对我国沥青路面结构与设计的一些思考

1、第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 公路设计与施工卷采用沥青砼对水泥砼路面进行大(中修的设计与施工方案探讨蔡迈秋 丘雨均 徐加绛(广东冠粤路桥有限公司 广州 510600摘 要 目前,各等级公路的水泥砼路面通过七、 八年的通车期, 开始进入路面的大中修期限, 如何对水泥砼路面大中修进行设计及施工已是必须面对解决的问题,本文以京珠高速公路广珠段宫 花至金鼎段(即原来逸仙大道的改造工程为例,对水泥砼路面的大中修的设计和施工工艺进行探 讨。关键词 水泥砼路面 大中修 设计 施工工艺 探讨1 引述京珠高速公路广珠段宫花至金鼎段为避免重复建设, 将原中山市逸仙大道进行改造, 在原水泥 砼面板上加铺沥青

2、砼。逸仙大道为按一级公路标准修建,通车多年,无论路基还是路面都出现多种 病害。针对这种情况,建设单位邀请了有关科研单位,采用先进设备,对路面的病害进行了详细的 探测 (雷达探测 , 根据探测结果, 分别对路基和路面进行了补强处理。 根据该路段情况复杂的因素, 建设单位邀请了科研与设计能力比较强的设计单位对路面进行设计。2原路面存在的病害及对病害的处理逸仙大道水泥砼路面经过多年的通车,主要存在的病害有:沉降、断板、错台、纵、横向出现 啃边和水泥板底出现脱空等情况。水泥砼路面板底出现脱空情况要通过雷达探测才能确定具体的位 置,其他病害则直接通过路况调查来确定。为了消除原水泥路面病害存在的隐患,在铺

3、筑沥青路面之前,对路面病害进行如下处理: 2.1 对于沉降:多发生在桥头回填土路基地段,主要原因为路基填料不密实。为了避免该路段再发 生这种情况,在铺筑路面之前,对存在沉降路段的路基进行压浆处理:根据现场情况,确定压浆的 范围,在该范围内采梅花布点,点距为 2米,在布设的点上用直径为 3cm 的钻头钻孔,孔深 3m ,钻 完孔后在孔上插入长 4m*直径 3cm 的铁管(铁管插入孔 3m 长,分别在距孔底 2m 、 1m 的位置设孔, 以便水泥浆可以从该部位排出 ,插好铁管后,在孔口用纤维材料铁管与管外壁的孔隙塞好,防止泥 浆外漏。将准备工作做好后,进人压浆程序,先用搅拌机按比例:50%:25%

4、:25% 将水、水泥、粉 煤灰搅拌,送到压浆泵的料仓,用压浆泵将浆压到孔里,压浆泵与铁管之间用高强胶管连接并将接 头密封,同时安装压力表,当压力表所测定的压力达到 3KN ,则该孔停止压浆,并将该管顶部密, 防止已泵进去的浆外泄,然后移到下一孔进行压浆,直到压浆完成。通过两年的通车,原来下沉的路段,经过压浆处理后,未出现沉降的情况,由此看来,压浆对 加固路基的效果比较理想。2.2 对于断板:将断板的水泥砼板块凿除,并检查基层的破坏情况,若基层完好,则重新铺筑相同 标号的水泥砼板块;若基层受到破坏,则将原基层铲除,重新铺筑基层。由于考到重铺基层的碾压 问题,若铲除的基层面积不大,且不便于压路机碾

5、压,则采用 10#贫砼来铺筑基层,用 10#贫水泥砼 铺筑的基层,超过板块划分长度时,必需进行分板切缝,基层铺筑后再铺筑与原水泥砼板标号相同272第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 公路设计与施工卷的水泥砼板块。2.3对于纵、 横向出现的啃边, 则按图示的虚线进行切除, 并重新铺筑同标号水泥砼, 在铺筑之前, 布设单层8的钢筋网,钢筋间距为 15CM 。 2.4对于错台:两板块之间的错台,先在下沉的水泥砼板面向下钻直径为 3cm 深 2m 的孔,同时分 别在灌浆管的基层、土基的位置设孔进行压浆(压浆方法与对沉降的压浆方法一样 ,使下沉板压浆 后板面上升到大致与错台高板面持平。2.5 对于水泥

6、板脱空的处理:通过雷达探测确定水泥板脱空的板块,然后象沉降、错台的处理方法 一样进行压浆处理。有所不同的是只钻到水泥板与基层面的位置,且孔改为 1.0cm ,将水泥浆填满 水泥底板脱空的缝隙。3 路面设计3.1设计的目的水泥砼路面上铺筑沥青砼路面的设计与一般的新建公路的沥青砼路面设计不同,主要原因是要 防止水泥砼板的伸缩缝反射到沥青路面及防止水渗到水泥板下的基层,造成路面水破坏;同时,由 于经过多年通车,部分路段产生了不同程度的沉降,为节约投资,对路面结构进行了不同的设计。 本工程的路面设计包括表面层、底面层和调平层。沥青砼的最小厚度为 8cm ,一般大于 10cm , 在需设调平层且调平层厚

7、度较大的路段, 调平层可用水泥稳定碎石基层来铺筑, 但厚度不小于 16cm 。 3.2路面设计的措施为了提高路面的寿命,采用了以下措施。3.2.1减少水破坏3.2.1.1 各层沥青混凝土都采用透水性小的密实型沥青混凝土(含抗滑表层 ,生产配合比设计确 定最佳沥青用量时,混合料的空隙率不大于 4%(表层和不大于 4.5%(其他层 。3.2.1.2碎石与沥青的粘结力表层不低于 5级,其他层不低于 4级。3.2.1.3 在无调平层的情况下,在基层和原水泥砼板顶面用改性沥青铺设一防水层。3.2.1.4压实度与现场空隙率 Va表面层:压实度 98%, Va6%其他层:压实度 97% , Va7%3.2.

8、1.5每两层沥青混凝土之间的交界面上都喷洒粘层沥青。273第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 公路设计与施工卷2743.2.1.6 新建路段上设置多孔隙沥青混凝土,用于排除结构内部水。 3.2.2 增加高温稳定性3.2.2.1 碎石中扁平长条颗粒的含量不大于 15%。 3.2.2.2 采用较大尺寸的矿料级配。 3.2.2.3 增加矿料中的碎石含量。 3.2.2.4 提高压实度(同前 。 3.2.3 提高整体承载能力3.2.3.1 采用强度较高的水泥碎石基层材料 CBCR 1, 7天龄期抗压强度 R 7 4.0Mpa ,水泥稳定底基 层材料 CBCR 2 , R 7 2.0Mpa 。3.2.3

9、.2 增加层间粘结:在原水泥混凝土 CC 板上加铺 CC 或 CBCR 时,先在板上洒水泥净浆:在新 加铺层上还有 CBCR 时,在下层顶面也洒水泥净浆(全洒一薄层 。在原 CC 板上铺筑沥青面层前,喷洒粘层沥青。在 CBCR 1层上铺筑沥青混凝土 AC 层前(具体时间与养生和是否临时通行施工车辆结合考虑 , 喷 洒透层沥青。3.2.4 延缓反射裂缝在 CC 板上沥青面层的厚度 8%,软化点 60 。 (锯缝宽度通过实验确定,以能够灌 注的最小宽度为准。 根据本工程特点, 沥青结构层采用 AC 型结构, 为了保证面层有足够的粗糙度和整个沥青砼结构 层具有较好的高温稳定性和抗水害能力,依照规范中

10、的有关规定,对规范中的上、中、下面层的沥 青混合料的级配进行调整,在保证密实度的前提下,对粗集料的含量适当增加,减少石粉用量,同 时适量提高矿粉用量。该级配要求接近 SAC 型结构。级配要求列于下表:并对 AC 沥青砼马歇尔试验要求两面各击 75次(规范为 50次 。上面层采用 AC-16型沥青砼,调平 层和下面层采用 AC-25I 型沥青砼,同时,在两段新建路段上,在沥青砼下面层设置 4cm 厚的多孔隙 沥青砼(PAC-19 ,用于排除沥青结构内部的水,多孔隙沥青砼的特点是孔隙率大,一般大于 20%, 适用于排水,该材料的级配范围为通过下列筛孔的质量百分比, %类型37. 531. 526.

11、 513.2 9.54.75 AC-16 AC-25I100 95100100 759095100 62807590 53735570 43633045 32522231 2537 1624 18301220 13251017 818815 513 610 48第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 公路设计与施工卷 2753.3 路面采用结构类型根据纵断面图的填挖高(深度,结合原路面的具体情况,本路段的路面改建工程,采用下列 5种沥青路面形式。图中 AC-16、 AC-25均指沥青混凝土, CC-水泥混凝土板, CBCR 1-R 7=4.0Mpa的水泥稳定级配碎石,CBCR 2-R 7=2.0

12、Mpa的水泥稳定级配碎石(或石屑。尺寸为 cm 。面层下的粗横线表示防水层,在防水 层下仍需洒乳化沥青做粘层(结构 1或透层(结构 3、 4 。4 6结构图 13直接铺筑在原水泥混凝土(CC 面板上。结构图 4用于新铺路面总厚度大的 CC 板 上和新填土的路基上。左右两幅采用相同的路面结构。在采用结构图 1、 3、 4的路段上,在沥青面层下必须设置防水层。在采用结构图 4的路段上,先洒透层乳化沥青,再设置防水层,其上设置 4cm 的多孔隙沥青混 凝土层(PAC-19 ,用于排除路面结构内的水。在采用结构图 2的路段上, 在 CC 板上铺设玻纤网。 部分路段采用全铺, 部分路段仅在接缝上铺, 缝

13、两侧各宽 0.5m 。3.4 透层、粘层和防水层3.4.1 透层 可采用透层乳化沥青, 也可以采用相当于油中 -1稀释沥青 (用煤油稀释 AH-70沥青 ,用量为 0.60.8L/m2,其施工按沥青路面施工技术规范。在喷洒透层沥青前,基层顶面不应有任 何细土薄层,应清除并吹净松散颗粒和尘土,然后喷洒少量水,使表面湿润。 3.4.2 粘层 可采用粘层乳化沥青, 也可以采用相当于油中 -3稀释沥青 (用煤油稀释 AH-70沥青 。喷洒在 CC 板上的粘层沥青用量为 0.30.4L/m2,喷洒在两层 AC 之间的粘层沥青用量为 0.30.5L/m2。喷洒粘层沥青前下面层表面不应有任何细土薄层、松散颗

14、粒和尘土。必要时,应采用清扫 和冲洗措施, 并待下层表面干燥后再喷洒粘层沥青。 为保护 CC 板上的粘层沥青不被运料车和摊铺机 粘起破坏,应在粘层上均匀撒布 510mm 小碎石(不满铺一层,表面要能看见到碎石间的沥青,碎 石用量约为满铺一层用量的 60% ,并用轻型两轮压路机碾 12遍。3.4.3 防水层采用 SBS 改性沥青, SBS 含量为 4%4.5%,喷洒用量为 2.02.4L/m2。在 CC 板上用通过下列筛孔的质量百分比, %类型 9010060720204第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 公路设计与施工卷量 1.62.0L/m2,尽可能采用下限值,具体用量可通过现场试验路段确

15、定。在准备铺设防水层的段 落上,都应先喷洒粘层(CC 板上或透层(CBCR 上沥青,但其用量应为规范低限值。在已有粘层或透层的下承层上喷洒改性沥青 2.02.4L/m2, 并立即撒布 1020mm 的碎石。 碎石 的用量应为全铺一层用量的 60%,使均匀撒布的碎石间均有空隙(即都能看到沥青 ,立即用轻型两 轮压路机碾压 12遍。AC 调平层应紧跟着铺设防水层喷洒后铺筑。应尽可能缩短两者之间的时间间隔 .3.5 玻璃纤维格栅为延缓原有水泥混凝土板的反射裂缝,在所铺 AC 厚度小于 12cm 的路段上铺设玻璃纤维格栅。 玻璃纤维网的有关技术指标为:断裂拉伸力(KN/m 径向 28,纬向 22;断裂

16、伸长率(% 径向 4, 纬向 4;单位面积质量(g/m2 230。应尽可能选用断裂力大于 50KN 和伸长率小于 3%的产品。3.6 路面外侧排水路面建成后, 为了有效地排除沥青砼结构内部及外部存在的水分, 在路侧分带每隔 5米留一个 排水口,将路面范围内的水排出路外,以减少水破坏。4 施工4.1 半刚性基层施工半刚性基层的施工按公路路面基层施工技术规范进行。施工期间 每天 应在铺 筑现 场至 少取 样做 13个抗 压强 度试 件,在 25 2 的环 境中 保 湿 养 生 6天 , 浸 水 24小 时 后 。每天还应在铺筑现场取样品测定水泥计量。现场取样方法按照基层施工规范附录的随机数表进行。

17、基层养生 710天,用取样机钻取钻件,钻件应该是完整的圆柱体,如钻件松散面超过 16%, 应认为不及格。4.2 沥青混凝土AC 的施工基本上按公路沥青路面施工技术规范进行,但同时补充修正以下三部分。 4.2.1 试验室要求(1每天取沥青样品进行针入度、软化点试验,每三天做一次延度(10、 15试验。做两 次沥青含蜡量试验,开始施工时和施工过程中各一次。(2从铺筑试验段开始计时,前 6天每天生产前先从各个热料仓分别取样品(粗集料不少于 5kg ,细集料不少于 2kg 进行筛分试验。如发现筛分结果与生产配合比时的结果有明显的差异,应 重新调整矿料配合比。(3施工前必须先按规定级配范围,用拌和场实际

18、准备的不同规格的碎石做生产配合比设计。 在试验确定的最佳沥青用量时,沥青混凝土的空隙率控制为 4%。做马歇尔试验时,沥青的加热温 度为 160,矿料加热温度为 170。沥青混合料击实温度为 135140。完成击实时,温度不 低于 130。(4 对每种沥青混凝土都至少做两次轮辙试验, 检验沥青混凝土的动稳定度和抗永久变形能力。 开始时和中间各一次(不得二次加热 。(5在生产的每一天,都应取有代表性的沥青混凝土样品做马歇尔试验,测定沥青混凝土的各 276第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 公路设计与施工卷 项技术指标值；同时进行抽提和筛分试验。马歇尔试验每天做一组（至少 6 个时间）试件，抽提和

19、 筛分试验每天上下午至少各做一次。 （6）AC 采用蜡封法或表干法测定试件的体积。除非钻件侧表面无气孔或钻件浸入水中时仅有 零星气泡出现，可以用水重法测量体积，否则，用蜡封法测定钻件的体积。PAC 用体积法确定体积。 4.2.2 沥青混凝土拌和场的要求 （1）场内的堆矿料场地必须硬化处理，不应将矿料直接堆放在仅整平的地面上或仅铺一层松散 碎石的场地。场地上层应用水泥稳定层硬化。 （2）各种不同规格的碎石应分别堆放并隔开，不应互有交错。 （3）碎石的针片状颗粒不超过 15%。 （4）从同一料堆不同位置取样品，筛分结果每个筛孔通过量的最大误差因控制在 20%（粗集料） 和 10%（细集料）以内。否

20、则应将规格的碎石混合后重新筛分。 （5）对细集料（2.36mm 以下石屑）必须搭蓬遮盖，防止雨淋。 （6）沥青混凝土搅拌站的各个计量装置应预先标定。 （7）制备沥青混凝土时，沥青的加热温度：AH-70，160165；矿料的加热温度比沥青的加热温度 高 10。 （8）沥青混凝土的出厂温度 155165。储存温度降低不超过 10（开始进入贮料仓的混 合料温度应接近高限） 。每车都应检测并记录沥青混凝土的出厂温度。 （9）运送沥青混凝土的自卸车，应用蓬布，毛毯覆盖沥青混凝土，以保温、防雨和防尘。 （10）拌和机的生产能力应与摊铺机相适应，使摊铺机能连续作业。 4.2.3 摊铺现场的要求 （1）在调平

21、层铺筑完成后，铺筑沥青砼表面层和其他结构层，尽可能采用基准平衡梁法来进行 摊铺施工，特别是铺筑抗滑表层，以提高路面的整体动态平整度。 （2）沥青混凝土的摊铺温度不低于 150。摊铺后压路机紧接着碾压，不得等候，特别注意碾 压温度。碾压结束时的温度不低于 90。 （3）应设专人指挥料车及时后退到摊铺机前和及时卸料。 （4）摊铺作业过程中，分料室中的沥青混合料应保持不低于螺旋分料器的顶轴。 t t t 。重型双钢轮振动压路机（19 （5）压路机应配套。如双钢轮双驱动振动压路机（10 20 ） t t t ，19 20 轮胎压路机，并应有足够数量。 40 ） （6）现场应设专人指挥碾压。 （7）压实

22、要求。 表面层沥青混凝土的压实度98%，现场所取钻件的空隙率不大于 7%。 其它层沥青混凝土的压实度97%,现场空隙率不大于 7%。 2 （8）上下两层间需喷洒粘层沥青乳液，用量尽可能不大于 0.3kg/m （9） 防水层施工应采用专门机械设备施工,以保证沥青和石子撒布均匀,正式施工前应通过试 铺试验路段总结经验。 5 质量情况 京珠高速公路广珠段路面工程从 1999 年 12 月通车至今，经历了两年的通车时间，且交通量增 长较快，交通量达 9200 车次/日，折合设计交通量达 13000 车次/日。经过检测，各项指标均保持 较好的值，与交工验收的指标对比如下： 277 第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 公路设计与施工卷 项目 构造深度 平整度 1999 年 11 月交工 验收检测指标 0.75 =0.74 2000 年 11 月检测指标 0