影響。

2.3.2 鋪筑熱熔改性瀝青碎石封層

為確保熱熔改性瀝青碎石封層施工穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)，其操作要點為：

（1）改性瀝青選用SBS改性瀝青，并通過瀝青撒布車均勻撒布。瀝青用量為（1.4±0.2）kg/m2；碎石選用單一粒徑（4.75～9.5 mm），碎石覆蓋率為60%～70%。碎石撒布前用AH-70道路石油瀝青進(jìn)行預(yù)裹覆處理（碎石質(zhì)量的3‰）。

（2）宜在干燥和較熱的季節(jié)施工，并盡量避開雨天和溫度較低的天氣，從而能夠在一定程度上保證應(yīng)力吸收層與原路面的粘結(jié)。

（3）碾壓作業(yè)時，必須保證撒布的集料均勻。碾壓作業(yè)采用膠輪壓路機可獲得較好的壓實效果。作業(yè)時小范圍存在泛油粘輪時，應(yīng)對泛油范圍內(nèi)再次撒布集料。作業(yè)速度不得小于5 km/h，同時不得大于8 km/h以保證碎石能夠牢固嵌入改性瀝青中。

（4）待瀝青溫度下降符合規(guī)范要求時，碎石定位后盡可能在當(dāng)天攤鋪面層瀝青混合料，減少封層污染，避免影響粘結(jié)層的粘結(jié)性能。

2.4 瀝青混合料的生產(chǎn)

（1）混合料生產(chǎn)拌和采用間歇式自動拌和機保證原材均勻進(jìn)入攪拌機，同時保證出料速度穩(wěn)定。

表2 拌和機振動篩的等效篩孔尺寸 mm

（3）為了保持級配穩(wěn)定，在生產(chǎn)過程中應(yīng)加大對各熱料倉的抽檢、取樣篩分的頻次；此外，增加瀝青混合料的抽檢頻次，及時地獲取混合料的拌和參數(shù)，使得控制室能夠及時有效地獲取并控制混合料拌和時的各種參數(shù)。

2.5 瀝青混合料的碾壓

在陡坡路段橋面鋪裝碾壓過程中采用水平振蕩壓實技術(shù)進(jìn)行橋面鋪裝層碾壓。水平振蕩壓實效果見圖4。在振蕩輪水平作用力和振蕩輪垂直靜載的共同作用下，材料顆粒發(fā)生共振、錯動，位置重新分布，避免了石料振碎、鋪層振松的現(xiàn)象，并可提高壓實度。水平振蕩壓實對地面的搓揉作用使壓實表面更加平整、致密，提高了表面層防水滲透能力［10］。碾壓作業(yè)過程操作要點為：

圖4 水平振蕩壓實效果

（1）橋面瀝青鋪裝層碾壓時，在保證碾壓效果的前提下，應(yīng)防止過分碾壓對橋梁造成破壞。在大量的工程經(jīng)驗中，一般均采用水平振蕩壓路機，能夠達(dá)到較好的壓實效果。此外配套相應(yīng)數(shù)量的膠輪壓路機進(jìn)行壓實。

（2）瀝青混合料的碾壓作業(yè)過程應(yīng)遵循“緊跟、高溫、慢壓、強振”的原則［11］。

（3）壓路機碾壓作業(yè)時，應(yīng)保持作業(yè)速度恒定；作業(yè)線路和前進(jìn)方向改變時，按照施工要求緩慢變化，避免混合料發(fā)生推移現(xiàn)象。具體按表3選用。

表3 壓路機碾壓方式

（4）碾壓作業(yè)時，作業(yè)機械設(shè)備應(yīng)將驅(qū)動輪置于攤鋪機一側(cè)，防止產(chǎn)生擁包現(xiàn)象；壓路機作業(yè)啟停時，應(yīng)放低作業(yè)速度，嚴(yán)禁在作業(yè)期間采用剎車制動，作業(yè)折回時不可處在同一橫斷面上。

（5）碾壓作業(yè)后現(xiàn)場壓實度采用壓實度和空隙率作為控制指標(biāo)。壓實度測定時，標(biāo)準(zhǔn)密度選擇最大理論密度，值控制在93%～97%之間；采用現(xiàn)場鉆取的芯樣計算空隙率，其值范圍為3%～5%。

2.6 施工接縫的處理

（1）施工接縫采用橫向接縫。切縫機切割成垂直面，人工鑿毛以增加接縫處的咬合力；切縫應(yīng)沿路面橫向進(jìn)行切割，寬度貫徹整個攤鋪寬度，深度為貫穿鋪層厚度。

（2）在施工接縫處進(jìn)行攤鋪作業(yè)時，應(yīng)準(zhǔn)確測量施工接縫處瀝青混合熱料層的施工厚度，同時根據(jù)混合料體積參數(shù)計算其松鋪厚度；熨平板在作業(yè)之前必須預(yù)熱40 min以上，保證其溫度接近混合料溫度。

（3）碾壓作業(yè)中，橫向壓實采用鋼筒式壓路機，同時碾壓輪應(yīng)從現(xiàn)有路面向新鋪筑的路面緩慢過渡。

3 效益分析

采用該橋面鋪裝施工技術(shù)鋪筑的路面，其混合料形成的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)較大幅度提高了混合料高溫抗變形能力、水穩(wěn)定性能及疲勞性能，有效地防止路面的早期損壞嚴(yán)重問題，提高橋面的質(zhì)量和使用壽命，可大幅降低路面的后期養(yǎng)護(hù)維修費用。基于工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中的現(xiàn)值法分析工程項目在不同時間的費用和效益［12］，經(jīng)濟(jì)評價模型見公式（1）。對比兩種鋪裝層結(jié)構(gòu)類型的高速公路在壽命期內(nèi)發(fā)生的費用折算到項目建設(shè)初期基準(zhǔn)年的費用見圖5。

圖5 不同路面結(jié)構(gòu)費用現(xiàn)值

式中，P為項目現(xiàn)值；F為項目終值；i為折現(xiàn)率；n為計算年限。

采用該技術(shù)雖然增加了工程項目的初期投資，但從長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益來看，總費用反而會有較大程度的節(jié)省，并且大大提高了高速公路運營的安全性，社會經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）施工后，對橋面鋪裝進(jìn)行鉆芯取樣，其芯樣壓實度合格率達(dá)100%；滲水系數(shù)、抗滑性能、厚度等均滿足設(shè)計規(guī)范要求。

（2）采取0.45次冪最大密度曲線及Superpave混合料設(shè)計方法，能夠使混合料結(jié)構(gòu)具有密實、嵌擠的特征，兼具良好的抗高溫變形、抗水侵害能力和壓實性能。

（3）乳化瀝青撒布涂刷裝置的四次涂刷技術(shù)能夠使乳化瀝青充分地涂刷拋丸界面，極大地提高了界面粘結(jié)性能。

（4）采用水平振蕩壓實技術(shù)避免了石料振碎、鋪層振松等現(xiàn)象，能夠使鋪裝層更加平整致密，提高了鋪裝層的抗水侵害能力。

4.2 建議

建立對該橋面鋪裝進(jìn)行早期病害觀測及追蹤數(shù)據(jù)庫，并制定長期的觀測計劃，為未來其他類似工程積累長期的施工經(jīng)驗。