浏览：次 2019-01-28 12:55
本文介绍了邢临高速公路沥青碎石基层的设计与施工，并详细介绍了原材料的选择、配合比设计和马歇尔试验结果、试验检测以及路面施工工艺。
关键字：沥青碎石 设计 施工
随着国民经济的高速发展，交通量迅速增长，车辆大型化，严重超载等现象使沥青路面面临严峻的考验，许多高速公路建成后不久就不能适应交通的需要，早期破坏的情况时有发生。为缓解高速公路重载交通下的动水压力，我国开始应用推广以沥青碎石为代表的柔性基层。沥青碎石基层可以增强路面排水能力，减少沥青层的温度收缩裂缝和防止反射裂缝的发生，改善路面使用性能，提高其使用寿命。
1.0 工程概况
邢临高速公路是河北省“四纵、四横、十条线”公路网主骨架的重要组成部分，是河北省“十五”期间重点公路建设项目。全长104.64km，双向四车道，路基宽26m，设计车速100km/h。邢临高速公路在K0+000—K15+600段，进行了柔性基层沥青路面铺筑试验，选用沥青碎石用作上基层材料。
沥青碎石基层即沥青稳定碎石类沥青混合料，其设计的基本的思路是保证沥青混合料中具有足够的粗集料，使之具有很好的高温、力学性能，按其设计的空隙率大小可以分为3种：开式（排水式基层，设计空隙率在15%以上）、半开式（设计空隙率在8%~15%之间）、密实式（设计空隙率在3%~8%之间），由于本项目作为高速公路基层，因此采用密实式的沥青混合料。
考虑邢临高速的交通特征、施工技术和课题研究的实际需要，采用ATB—40和ATB—30两种密级配混合料，五种方案，具体如下：
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㎝玄武岩改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
6㎝改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
16㎝沥青碎石ATB-30
改性沥青下封层
透层
18㎝水稳砂砾
30㎝二灰土
4㎝玄武岩改性沥青砼
SBS改性沥青上封层
6㎝改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
14㎝沥青碎石ATB-30
SBR改性沥青粘层
透层
15㎝级配碎石
17㎝水稳砂砾
18㎝二灰土
4㎝玄武岩改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
6㎝改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
14㎝沥青碎石ATB-30
SBS改性沥青下封层
透层
15㎝级配碎石
17㎝水稳砂砾
18㎝二灰土
4㎝玄武岩改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
6㎝改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
12㎝沥青碎石ATB-30
SBS改性沥青下封层
透层
18㎝水稳碎石
16㎝二灰碎石
18㎝二灰土
4㎝玄武岩改性沥青砼
SBS改性沥青上封层
6㎝改性沥青砼
SBR改性沥青粘层
10㎝沥青碎石ATB-40
SBR改性沥青粘层
透层
16㎝水稳碎石
18㎝水稳砂砾
18㎝二灰土
2.0室内试验
2.1成型方法
室内试验采用美国工程兵旋转压实剪切实验机（GTM）进行目标配合比、生产配合比设计，确定控制指标；采用马歇尔试验进行常规设计，建立比对关系，进行日常检测和控制。
2.2级配设计
在组成沥青混合料的原材料选定后，沥青混合料的技术性质在很大程度上取决于集料间的级配组成，沥青混合料由于集料的级配不同，可以形成不同的组成结构。邢临高速公路沥青碎石基层级配参照规范，选用骨架密实型沥青碎石混合料，采用ATB-30, ATB-40两种级配形式。
层次
类型
方筛孔尺寸（mm ）
下面层
ATB-30规范
ATB-30实际
ATB-40规范
ATB-40实际
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
原材料质量是影响路面质量、使用寿命的重要因素。优质的原材料是保证沥青混合料具有优良路用性能的先决条件，为了满足气候环境与交通对路用性能的要求，必须做好原材料的选择。通过测试沥青、石灰岩粗集料、细集料和矿粉等材料的性能和技术指标来检测材料是否满足规范要求，从而完成原材料的选择。
2.3.1 沥青
拌制沥青混合料所用的沥青材料其技术要求随气候条件、交通情况、沥青混合料的类型和施工条件等因素而异，邢临高速公路基层沥青混合料采用山东滨洲产中海36-1普通70号A级石油沥青，其技术指标满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》
2.3.2 集料
集料是沥青混合料的关键材料之一，其力学性能是决定混合料强度特性的最重要因素，它的颗粒形状不仅影响混合料的构架，也直接关系到混合料的抗车辙能力与抗疲劳性能等材料特性，此外，集料与沥青的粘附等级对混合料强度的形成也起关键作用，因此选择优质的集料是沥青混合料具有优良路用性能的重要保证。本项目采用邢台太子井正大石料场，经初步破碎至50~100㎝拳石，运至存料场进行二次加工破碎，其几何形状和含泥量指标都优于《规范》要求的标准。
2.3.3 矿粉
沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等石料经磨细得到的矿粉,本项目采用10~20㎝的碎石定点加工而成。
2.4最佳沥青用量
2.4.1GTM试验
GTM设计方法是利用GTM实验机模拟行车作用成型试件，从而求出最佳沥青用量和最大干密度的设计方法。
GTM实验机通过旋转压实试件，使其密度达到汽车轮胎实际作用于路面时所产生的最终密度，即通过对试件施加垂直压力，该压力通过实际测试汽车轮胎对路面的实际压强确定，试件在该压力作用下，被旋转压实到平衡状态(所谓平衡状态，是指每旋转100次试件密度变化率为0.016g/cm3)来决定沥青混凝土路面的设计密度及最佳沥青用量。GTM确定最佳沥青用量有三个指标。
(1)应变比(GSI)：是指沥青混合料在压实到平衡状态时是否会出现塑性变形。(最终应变和最小应变之比小于1.05)。
(2)抗剪安全系数(GSF)：是指沥青混凝土被压实到平衡状态时的抗剪强度是否达到在行车荷载任用下需承受的剪应力。抗剪强度/剪应力，要求大于1.0。
(3)试件压实到平衡状态的密度。
利用GTM试验，得到的试验结果为：
ATB-30：最佳油石比3.2%，标准密度为2.467 g/㎝3
ATB-40：最佳油石比3.1%，标准密度为2.475 g/㎝3
2.4.2马歇尔试验
沥青碎石ATB-30马歇尔试验结果如下：
沥青用量（%）
油石比
（%）
表观密度（g/㎝3）
空隙率
VV（%）
矿料间隙率VMA（%）
沥青饱和度VFA（%）
稳定度
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
根据沥青选定图，沥青用量选用3.1%，油石比为3.20%，表观密度为2.467 g/㎝3。
沥青碎石ATB-40马歇尔试验结果如下：
沥青用量（%）
油石比
（%）
表观密度（g/㎝3）
空隙率
VV（%）
矿料间隙率VMA（%）
沥青饱和度VFA（%）
稳定度
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
根据沥青选定图，沥青用量选用3.0%，油石比为3.1%，表观密度为2.462 g/㎝3。
2.4.3对比关系：
ATB-30：GTM试验与马歇尔试验的密度比为：2.467/2.467=1.0
ATB-40：GTM试验与马歇尔试验的密度比为：2.475/2.462=1.005
2.5混合料性能检测
2.5.1水稳定性检测：
浸水马歇尔试验
类型
标准马歇尔稳定度（KN）
浸水马歇尔稳定度（KN）
浸水残留稳定度（%）
ATB-40
27.57
26.78
97.1
ATB-30
22.76
21.87
96.1
冻融劈裂试验：冻融劈裂残留强度比为：85%
2.5.2高温性能
采用60℃车辙试验检测混合料的高温稳定性
类型
动稳定度（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