葛春雷

（河北路橋集團(tuán)第一工程有限公司，河北 石家莊 054001）

我國(guó)已建高速公路中，約90%是半剛性基層瀝青路面。雖然設(shè)計(jì)使用期是15年，但多數(shù)高速公路通車后不到6～7年，路面就開(kāi)始產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，需要翻開(kāi)路面重建。瀝青面層往往2～3年后就產(chǎn)生顯著的水破壞、泛油和轍槽，需要開(kāi)始罩面或局部銑刨重鋪，不僅需要大量養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，而且對(duì)交通產(chǎn)生很大影響。如果我國(guó)新建和改建的高速公路設(shè)計(jì)使用期仍是15年，則在40年內(nèi)，至少要翻修重建三次。如今后新建、改建和擴(kuò)建高速公路都按長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)和施工，可取得很大的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

長(zhǎng)壽命路面的特點(diǎn)可概括為“一長(zhǎng)（壽命長(zhǎng)）、一多（常認(rèn)為建設(shè)投資應(yīng)稍多，但由于試驗(yàn)路瀝青面層的厚度比生產(chǎn)路段的薄，油石比小，僅表面層用了改性瀝青等，所以實(shí)際投資并不多，試驗(yàn)路建安費(fèi)明顯減少）、三少（大、中、小修的費(fèi)用少；使用者費(fèi)用少；全壽命周期總費(fèi)用少）”。使半剛性基層瀝青路面達(dá)到長(zhǎng)壽命要求，是一個(gè)嶄新的課題。本文主要論述與半剛性基層瀝青路面長(zhǎng)壽命有關(guān)的SAC設(shè)計(jì)理念、方法、結(jié)構(gòu)，新水泥碎石級(jí)配設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)方法，以及相關(guān)的施工工藝與設(shè)備。

1 新SAC系列設(shè)計(jì)

新SAC系列的設(shè)計(jì)理念是將瀝青面層的早期破壞與達(dá)到面層的功能要求結(jié)合在一起同時(shí)解決。

SAC系列包括常用作基層、底面層、中面層和表面層的SAC—30、SAC—25、SAC—20、SAC—16、SAC—13和SAC—10等多種。礦料級(jí)配中粗細(xì)集料的分界篩孔統(tǒng)一為4.75mm，即大于等于4.75mm的顆粒稱為粗集料，小于等于4.75mm的顆粒稱為細(xì)集料，小于0.075mm的顆粒稱為填料。因此，粗、中、細(xì)SAC的粗集料可篩分的粒級(jí)是不同的。例如，SAC—25的粗集料可篩分成26.5～19mm、19～13.2mm、13.2～9.5mm 和 9.5～4.75mm四個(gè)粒級(jí)；SAC—16的粗集料，只能篩分成13.2～16mm、9.5～13.2mm和4.75～9.5mm三個(gè)粒級(jí)。而全部SAC的細(xì)集料都可以篩分成2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、0.15～0.3mm和0.075～0.15mm共六個(gè)粒級(jí)。

1.1 SAC粗集料斷級(jí)配的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

所謂粗集料斷級(jí)配是指礦料級(jí)配中以粗集料為主，或占多數(shù)（通常不少于60%），設(shè)計(jì)粗集料的級(jí)配時(shí)，是一個(gè)冪函數(shù)，設(shè)計(jì)細(xì)集料的級(jí)配時(shí)，是另一個(gè)冪函數(shù)。提出的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法，分粗、細(xì)集料各個(gè)篩孔通過(guò)量的設(shè)計(jì)。所用的基本方程為：式中：Dmax為實(shí)際最大粒徑。以往標(biāo)稱最大粒徑以上還有0～10%的較大顆粒。此少量大顆粒不利于室內(nèi)平行試驗(yàn)的均勻性，也不利于施工現(xiàn)場(chǎng)該層表面的均勻性，所以在SAC的設(shè)計(jì)中，設(shè)定Dmax的通過(guò)率為100%。

由于式（1）中有兩個(gè)未知數(shù)A和B，要解這兩個(gè)未知數(shù)必須建立兩個(gè)聯(lián)立方程。設(shè)計(jì)SAC粗、細(xì)集料各個(gè)篩孔的通過(guò)量需要有三個(gè)控制點(diǎn)：第一個(gè)是Dmax的通過(guò)量100%；第二個(gè)是4.75mm的通過(guò)量30%～40%；第三個(gè)是0.075mm的通過(guò)量4%～8%，且Dmax愈大，0.075mm的通過(guò)量愈小。

計(jì)算SAC—25粗集料各個(gè)篩孔通過(guò)量的方程式為：

計(jì)算SAC—25細(xì)集料各個(gè)篩孔通過(guò)量的方程式：

1.2 兩階段檢驗(yàn)理論和檢驗(yàn)方法

兩階段檢驗(yàn)理論和檢驗(yàn)方法用于檢驗(yàn)規(guī)定礦料級(jí)配是否適合某種巖石品種的粗集料。第一階段對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，稱VCADRF方法；第二階段對(duì)瀝青混凝土試件進(jìn)行檢驗(yàn)，稱VCAAC方法。這兩個(gè)方法的基本原理都是粗集料骨架間的孔隙率恰好被細(xì)集料、填料、瀝青填滿，同時(shí)保留部分空氣率（如2%～4%）。上述粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土礦料級(jí)配方法和檢驗(yàn)方法，于2007年3月7日獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的發(fā)明專利證書。

1.3 SAC系列的四種結(jié)構(gòu)

SAC系列有四種不同結(jié)構(gòu)，即緊密骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)（粗集料含量在70%左右），一般骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)（粗集料含量在65%左右），疏松骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)（粗集料含量約60%）和懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)（粗集料含量不足60%）。這四種結(jié)構(gòu)分別用于不同場(chǎng)合。

1.4 新SAC系列的六個(gè)優(yōu)點(diǎn)

（1）密實(shí)、透水性小，不易產(chǎn)生水破壞。

（2）SAC在國(guó)內(nèi)所用級(jí)配中，高溫抗永久形變能力最強(qiáng)。

（3）表面構(gòu)造深度大，秦皇島試驗(yàn)路竣工后，測(cè)得50個(gè)點(diǎn)的表面構(gòu)造深度TD平均1.18mm，變異系數(shù)Cv=14.2%。

（4）可以在瀝青混合料溫度高時(shí)，用振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓，既不會(huì)產(chǎn)生瀝青混合料推移，也不會(huì)出現(xiàn)橫向裂紋現(xiàn)象。

（5）很少粗細(xì)集料離析，外表美觀。

（6）價(jià)格低廉，由于SAC瀝青混合料的油石比小，SAC—25的油石比僅為3.4%～3.5%，SAC—16的油石比僅為4.4%～4.5%，SAC—13的油石比僅為4.5%～4.6%，它比SMA的油石比（6.0%）小得多，也比規(guī)范中的AC—I型明顯小，但性能好。可以說(shuō)SAC是價(jià)廉物美。

2 新水泥碎石級(jí)配設(shè)計(jì)

粗集料斷級(jí)配密實(shí)水泥穩(wěn)定粒料的級(jí)配設(shè)計(jì)方法及其密實(shí)性檢驗(yàn)方法的研究成果于2006年9月申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，并于2007年公開(kāi)。設(shè)計(jì)方法采用的基本方程同式（1）。其粗、細(xì)集料各個(gè)篩孔通過(guò)量（%）的設(shè)計(jì)方法與SAC的設(shè)計(jì)方法基本相同。

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)方法

為了求解式（1）中A和B的值，需要建立兩個(gè)聯(lián)立方程。為此設(shè)定，di=26.5mm時(shí)，P26.5=100%；di=4.75mm時(shí)，P4.75=36%。采用P4.75=36%是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)容易碾壓密實(shí)。由此可得計(jì)算粗集料（4.75～26.5mm）各個(gè)篩孔通過(guò)量的方程為：

計(jì)算細(xì)集料級(jí)配的方程時(shí)，一個(gè)控制點(diǎn)是4.75mm的通過(guò)量，其值為36%；另一個(gè)控制點(diǎn)是0.075mm的通過(guò)量，其值為3%～5%。為提高水泥碎石的抗彎拉強(qiáng)度和回彈模量，礦料級(jí)配中應(yīng)有3%～5%小于0.075mm的粉料。用此建立兩個(gè)聯(lián)立方程后，得計(jì)算細(xì)集料各個(gè)篩孔通過(guò)量的方程式為：

2.2 密實(shí)性檢驗(yàn)方法

檢驗(yàn)方法的基本原理是：混合料設(shè)計(jì)用重型擊實(shí)試驗(yàn)法得到7d齡期設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為6MPa的水泥劑量、最佳含水量和最大干密度后，計(jì)算試件中粗集料的含量和孔隙率；此孔隙率被水泥、細(xì)集料、粉料和有效水填滿后，還余留1.6%～2%空隙率。研究還得到了對(duì)CBG—25強(qiáng)度很不敏感的級(jí)配范圍。其上限是美國(guó)100年前用于瀝青混合料的富勒公式的級(jí)配曲線，下限是筆者研究得到的中斷級(jí)配曲線。

3 相關(guān)施工方法與設(shè)備

3.1 穩(wěn)土基和路基路面綜合設(shè)計(jì)

在土基下1.5m處設(shè)置水平瀝青膜隔斷層，阻止氣態(tài)水上升；底基層底面向下兩側(cè)用防水土工膜做垂直向下直至隔斷層的防水墻，以保持此深度范圍內(nèi)的土基強(qiáng)度穩(wěn)定。這是國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)穩(wěn)土基和路基路面綜合設(shè)計(jì)的要求。

3.2 水泥碎石基層和瀝青面層施工方法

水泥碎石基層和瀝青面層施工方法主要針對(duì)CBG和SAC的拌和廠的設(shè)備配置和改造，可保證冷料有達(dá)到要求的穩(wěn)定的級(jí)配。水泥碎石基層與瀝青混合料的施工方法于2006年11月申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，2007年正式公開(kāi)。

3.3 粗集料單一粒級(jí)專用篩分機(jī)

粗集料單一粒級(jí)專用篩分機(jī)可將CBG—25和SAC—25的粗集料篩成19～26.5mm，13.2～19mm，9.5～13.2mm和4.75～9.5mm四個(gè)單一粒級(jí)的料。此設(shè)備是我國(guó)發(fā)明的。第一臺(tái)樣機(jī)在秦皇島試驗(yàn)路的碎石廠首次試用，基本成功。篩得的粗集料中粉塵和泥土顆粒很少，除滿足上述新施工方法外，還有利于提高混合料的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)新建或翻修重建高等級(jí)公路，其路面結(jié)構(gòu)類型將主要是各種不同結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)壽命瀝青路面。建設(shè)長(zhǎng)壽命半剛性路面最符合實(shí)踐科學(xué)發(fā)展觀的要求，在我國(guó)將會(huì)迅速推廣應(yīng)用。21世紀(jì)將是發(fā)展長(zhǎng)壽命半剛性路面和路面技術(shù)水平全面快速提高的新時(shí)代。

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