摘 要
采用瀝青穩(wěn)定碎石排水基層(ATTPB)和級配碎石做瀝青面層和半剛性基層之間的過渡層，形成倒裝路面結(jié)構(gòu)，分別在四川省高速公路工程中應(yīng)用，較為實際地分析了倒裝結(jié)構(gòu)在抗瀝青路面反射裂縫中的作用。結(jié)果表明，相對對比路段，兩種倒裝結(jié)構(gòu)瀝青路面抗反射裂縫性能顯著，級配碎石的倒裝結(jié)構(gòu)在中、輕交通的道路上采用較好，ATPB倒裝結(jié)構(gòu)更適用于交通量較大的路面。
關(guān)鍵詞 道路工程 | 倒裝結(jié)構(gòu) | 抗反射裂縫 | ATPB | 級配碎石
半剛性基層瀝青路面承載力高，相對柔性路面造價低，在我國高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。在半剛性基層瀝青路面長期應(yīng)用實踐中發(fā)現(xiàn)，半剛性基層瀝青路面具有易開裂的顯著缺陷，其裂縫主要分為兩種情況，一方面是在溫度和荷載耦合作用下引起的瀝青面層開裂另一方面是半剛性基層開裂后引起的反射開裂相關(guān)研究表明，很多地區(qū)半剛性基層反射開裂占裂縫比重的50%以上[1]，近年來，尋求半剛性基層瀝青路面抗反射開裂的有效手段成為國內(nèi)外道路研究人員的研究熱點，比如優(yōu)化半剛性基層材料組成[2,3]、設(shè)置應(yīng)力吸收層[4,5]采用大粒徑透水瀝青混合料層(LSPM)[6，7]等等，雖然得到了積極效果，但是沒有顯著避免反射裂縫的發(fā)生。研究表明，在瀝青面層與半剛性基層之間設(shè)置一層模量低于半剛性材料及瀝青面層材料的材料，如采用開級配的瀝青穩(wěn)定碎石排水基層(ATPB) 或級配碎石層(即倒裝結(jié)構(gòu))，倒裝結(jié)構(gòu)的大孔隙能阻斷裂縫向上發(fā)展的路徑，有效減少和延緩反射裂縫的發(fā)生，是解決半剛性基層瀝青路面反射開裂有效且經(jīng)濟的技術(shù)途徑之一[8]。目前，倒裝瀝青路面結(jié)構(gòu)的研究主要以力學計算和力學行為監(jiān)測分析為主，給出了倒裝路面結(jié)構(gòu)在瀝青路面抗反射開裂上的力學優(yōu)勢[9，10]。為了較為實際地分析倒裝結(jié)構(gòu)半剛性基層瀝青路面在四川省交通荷載和自然環(huán)境下的抗反射開裂能力，本研究依托四川省遂(遂寧)渝(重慶)高速公路和南(南充)渝《重慶)高速公路建設(shè)，分別分析了采用ATPB層和級配碎石層兩種形式的倒裝結(jié)構(gòu)對半剛性基層瀝青路面抗反射開裂應(yīng)用效果。
1、ATPB倒裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究
1.1 ATPB混合料設(shè)計
ATPB瀝青混合料的瀝青采用SBS改性瀝青，基本性質(zhì)如表1所示。碎石采用四川涪江卵石軋制碎石。
采用兩個ATPB級配進行比對試驗，兩個級配及級配范圍如表2所示。
對級配一和級配二分別采用馬歇爾試驗確定最佳油石比，最終確定級配一的最佳油石比為2.8%，級配二最佳油石比為2.9%。對最佳油石比下混合料的性能進行了測試，試驗結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出相對級配一ATPB混合料級配二混合料的空隙率降低明顯,滲水系數(shù)顯著降低,劈裂強度和抗壓回彈模量提高，力學性能更優(yōu)異，動穩(wěn)定度較高，分別采用級配一和級配二ATPB瀝青混合料進行倒裝結(jié)構(gòu)瀝青路面鋪筑。
1.2 ATPB倒裝結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用
2007年9月，在四川遂渝高速公路項目中采用上述材料配比將ATPB混合料層設(shè)置在瀝青面層和半剛性基層之間，形成了倒裝瀝青路面結(jié)構(gòu)，來提高半剛性基層瀝青路面抗反射裂縫能力。遂渝高速原路面主線結(jié)構(gòu)和ATPB倒裝路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中ATPB層分別采用級配一和級配二鋪設(shè)各1km。
ATPB層施工與傳統(tǒng)AC熱拌瀝青混合料有所不同，通過遂渝高速施工，對二者的不同總結(jié)成以下幾點:①ATPB 混合料由于粗集料相對較多，在間歇式拌和樓的干燥簡容易過熱，導致瀝青老化嚴重，且出料溫度過高容易引起瀝青的析漏。因此與AC混合料相比較，相同的產(chǎn)量情況下拌和樓油門應(yīng)該要小些；②由于ATPB集料相對很少，因此與AC相比較，拌和時間要相對短些，濕拌時間可縮減2s左右；③由于ATPB粗集料顆粒較大，瀝青膜很厚使得熱量保持得較久，因此碾壓時候不能在較高的溫度進行；④級配一最后確定用11鋼輪靜壓5遍(以沒有明顯輪跡為止)。級配二在鋼輪靜壓1.5遍后以低頻高幅的震動方式碾壓2.5遍，最后靜壓收壓最后均達到了合適的現(xiàn)場空隙率。攤鋪的ATPB瀝青混合料如圖2所示，碾壓完畢的ATPB層如圖3所示，可以看到碾壓完畢后瀝青路面表面均勻、平整。
1.3 ATPB倒裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果
遂渝高速于2007年建成通車，在2017年成安渝高速公路建成通車之前一直是成都到重慶路徑最短的高速公路，承受了極大的交通荷載，屬于特重交通。2017年成安渝高速公路建成后對遂渝高速公路形成分流，交通等級為重交通等級。在遂渝路通車3a后，2010年9月采用自動彎沉儀和車轍檢測采用亞普勒斯(APRES)激光車轍儀對試驗段的彎沉情況和車轍情況進行檢測，檢測結(jié)果見表4。
從表4中的檢測數(shù)據(jù)可以看出，采用ATPB倒裝結(jié)構(gòu)路段的車轍代表值和彎沉代表值均大于對比路段，表明采用ATPB后，路面相對車轍代表值大8.2%~46.9%，彎沉代表值高6.0%~20.0%，路面更容易出現(xiàn)車轍和承載力不足的問題，但是從具體數(shù)值上看，ATPB 倒裝結(jié)構(gòu)的車轍病害并不嚴重，承載力滿足要求，相對來說采用級配二ATPB倒裝結(jié)構(gòu)瀝青路面的車轍和彎沉較小，更接近對比路段的水平。從開裂情況觀察可以明顯看出，ATPB倒裝瀝青路面結(jié)構(gòu)具有顯著的抗反射開裂效果，具體如圖 4和圖5所示因此，綜合來說，采用級配二ATPB倒裝瀝青路面結(jié)構(gòu)綜合性能最優(yōu)。
2、級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究
2.1 級配碎石配比設(shè)計
級配碎石采用卵石軋制的碎石，其碎石集料級配滿足表5的要求，選定級配的CBR值為216。
2.2 級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用
2009 年采用上述設(shè)計的級配碎石在四川南渝高速公路工程項目中鋪筑了將級配碎石層設(shè)置在瀝青面層和水泥穩(wěn)定碎石層之間的倒裝瀝青路面結(jié)構(gòu)。南渝高速試驗對比段的路面結(jié)構(gòu)和級配碎石倒裝路面結(jié)構(gòu)如圖6所示。
完工后的級配碎石外觀如圖7所示。級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)路段檢測彎沉超車道代表彎沉值為99.47(0.01 mm)，主車道檢測的代表彎沉值為105.41(0.01mm)，瀝青面層鋪筑后彎沉值為超車道檢測的代表彎沉值為15.19 (001mm)主車道檢測的代表彎沉值為16.14 (0.1 mm)均達到預期。對比段半剛性瀝青面層的超車道檢測的代表彎沉值為8.19 (0.01 mm)，主車道為9.15(0.01mm)由于試驗段采用了級配碎石基層，因此完工后的代表彎沉值大于半剛性基層路段，這主要是因為研究表明，級配碎石在壓實度達到100%的情況下，級配碎石的回彈模量通常僅為350~450MPa[11]，而水泥穩(wěn)定碎石養(yǎng)生7d的回彈模量即可達到約2000 MPa[12]，級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)在荷載作用下更容易產(chǎn)生變形，因此彎沉較大。
2.3 級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果
南渝路于2009年通車，在2020年第一次進行預防性養(yǎng)護，加鋪了1cm微表處，在加鋪之前課題組對試驗段進行了全面檢測，車轍深度和路面彎沉均處于良好狀態(tài)，檢測結(jié)果見表7。并通過人工步行的方式進行路面破損調(diào)查。通過檢測及調(diào)查分析，該試驗路無任何可見的路面病害。而對比段則產(chǎn)生了大量的橫向裂縫，平均32m一道。
從表7可以看出，雖然剛完工后級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)路段的彎沉較大，但是經(jīng)過11a的運營，級配碎石倒裝路面結(jié)構(gòu)的彎沉與對比路段路面結(jié)構(gòu)的彎沉接近，車轍較輕微，在規(guī)范允許范圍內(nèi)。相對對比路段，級配碎石倒裝路面結(jié)構(gòu)的抗反射裂縫效果十分優(yōu)異。
綜上所述，兩種不同類型的倒裝結(jié)構(gòu)都取得了很好的抗反射裂縫的效果。相比較而言，采用級配碎石的倒裝結(jié)構(gòu)在采用級配碎石層后，瀝青面層層底拉應(yīng)力加大。如采用增加瀝青層厚來減小層底拉應(yīng)力則會顯著增加造價，因此建議這種倒裝結(jié)構(gòu)在中、輕交通的道路上采用較佳。而采用ATPB的倒裝結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于交通量較大的路面結(jié)構(gòu)中使用。
3、結(jié)論
通過四川南渝及遂渝高速公路的倒裝路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計、現(xiàn)場施工以及對使用性能的長期觀測?？傻贸鋈缦陆Y(jié)論:
(1)通過與對比路段比較，ATPB倒裝結(jié)構(gòu)和級配碎石倒裝路面結(jié)構(gòu)均能起到減少和延緩半剛性結(jié)構(gòu)層反射裂縫的作用。
(2)從遂路ATPB試驗段的情況來看，無論是第一級配還是第二級配，在路用性能上都取得了良好的效果。
(3)級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)的初始彎沉大，隨著運營時間增長，級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)的彎沉逐漸減小，到運營11m后，級配碎石倒裝結(jié)構(gòu)的彎沉與對比路段十分接近。
(4)級配碎石的倒裝結(jié)構(gòu)瀝青面層層底拉應(yīng)力加大，建議在中、輕交通的道路上采用較佳。ATPB倒裝結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于交通量較大的路面結(jié)構(gòu)。
