浅谈济青高速公路QM-9合同段大粒径透水性沥青混合料柔性基层施工

　　摘要：结合济（济南）青（青岛）高速公路QM-9合同段路面工程实例，介绍大粒径透水性沥青混合料柔性基层的施工，对大粒径透水性沥青混合料柔性基层的材料设计、混合料施工及质量控制等内容进行了简要的探讨。
　　关键词：大粒径透水性沥青混合料，柔性基层，施工
　　大粒径透水性沥青混合料（LARGESTONEPOROUSASPHALTMIXES，英文缩写为:LSPM）是指混合料最大公称粒径大于26.5mm，具有一定空隙率能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料，LSPM通常用作路面结构中的基层。
　　LSPM的设计采用了新的理念，研究和应用表明LSPM具有以下优点：
　　⑴级配良好的LSPM可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性；特别是对于低速、重车路段，需要的持荷时间较长时，设计良好的LSPM与传统的沥青混凝土相比，显示出十分明显的抗永久变形能力。
　　⑵LSPM有着良好的排水功能，可以兼有路面排水层的功能。
　　⑶由于LSPM有着较大的粒径和较大的空隙，它可以有效地减少反射裂缝。
　　⑷大粒径集料的增多和矿粉用量的减少，减少比表面积，减少了沥青总用量，从而降低工程造价。
　　⑸与通常的半刚性基层相比，提高了工程施工速度，减少了设备投入。
　　⑹在大修改建工程中，可大大缩短封闭交通时间，社会经济效益显著。
　　本文结合青莱高速QM-9合同段新建路面工程实例，介绍LSPM柔性基层施工。下面将该工程的LSPM柔性基层材料设计、混合料施工及质量控制等方面的内容介绍如下：
　　1工程概况
　　济青高速公路QM-9合同段位于山东省潍坊市境内，起止里程为K85+800～K99+020，全长13.22km。该合同段路面结构组成如下图所示。
　　
　　2材料设计
　　2.1材料要求
　　⑴大粒径沥青混合料中粗集料起到骨架作用，粗集料的质量和其物理性能严重地影响着混合料的使用性能，因此混合料中粗集料应使用轧制的坚硬岩石。
　　⑵细集料使用人工砂和石屑作为细集料，但不准采用天然砂。细集料棱角性必须大于42%，砂当量值不小于65%。
　　⑶填充料采用生石灰粉，至少满足III级要求。
　　⑷沥青胶结料采用MAC-70#改性沥青。
　　2.2级配设计
　　大粒径透水性混合料属于骨架空隙结构，它的强度主要取决于粗骨料之间的内摩阻力，粗集料形成混合料的骨架，较少的细集料填充部分空隙，填料和沥青包裹集料以防止水损坏。这就是大粒径透水性混合料的结构和体积特性，所以设计的级配必须使每种原材料在混合料中发挥他的作用。由于大粒径透水性混合料的级配是根据粗集料的骨架和体积状态以及细集料的填充状态通过实际计算而得到，级配范围会随原材料的体积性质变动而发生变化，所以在不同的地方运用时必须做到具体问题具体分析，而不能盲目的凭借经验。同时，还要对0.075、4.75、9.5、13.2、26.5、31.5等重点筛孔进行重点控制，需综合各方面的因素使各种材料的搭配尽可能的靠近最为合理的组合。
　　各类型大粒径沥青混合料推荐级配一览表
　　筛孔 52 37.5 31.5 26.5 19 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
　　LSPM-25 100 100 100 70-98 50-85 32-62 20-45 6-29 6-18 3-15 2-10 1-7 1-6 1-4
　　LSPM-30 100 100 90-100 70-95 40-76 28-58 19-39 6-29 6-18 3-15 2-10 1-7 1-6 1-4
　　LSPM-35 100 75-98 67-96 50-80 25-60 15-40 10-35 6-25 6-18 3-15 2-10 1-7 1-6 1-4
　　根据各项因素综合考虑，本项目采用LSPM-30。
　　设计采用原材料为石灰岩20～30mm、10～20mm、5～10mm、3～5mm、与0～3mm五种集料以及石灰粉填充料，沥青为MAC-70#。
　　首先对原材料进行筛分（水洗法），同时对原材料的各项物理指标进行测试。通过筛分结果结合推荐级配选定三个级配，在根据大马歇尔试验的各项指标最终确定了20～30mm碎石：10～20mm碎石：5～10mm碎石:3～5mm碎石:与0～3mm石屑:生石灰粉＝40:35:12:4:8:1
　　2.3沥青用量的确定
　　除了合理的级配还需有最佳的沥青含量才能发挥混合料的作用。沥青含量的确定首先要满足沥青能够包裹集料并在集料上有一定厚度（一般为12µm）的沥青膜。但是作为大粒径透水性混合料的级配类型粗集料较多，填料较少，所以沥青用量不能过高以防止析漏。沥青用量主要由体积指标控制。
　　析漏试验和飞散试验是确定透水性沥青混合料最佳沥青用量的两项必不可少的试验。通过析漏试验可以保证沥青不产生流淌的最大沥青用量；通过飞散试验可以确定透水性沥青混合料不发生严重飞散的最小沥青用量。根据这两个沥青用量就可以确定透水性沥青混合料的沥青用量范围，在此范围内在参考设计试件体积指标与沥青膜要求的结果，选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量。一般要求析漏质量损失≤0.2%，飞散试验的质量损失≤20%。
　　沥青膜厚度可以通过沥青含量与集料表面积来计算，沥青含量应当采用有效沥青含量，考虑到有效沥青含量的计算比较麻烦，当集料吸水率较小时可以采用沥青含量。集料表面积的计算可根据美国AI给出的经验公式估算，公式如下：
　　
　　（4）
　　式中：Pi分别为I级筛孔的通过率(%)。
　　本合同段最终选用的沥青用量为3.4%。
　　3混合料施工与质量控制
　　对于本合同段的LSPM来说，由于摊铺厚度大、混合料较粗，这就给施工控制带来了很大的困难。施工过程中任意一个环节出现问题都会导致产品的不合格、路面不能发挥应有的作用。所以，在施工过程中须对每一个细节严格控制，并充分借鉴以前的经验。
　　本合同段的LSPM的施工控制主要流程如下：
　　
　　
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　　3.1施工准备
　　准备工作：大粒径透水性混合料柔性基层作为排水结构层就必须要保证它的下部结构层有很好的防水效果，水是从柔性基层排出而不是下渗到下面的结构层。为了防止水分下渗及与沥青层更好粘结，在水稳基层与柔性基层之间设置下封层，下封层在柔性基层铺筑的前一天施工，下封层采用单层热沥青表处作为密水层。一般采用基质热沥青洒布,洒布量一般控制在1.1～1.3Kg/㎡,同步洒布采用0.4%沥青用量进行预拌的5～10㎜碎石，洒布量一般控制在7～9Kg/㎡。另外为了确保大粒径沥青混和料结构层排水畅通，与该结构层对应的路肩需采用透水路肩，本工程中选用渗水土工布加碎石的组合结构。
　　在铺筑柔性基层之前必须采用先人工清扫加森林灭火器吹扫的方式，将下封层清扫干净。做到表面干燥、清洁，无松散石料、灰尘与杂质，便于层间粘结。
　　从上面的的LSPM的施工控制主要流程我们可以看出，施工控制的主要环节如下：
　　⑴大粒径透水混合料的生产；
　　⑵混合料的运输与摊铺；
　　⑶路面的碾压。
　　混合料的生产质量管理是保证整个沥青路面施工质量的第一个重要环节。要能生产出符合目标级配要求的、均匀的优质混合料，就要从原材料的质量与管理、搅拌设备的性能调试、生产过程的质量管理三个方面严格控制。
　　3.2原材料的质量管理
　　⑴集料质量管理主要为：集料应堆放在坚硬、清洁的场地，场地要有良好的排水设施，细集料要进行覆盖。不同规格的集料应用隔墙分开，严禁不同类型的集料混放。集料的堆放最重要的是防止离析，如果集料的级配发生变化就会严重影响搅拌设备的稳定生产合成品料组成的稳定性。在料场场地容许的情况下，尽可能减少料堆的高度。如果粗集料在料堆底部发生了离析，应当用前端装载机将料重新拌和后，才能送到冷料斗中。分层堆积集料（尤其是粗集料）、加强料堆卸料和装料的管理，是减少随机离析的关键。
　　装载机驾驶员应从有太阳的倾斜面对上取料,并避免使用料堆底部的集料。粗集料应避免使用刚刚破碎的新鲜集料，新集料应放置一周以上才能使用，以防止沥青混合料的剥离发生。可以减少随机离析问题。
　　⑵沥青的质量管理主要是储存的温度控制。由于沥青是一种温度敏感性材料，一旦温度控制不好就会严重影响沥青质量。沥青储存罐就必须有一套完善的保温和到热系统。另一方面，大粒径透水性混合料采用的是改性沥青，那么就有一个防止改性沥青中的改性剂分层离析问题，在本项目施工中通过在沥青储存罐上加搅拌器来加以解决。沥青的储存罐分三组：①正在使用，它的温度需保持在沥青拌和站拌和混合料所需温度；②正在升温为进入使用作准备；③已经用完、或正在注入新进得备用沥青。
　　⑶粉料的管理主要为防止在储存过程中受潮结块。
　　3.3拌和设备的管理
　　拌和设备选用美国ASTEC国际公司生产的间歇式TS-400型搅拌楼，额定每小时产量320T。
　　沥青拌和站配套设备在正式拌和之前，必须要进行搅拌设备的调试。主要包括：矿料、粉料、沥青称的标定；冷料给料系统的标定；计量控制系统的调试；生产配合比的调试；搅拌设备生产能力的调试。只有搅拌设备各个系统都能正常运转，计量准确才能保证混合料的级配，和满足前场铺筑的产量。
　　沥青拌和站在生产过程要注意以下两点：①透水混合料中细颗粒较少，在干燥筒中容易过热，拌和时会促使沥青老化，因此要严格控制拌和温度，沥青加热温度一般控制在165～170℃，集料加热温度一般控制在190～200℃。拌合站混合料出场温度一般控制在170～185℃，废弃温度为195℃。②混合料的拌和时间由试拌来确定，拌和时必须使所有颗粒全部覆裹沥青结合料，并以沥青混合料拌和均匀为度。拌和的混合料达到均匀一致、无花白料、无结团成块或严重细集料分离现象。大粒径透水性混和料最大粒径比较大、粗集料多而且沥青用量小，为此就必须延长拌和时间，根据经验一般拌和时间在45s左右比较合适。
　　3.4混合料的运输与摊铺
　　3.4.1运输
　　运输设备采用黄河自卸车JN3261/052A。
　　⑴为了防止沥青混合料与运输车的车厢板粘结，需在运输车的车厢板上均匀涂摸一层植物油，本项目实施过程中采用喷雾器均匀喷洒。
　　⑵在混合料的装料过程中，尽量缩短出料口至车厢的下料距离。并且装料车不能停在一个位置上受料，要每往车厢内装一盘料，车就移动一次位置。一车料最少应分三次装载，首先将料放于车厢的前部，然后移动运料车，将料放于车厢的后部，最后再装车厢的中部。
　　⑶在运输过程中尽量避免急刹车，以减少混合料的离析。
　　⑷运输车辆不能在下封层上集中掉头和急刹车，以免损坏下封层。
　　⑸卸料时车辆应当在摊铺机前10～30㎝处停住，不得撞击摊铺机，卸料过程中应挂空挡由摊铺机推动前进，在卸料时应将混合料快速卸下，以减少离析。
　　⑹运输车辆在运送集料时须覆盖蓬布，以利混合料的保温、防尘、防雨。
　　3.4.2摊铺
　　摊铺采用两台德国ABG-423摊铺机进行联合摊铺作业。
　　⑴开始摊铺时在施工现场等候的车辆要不少于3辆，施工过程中也要保证至少有2辆车等候卸料。
　　⑵摊铺施工要提前0.5～1h预热摊铺机熨平板，开始摊铺时其温度不低于100℃。
　　⑶由于大粒径透水性混合料特别容易离析，所以摊铺机的摊铺宽度不能过大，一般不大于9m。摊铺过程中两台摊铺机一前一后相距10m左右半幅一次摊铺成型。摊铺机要匀速行驶，摊铺速度一般控制在2m/min以内。如果遇到后场混合料供给不足时要适当减缓摊铺机行驶速度，尽量避免中途停机，以减少施工热接缝和摊铺机启停对平整度造成的不利影响。
　　⑷大粒径透水性混合料摊铺厚度较大、骨料粒径较大，所以应将熨平板与分料螺旋之间的距离调大一些以使混合料有较高的下料速度和通过性；螺旋分料器的高度也要相应的增大。摊铺过程中布料器中混合料的位置以略高于螺旋器2/3为度。螺旋布料器的转速要慢一些以减少离析。[!--empirenews.page--]
　　⑸大粒径透水性混和料的松铺系数一般在1.18～1.20之间，这只是经验值，在施工之前必须以实验段验证确定。
　　总之，为了确保摊铺质量，摊铺施工要根据拌合站的产量、施工机械配套情况、摊铺厚度、摊铺宽度以及混合料的特点等因素综合考虑。
　　3.5混合料的碾压
　　配备的碾压设备如下表：
　　名称 厂家 型号 数量(台)
　　双钢轮压路机 美国INGERSOLLAND DD-110 1
　　双钢轮压路机 瑞典DYNAPAC CC522 2
　　胶轮压路机 徐州工程机械厂 XP261 2
　　由于大粒径透水性混合料铺筑厚度较大，所用沥青粘度较大，因此碾压难度较大。所以只有采用合理的碾压设备并选用合理的碾压组合才能达到预期的碾压效果。
　　碾压组合的选择要从混合料的结构类型以及混合料内部结构在碾压各个时段所要达到的碾压目的入手。碾压分初压、复压、终压三个阶段。
　　初压：采用DD110双钢轮压路机紧跟摊铺机后面静压一遍。碾压的相邻碾压轮迹重合20cm左右，行驶速度控制在1.5～2.0Km/h。在初压阶段混合料温度较高，压路机对被压材料施加垂直压力，使混合料内部产生相应的法向应力和剪切应力，当剪切应力大于材料的抗剪强度时，材料的颗粒之间就会发生相对滑移，重新排列得更加密实。不管采用什么型号的压路机和组合形式必需要达到这个目的。
　　复压：采用CC522双钢轮压路机振动碾压两遍，然后用胶轮压路机碾压两遍。钢轮压路机的振动可以对被压材料施加一系列的激振作用，以激起混合料颗粒之间的相对运动，在垂直压力下，使它们重新排列而变得更为密实。由于振动能量以压力波的形式传向混合料深部，同样可以激起下部材料的振动，因此压实深度较大。这一阶段是碾压的重要阶段。大粒径透水性材料的骨架结构在振动是要采用低幅高频，以防止振碎粗骨料。振动压完后要紧跟胶轮，胶轮压路机开始碾压时温度不能过高，否则平整度就难以控制，脚轮压路机的碾压温度一般在100℃～120℃。胶轮压路机的碾压主要是对混合料起到一个搓揉的作用，主要是使材料之间相对移动重新排列。由于所用沥青粘度较大，为了防止混合料粘胶轮可以在胶轮上涂抹植物油。
　　终压：终压是消除轮迹、缺陷和保证平整度的最后一步。一般采用双钢轮压路机静压两遍。终压时压路机的速度可以适当提高，一般在4Km/h左右。
　　碾压过程中的注意事项如下：
　　⑴压路机碾压的顺序应从低处向高出碾压，碾压方向应与路中心线平行，连续、均匀碾压。压实后的表面达到平整、无轮迹，有准确的断面和路拱。严禁压路机在已完成或正在施工的路段上调头和急刹车。
　　⑵由于混合料冷却到120℃以下用振动方式碾压容易造成集料过度压碎，在大粒径透水性混合料的碾压中一定要注意这一点，否则就不能形成良好的骨架结构。
　　⑶加强接缝的处理和交通管制。在施工结束时，摊铺机应在接缝近端部约1m处将熨平板稍微抬起驶离现场，人工将端部混合料铲齐后在予以碾压，完成碾压后用3m直尺检查平整度，并找出表面纵坡或厚度发生变化的断面，趁混合料尚未冷透使用锯缝机将此断面切成垂直面，并将靠切缝端部一侧的混合料铲除，以便与下一次施工形成平缝连接。另外由于大粒径透水性混合料空隙较大，表面粗造，车辆在其上通行时容易致使表面松散，因此在施工完成后须封闭交通，禁止非施工车辆驶入，并应尽快铺筑其上的沥青面层。
　　3.6质量控制
　　大粒径沥青混合料现场压实度采用空隙率与压实度双指标进行控制，从路面取芯样以二次封蜡法或计算法进行测试，混合料理论最大密度应采用计算法，另外还需要通过压实遍数来进行压实控制。由于现场压实与室内击实存在差别以及现场沥青封层和石屑的上浮造成混合料底部比较密实也影响了空隙率，综合考虑各种因素现场路面钻芯取样检测空隙率宜控制在平均值为13-18%，极值为20%，考虑空隙率测定方法的不同在正式实施时还可以进行调整；压实度的控制与普通沥青混合料相同，不应小于98%。现场芯样的检验频率按照规范要求进行。
　　拌合站控制室要逐盘打印沥青及各种矿料的用量和拌合温度，同时由质检人员检验混合料出厂温度、摊铺温度和碾压温度，并对混合料进行目测检验有无花白料、严重离析现象等。每天施工结束后，用拌和站打印的各料数量，以总量控制，以各仓用量及各仓级配计算平均施工级配、油石比和抽提结果相比较。
　　另外对于混合料质量控制，以每天分别从拌合站和摊铺现场取样进行抽提和筛分试验，每天至少两次，每次取样不少于4kg。由于大粒径沥青混合料的级配是根据粗集料的骨架和体积状态以及细集料的填充状态，通过实际计算而得到，级配范围随着原材料的体积性质而有所变化，但是为了便于对施工质量的控制，通过对国内外许多资料的查询在级配控制时采用对重点筛孔进行重点控制，主要为0.075、4.75、9.5、13.2、26.5、31.5各级必须满足范围要求，根据重点筛孔偏差范围可以制定相应施工控制范围要求，其余筛孔允许有一点超出施工级配要求范围，沥青含量允许偏差为±0.2%。另外还需要对拌合站进行逐盘与总量检验。
　　混合料的级配曲线以抽提筛分结果为准，由于拌合站热料仓取样偏差比较大，不以热料仓筛分根据比例计算为控制要求。混合料在取样时应尽量避免离析，可以多取一些然后进行四分。同时为防止由于沥青含量过高而发生析漏，混合料还需要进行析漏试验，要求析漏量小于0.2%。
　　4质量检验评定
　　施工完成以后按照施工规范要求对成品路面进行质量检验评定，并及时将检验评定情况反馈给拌和站、试验室及摊铺、碾压作业现场，对出现的问题及时加以解决。
　　5结语
　　⑴LSPM柔性基层的配合比设计的关键是要保证沥青膜厚度和粗集料骨架结构。
　　⑵LSPM柔性基层施工要把温度控制作为质量控制的重点，另外注意离析的控制。
　　⑶在道路工程建设中，沥青路面因其良好的使用性能备受青睐。但是沥青路面的车辙、水损、反射裂缝等病害严重影响了其使用寿命，青莱高速公路的实践证明引进LSPM柔性基层能较好的解决路面车辙破坏、水损、反射裂缝这三大问题，相信在不久的将来这种新型路面结构一定会在我国的高速公路建设中得到广泛推广运用。[!--empirenews.page--]
　　
　　
　　参考文献：
　　JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范。
　　JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程。
　　美国沥青协会.高性能沥青路面参考手册。

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