隨著國民經濟的高速發展，交通量迅速增長，車輛大型化，嚴重超載等現象使瀝青路面面臨嚴峻的考驗，許多高速公路建成后不久就不能適應交通的需要，早期破壞的情況時有發生。為緩解高速公路重載交通下的動水壓力，我國開始應用推廣以瀝青碎石為代表的柔性基層。瀝青碎石基層可以增強路面排水能力，減少瀝青層的溫度收縮裂縫和防止反射裂縫的發生，改善路面使用性能，提高其使用壽命。
1.0 工程概況
邢臨高速公路是河北省“四縱、四橫、十條線”公路網主骨架的重要組成部分，是河北省“十五”期間重點公路建設項目。全長104.64km，雙向四車道，路基寬26m，設計車速100km/h。邢臨高速公路在K0+000—K15+600段，進行了柔性基層瀝青路面鋪筑試驗，選用瀝青碎石用作上基層材料。
瀝青碎石基層即瀝青穩定碎石類瀝青混合料，其設計的基本的思路是保證瀝青混合料中具有足夠的粗集料，使之具有很好的高溫、力學性能，按其設計的空隙率大小可以分為3種：開式（排水式基層，設計空隙率在15%以上）、半開式（設計空隙率在8%~15%之間）、密實式（設計空隙率在3%~8%之間），由于本項目作為高速公路基層，因此采用密實式的瀝青混合料。
考慮邢臨高速的交通特征、施工技術和課題研究的實際需要，采用ATB—40和ATB—30兩種密級配混合料，五種方案，具體如下：
|
K0+000—K3+582.7 |
K3+582.7—K4+986.5 |
K4+986.5—K6+382.5 |
K6+382.5—K10+048 |
K10+048—K15+600 |
|
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 16㎝瀝青碎石ATB-30 改性瀝青下封層 透層 18㎝水穩砂礫 30㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBS改性瀝青上封層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 14㎝瀝青碎石ATB-30 SBR改性瀝青粘層 透層 15㎝級配碎石 17㎝水穩砂礫 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 14㎝瀝青碎石ATB-30 SBS改性瀝青下封層 透層 15㎝級配碎石 17㎝水穩砂礫 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 12㎝瀝青碎石ATB-30 SBS改性瀝青下封層 透層 18㎝水穩碎石 16㎝二灰碎石 18㎝二灰土 |
4㎝玄武巖改性瀝青砼 SBS改性瀝青上封層 6㎝改性瀝青砼 SBR改性瀝青粘層 10㎝瀝青碎石ATB-40 SBR改性瀝青粘層 透層 16㎝水穩碎石 18㎝水穩砂礫 18㎝二灰土 |
2.0室內試驗
室內試驗采用美國工程兵旋轉壓實剪切實驗機（GTM）進行目標配合比、生產配合比設計，確定控制指標；采用馬歇爾試驗進行常規設計，建立比對關系，進行日常檢測和控制。
2.2級配設計
在組成瀝青混合料的原材料選定后，瀝青混合料的技術性質在很大程度上取決于集料間的級配組成，瀝青混合料由于集料的級配不同，可以形成不同的組成結構。邢臨高速公路瀝青碎石基層級配參照規范，選用骨架密實型瀝青碎石混合料，采用ATB-30, ATB-40兩種級配形式。
密級配瀝青碎石礦料級配通過率范圍 （％）
|
層次 類型
方篩孔尺寸（mm ） |
下面層 |
|||
|
ATB-30規范 |
ATB-30實際 |
ATB-40規范 |
ATB-40實際 |
|
|
53 |
|
|
100 |
100 |
|
37.5 |
100 |
100 |
90~100 |
99.6 |
|
31.5 |
90~100 |
90.1 |
75~92 |
89.8 |
|
26.5 |
70~90 |
75.6 |
65~85 |
76.4 |
|
19.0 |
53~72 |
59.8 |
49~71 |
61.6 |
|
16 |
44~66 |
55 |
43~63 |
56.6 |
|
13.2 |
39~60 |
49.8 |
37~57 |
50.4 |
|
9.5 |
31~51 |
40.6 |
30~50 |
40.6 |
|
4.75 |
20~40 |
29.6 |
20~40 |
31.4 |
|
2.36 |
15~32 |
21.7 |
15~32 |
23.5 |
|
1.18 |
10~25 |
17.4 |
10~25 |
18.7 |
|
0.6 |
8~18 |
11.7 |
8~18 |
12.6 |
|
0.3 |
5~14 |
8.8 |
5~14 |
7.0 |
|
0.15 |
3~10 |
6.4 |
3~10 |
6.7 |
|
0.075 |
2~6 |
3.2 |
2~6 |
3.4 |
2.3原材料性能
原材料質量是影響路面質量、使用壽命的重要因素。優質的原材料是保證瀝青混合料具有優良路用性能的先決條件，為了滿足氣候環境與交通對路用性能的要求，必須做好原材料的選擇。通過測試瀝青、石灰巖粗集料、細集料和礦粉等材料的性能和技術指標來檢測材料是否滿足規范要求，從而完成原材料的選擇。
拌制瀝青混合料所用的瀝青材料其技術要求隨氣候條件、交通情況、瀝青混合料的類型和施工條件等因素而異，邢臨高速公路基層瀝青混合料采用山東濱洲產中海36-1普通70號A級石油瀝青，其技術指標滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》
集料是瀝青混合料的關鍵材料之一，其力學性能是決定混合料強度特性的最重要因素，它的顆粒形狀不僅影響混合料的構架，也直接關系到混合料的抗車轍能力與抗疲勞性能等材料特性，此外，集料與瀝青的粘附等級對混合料強度的形成也起關鍵作用，因此選擇優質的集料是瀝青混合料具有優良路用性能的重要保證。本項目采用邢臺太子井正大石料場，經初步破碎至50~100㎝拳石，運至存料場進行二次加工破碎，其幾何形狀和含泥量指標都優于《規范》要求的標準。
瀝青混合料的填料宜采用石灰巖或巖漿巖中的強基性巖石等石料經磨細得到的礦粉,本項目采用10~20㎝的碎石定點加工而成。
2.4最佳瀝青用量
2.4.1GTM試驗
GTM設計方法是利用GTM實驗機模擬行車作用成型試件，從而求出最佳瀝青用量和最大干密度的設計方法。
GTM實驗機通過旋轉壓實試件，使其密度達到汽車輪胎實際作用于路面時所產生的最終密度，即通過對試件施加垂直壓力，該壓力通過實際測試汽車輪胎對路面的實際壓強確定，試件在該壓力作用下，被旋轉壓實到平衡狀態(所謂平衡狀態，是指每旋轉100次試件密度變化率為0.016g/cm3)來決定瀝青混凝土路面的設計密度及最佳瀝青用量。GTM確定最佳瀝青用量有三個指標。
(1)應變比(GSI)：是指瀝青混合料在壓實到平衡狀態時是否會出現塑性變形。(最終應變和最小應變之比小于1.05)。
(2)抗剪安全系數(GSF)：是指瀝青混凝土被壓實到平衡狀態時的抗剪強度是否達到在行車荷載任用下需承受的剪應力。抗剪強度/剪應力，要求大于1.0。
(3)試件壓實到平衡狀態的密度。
利用GTM試驗，得到的試驗結果為：
ATB-30：最佳油石比3.2%，標準密度為2.467
g/㎝3
ATB-40：最佳油石比3.1%，標準密度為2.475
g/㎝3
2.4.2馬歇爾試驗
瀝青碎石ATB-30馬歇爾試驗結果如下：
|
瀝青用量（%） |
油石比 （%） |
表觀密度（g/㎝3） |
空隙率 VV（%） |
礦料間隙率VMA（%） |
瀝青飽和度VFA（%） |
穩定度 MS （KN） |
流值 FL（0.1㎜） |
|
2.82 |
2.9 |
2.458 |
4.5 |
11.3 |
60.5 |
20.92 |
19.2 |
|
3.10 |
3.2 |
2.467 |
3.7 |
11.2 |
67.3 |
22.85 |
23.1 |
|
3.38 |
3.5 |
2.462 |
3.5 |
11.7 |
70.3 |
19.44 |
36.5 |
根據瀝青選定圖，瀝青用量選用3.1%，油石比為3.20%，表觀密度為2.467 g/㎝3。
瀝青碎石ATB-40馬歇爾試驗結果如下：
|
瀝青用量（%） |
油石比 （%） |
表觀密度（g/㎝3） |
空隙率 VV（%） |
礦料間隙率VMA（%） |
瀝青飽和度VFA（%） |
穩定度 MS （KN） |
流值 FL（0.1㎜） |
|
2.82 |
2.9 |
2.455 |
4.0 |
10.9 |
63.8 |
32.2 |
26.8 |
|
3.1 |
3.2 |
2.466 |
3.3 |
11.0 |
70.2 |
32.0 |
23.5 |
|
3.38 |
3.5 |
2.464 |
2.9 |
11.3 |
74.1 |
25.6 |
25 |
根據瀝青選定圖，瀝青用量選用3.0%，油石比為3.1%，表觀密度為2.462 g/㎝3。
2.4.3對比關系：
ATB-30：GTM試驗與馬歇爾試驗的密度比為：2.467/2.467=1.0
ATB-40：GTM試驗與馬歇爾試驗的密度比為：2.475/2.462=1.005
2.5混合料性能檢測
2.5.1水穩定性檢測：
浸水馬歇爾試驗
|
類型 |
標準馬歇爾穩定度（KN） |
浸水馬歇爾穩定度（KN） |
浸水殘留穩定度（%） |
|
ATB-40 |
27.57 |
26.78 |
97.1 |
|
ATB-30 |
22.76 |
21.87 |
96.1 |
凍融劈裂試驗：凍融劈裂殘留強度比為：
lang=EN-US>85%
2.5.2高溫性能
采用60℃車轍試驗檢測混合料的高溫穩定性
|
類型 |
動穩定度（次/mm） |
|||
|
1 |
2 |
3 |
平均 |
|
|
ATB-30 |
8710.576 |
8230.495 |
7724.592 |
8221.89 |
|
ATB-40 |
8775.104 |
10604.886 |
10027.960 |
9802.65 |
3.0施工工藝
3.1施工前及下承層準備
認真編寫《試驗路施工組織設計》，報監理工程師批準，按常規調試拌和樓，滿足生產配合比各項要求；對下承層和施工機具作全面檢查，現場就位。
3.2混合料拌和
瀝青混合料拌和采用SPECO-3000型瀝青拌合樓拌和，拌和時間以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結合料為度，并經試拌確定。拌和時嚴格控制混合料的溫度和拌和時間。瀝青采用導熱油加熱，加熱溫度控制在150℃~170℃范圍內，礦料加熱溫度為170℃~185℃，瀝青與礦料的加熱溫度應調節到使拌和的瀝青混合料出場溫度在150℃~165℃，不得有花白料、超溫料，當瀝青混合料超過195℃的應立即廢棄，混合料運到現場溫度不得低于140℃~150℃，對于每車料出場溫度要有專人檢測。
3.3混合料的運輸
從拌和機向運料車上放料時，應每卸一斗混合料挪動一下汽車位置，以減少粗集料的離析現象。盡量縮小下落的落距，運料車用篷布覆蓋。攤鋪過程中運料車應在攤鋪機前10～30㎝處停住，不得撞擊攤鋪機，卸料過程中運料車掛空擋，靠攤鋪機推動前進。混合料運輸車的運量較攤鋪速度有所富余，施工過程中攤鋪機前方應有不少于3輛運料車等候卸車。
3.4混合料的攤鋪
本試驗段瀝青碎石基層厚度ATB-40為10㎝厚，采用一層攤鋪；ATB-30瀝青碎石厚度為12、14、16cm，考慮到用一臺拌和樓，為防止攤鋪時離析，12、14、16cm瀝青碎石采用兩層攤鋪。施工時采用兩臺攤鋪機聯合攤鋪，前一臺攤鋪機靠中央分隔帶一側攤鋪，一側傳感器搭在鋼鉸線上，另一側用浮動基準梁，后一臺攤鋪機一側傳感器搭在鋼絞線上，另一側用滑靴，兩臺攤鋪機相距一般為5—10m，橫向搭接寬度應有5—10㎝，把滑靴放在前一臺攤鋪機鋪出的基準面，調整好橫坡，進行攤鋪。攤鋪過程中，攤鋪機速度保持2m/min均勻行駛，在鋪筑過程中，攤鋪機螺旋送料器應不停頓的轉動，兩側保持有不少于送料器高度2/3的混合料，并保證在全寬斷面上不離析。施工時，兩構造物間盡量一次攤鋪碾壓成型，以減少橫縫。
3.5混合料的壓實及成型
壓實設備配有YEC10L雙光輪振動壓路機（10T）1臺，XD120雙光輪振動壓路機（12T）2臺，CC722雙光輪振動壓路機（17T）1臺，XP260膠輪壓路機（26T）1臺，選擇合理組合方式及初壓、復壓和終壓三碾壓步驟，壓路機以勻速行駛，速度符合規范要求。碾壓時由低向高即由路外側向內側進行，超高段由曲線內側向外側進行，碾壓方向與路線方向平行，并沿同一輪跡返回，每次錯軸重疊1/3～1/2輪寬，壓路機不能中途停留、轉向或制動。并不得停留在當天攤鋪的路面上或高于70℃的已經壓過的路面上。另外，終壓溫度不低于80℃。
初壓：第一遍先用膠輪碾壓一遍，再用YEC10L雙鋼輪壓路機碾壓一遍，驅動輪朝向攤鋪機，靜前進，振動返回，碾壓路線、方向不能突然改變，往返轉折點應錯開成階梯形，鋼輪壓路機緊跟膠輪壓路機進行碾壓，要求鋼輪壓路機與膠輪壓路機之間錯開兩輪。
復壓：復壓緊接在初壓后進行，復壓先用12T振動壓路機碾壓一遍，再用17T碾壓一遍,采用高頻低振方法，使壓實度達到規范要求。另外需注意12T壓路機緊跟17T壓路機進行碾壓，要求12T壓路機與17T壓路機之間錯開兩輪。
終壓：使用12T壓路機靜壓1～2遍，緊接在復壓后進行，至消除表面輪跡為止。
3.6接縫處理
橫縫與鋪筑方向垂直，形成一條碾壓密實的邊緣，下次攤鋪前，在上次末端涂補適量粘層瀝青，在碾壓橫接縫時先縱向后橫向碾壓，將壓路機位于已壓實的面層上，錯過新鋪層15cm，然后每壓一遍向新鋪層推進15-20cm，以推進到壓路機輪寬度的1/3處進為止，改為正常碾壓，在碾壓時由專門人員用三米直尺檢查接頭處，發現問題及時處理保證接頭部位的平整度。注意上、下層的橫縫要錯開至少1m的距離。
開放交通：路面冷卻后根據實際需要開放交通。
3.7施工注意事項
注意原材料質量及混合料級配；保證混合料拌和溫度和拌和時間，觀察出倉瀝青混合料色澤、拌和均勻性、讓瀝青充分裹覆集料；保溫運輸、保證混合料攤鋪、碾壓溫度，減小瀝青混合料離析和集料離析；調試攤鋪機具，確保攤鋪厚度，合理組織壓實機具，增大壓實功，確保壓實度。
4.0現場檢測
4.1彎沉試驗：
采用5.4米貝克曼梁測定，完工一個月。
|
樁號 |
彎沉（0.01mm）左幅 |
樁號 |
彎沉（0.01mm）右幅 |
||
|
行車道 |
超車道 |
行車道 |
超車道 |
||
|
K3+950 |
26.25 |
15.70 |
K9+250 |
9.7 |
14.55 |
|
K4+000 |
21 |
22.70 |
K9+300 |
9.7 |
11.3 |
|
K4+050 |
26.25 |
22.75 |
K9+350 |
8.1 |
11.3 |
|
K4+100 |
24.5 |
22.70 |
K9+400 |
16.2 |
8.1 |
|
K4+150 |
24.5 |
22.75 |
K9+450 |
19 |
11.3 |
|
K4+200 |
28.0 |
26.25 |
K9+500 |
11.3 |
11 |
|
K4+250 |
22.75 |
19.25 |
K9+550 |
12.9 |
9.7 |
|
K4+300 |
29.7 |
22.75 |
K9+600 |
11.3 |
6.5 |
當基層有級配碎石時彎沉偏大，當基層為半剛性基層時彎沉合格。
4.2壓實度檢測
|
測試層位置 |
K3+582.7~K6+379.8左幅 |
K6+382.5~K10+015.44右幅 |
K10+080.56~K14+670 右幅 |
||
|
第一層 |
第二層 |
第一層 |
第二層 |
||
|
測點數 |
47 |
47 |
60 |
60 |
45 |
|
最大值 |
100 |
100.1 |
100 |
100 |
100 |
|
最小值 |
97.4 |
97.7 |
98.1 |
97.1 |
98.0 |
|
平均值 |
99.13 |
98.87 |
98.97 |
98.88 |
99.05 |
|
標準偏差 |
0.551 |
0.354 |
0.625 |
0.560 |
0.488 |
|
代表值 |
98.99 |
98.78 |
98.83 |
98.76 |
98.93 |
5.0結語
從試驗檢測結果看，瀝青碎石的高溫性能比較好，水穩定性良好，但在有級配碎石的基層強度和剛度稍微差一些。車轍試驗動穩定度比較高的原因可能是混合料粒徑較大；從施工性能來看，混合料由于粗料多，容易出現離析，因此要從生產能力、施工工藝上嚴格控制。
在我國柔性基層使用很少，近兩年才開始一些研究。山東、山西、江蘇等省進行了柔性基層研究，我省也在衡德高速公路鋪筑了試驗段。河北省高速公路建設正值建設高峰期，為了預防瀝青路面的早期破壞，延長公路的使用壽命，使河北省的高速公路建設投資效益達到最大，進行柔性基層的研究是非常有必要的。采用柔性基層結構，使工程造價較普通半剛性基層有所增加，但是隨著時間的增長，其優良的使用性能會逐漸顯現出來，大幅度降低路面的養護維修費用，從長遠利益來看，柔性基層具有更好的經濟性能。
另外，柔性基層在以后路面的修復中，柔性基層材料可以完全被利用，不但可以大大降低維修費用，節約能源，而且可以減少環境污染，因此采用柔性基層具有更好的經濟和社會效益。