高性能沥青路面在西安至户县高速公路上的应用

　　摘 要：本文结合实际，分析了现行路面结构的不足，介绍了高性能沥青路面的先进性以及在西安至户县高速公路的应用情况。
　　关键词：高性能沥青路面 高速公路 应用西安至户县高速公路（以下简称西户高速公路）是国道主干线（GZ40）二连浩特至河口的一段，同时也是陕西省米字公路主骨架的重要组成路段。它既是华北、西北通往祖国西南的大通道，也是西安通往汉中地区最便捷、最重要的交通干线，对实施西部大开发战略和加快基础建设具有重要意义。因此，为了延长沥青路面的使用寿命、改善沥青路面的使用性能并减少沥青路面的后期维修费用，西户高速公路项目部（以下简称项目部）与长安大学合作，采用美国公路战略研究计划（SHRP）的重要研究成果——高性能沥青路面（superpave）技术对沥青上面层重新进行了设计，从施工的结果看达到了改善路面使用性能的目的，使上面层即粗糙防滑又密实防水，受到了专家的好评。
　　一、 现行AC、AK型路面的不足及高性能沥青路面的先进性
　　1、AC、AK型路面的不足我国从建设高速公路以来，沥青路面的设计一直采用马歇尔设计方法，其混合料类型的选择一般是：中、下面层采用空隙率小、不透水的连续级配沥青混凝土AC型，上面层则采用表面比较粗糙的AK型作为抗滑表层。AC型是一种密实型沥青混凝土结构，其矿料级配按最大密实原则设计，属于连续性级配，强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力，因为结构密实、空隙率小，所以AC型路面的水稳定性较好。但是，由于其表面不够粗糙，耐磨、抗滑、高温抗车辙等性能明显不足，并且矿料间隙率也难以满足要求，通常采用减少沥青用量的方法来满足间隙率的要求，这样使沥青路面的耐久性能降低，因此，AC型在高等级公路的上面层已很少采用，主要用于中、下面层。由于防滑性能好，AK结构是高速公路上面层最常采用的结构。但是，AK结构的设计空隙率大，下雨后，水分容易渗入面层内，如果中、下面层比较密实，水分则聚集在上面层和中面层之间，并使上面层长期浸泡在水中，导致路面发生松散、坑洞等破坏；反之，水分会直接渗入基层，基层长期浸泡在水中，会发生松散、唧浆，从而使整个路面结构破坏，危害更大。
　　2、高性能沥青路面（superpave）的先进性高性能沥青路面（superpave）是美国公路战略研究计划（SHRP）最重要的研究成果之一。高性能沥青路面作为SHRP研究成果的专有名称，它包含了沥青标准和集料标准、矿料级配曲线的组成规定和混合料的体积设计方法三大内容，提出了控制点和限制区的概念。高性能沥青路面的先进性在于它开发了一套全新的实验设备和方法，从根本上改变了现行试验方法和规范的纯经验性质，从而避免了由此带来的局限性，高性能沥青路面沥青结合料与混合料规范的新体系将试验方法与指标同沥青路面的路用性能建立起直接关系，通过控制高温车辙、低温开裂和疲劳开裂，来达到全面改进路面性能的目的，形成了一个基于路用性能基础上的沥青——沥青混合料设计新体系。
　　3、西户高速公路采用了高性能沥青路面西户高速公路沥青路面结构原设计沿用了马歇尔设计方法设计的方案，上面层为4cm中粒式沥青砼抗滑表层（AK16-A），中面层为5cm中粒式沥青砼面层（AC-20I），下面层为6cm粗粒式沥青砼面层（AC-25I）。项目部组织人员对此方案进行了大量的调查、研究和论证，发现在我国已建成的采用此方法设计的高等级公路中，绝大多数沥青路面达不到路面使用寿命的一半，有的仅建成2~3年，甚至通车仅几个月，沥青路面就出现大面积破坏，造成了巨大的损失。为了改变这一状况，项目部和长安大学公路学院组成课题组，决定采用高性能沥青路面的设计思想，对沥青面层重新进行设计。
　　二、西户高速公路高性能沥青路面的设计与施工
　　高性能沥青路面的设计课题组经过认真分析，决定维持中、下面层设计方案不变，只对上面层采用高性能沥青路面的设计方法重新进行设计，级配类型为super-19型。总体思路是：在减少极大颗粒含量的同时，控制细集料的含量，并且避开高性能沥青路面细集料限制区，使级配曲线向密实方向发展，以增加混合料的抗滑和防水能力。
　　三、结论
　　1、高性能沥青路面是一种考虑路用性能的沥青混合料设计方法，该方法从材料体系入手，系统地分析沥青混合料性质，通过沥青混合料配比设计，从材料组成方面控制和减少路面产生永久变形、疲劳开裂和低温开裂。它与马歇尔设计方法的不同点在于：一是课题组根据不同的交通量等级选择不同的压实参数，使荷载条件反映到沥青混合料的设计当中；二是课题组采用了旋转压实成型试件，使试件中集料分布更接近于工地现场压实情况，具有代表性；三是课题组采用了大尺寸试件，试件直径150mm，大粒径的集料可以在试件中均匀分布，减少了马歇尔试件由于尺寸小而产生的实验结果的变异性；四是课题组在试件成型过程中增加了混合料的短期老化，使混合料性质与实际生产使用的混合料一致。
　　2、高性能沥青路面Super-19试验路马歇尔试验结果如表11所示：试验路马歇尔试验结果 表11油石比 稳定度 流值 空隙率 饱和度 沥青体积百分率 粒料空隙率 压实度室内配料 4.7 11.55 21.3 4.38 70.9 10.6 15.0 ——现场取料 4.7 17.69 28.2 3.7 74.3 10.7 14.4 98%由试验结果可以看出，Super-19沥青混凝土上面层满足高性能沥青路面的各项标术指标要求，并完全达到和满足现行规范马歇尔技术指标要求，高温稳定性、水稳性以及表面抗滑性能等技术指标都有很大提高。
　　3、西户高速公路于2002年12月正式通车，这是陕西省第一次采用这种方法对沥青上面层进行设计和施工，改善了路面的使用性能，也为高性能沥青路面的推广提供了第一手资料。
　　参考文献
　　1.沙庆林 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防 人民交通出版社 2001
　　2.张登良、王哲人 沥青路面 人民交通出版社 1998