应力吸收层配合比设计及工程造价分析

李志鹏，齐 辉，刘 双

(绥满高速公路牡哈段大修工程建设指挥部)

应力吸收层配合比设计及工程造价分析

李志鹏，齐 辉，刘 双

(绥满高速公路牡哈段大修工程建设指挥部)

在旧水泥混凝土路面加铺沥青结构层的沥青路面中存在反射裂缝问题，如何防止或延缓反射裂缝的产生是目前改建项目中的一大问题。为了解决相关问题，介绍了应力吸收层的功能及优点，重点研究了应力吸收层的原材料组成，根据原材料特点研究了应力吸收层的级配组成及配合比设计，并对应力吸收层的工程造价进行了详细的对比分析，得出设置应力吸收层的沥青路面可以节省73.4万元/km的工程造价，节约造价成本效果显著。

应力吸收层;级配组成;目标配合比设计;工程造价分析

1 应力吸收层配合比设计实例

以绥满高速公路牡丹江至哈尔滨段大修工程实体工程为例，研究介绍应力吸收层配合比设计过程。

1.1 目标配合比设计

应力吸收层级配基于SUPERPAVE的设计理念，根据现场各类集料的级配组成进行级配设计，试配并优选矿料的组成比例。以预估的沥青用量为中值，按0.5%的间隔，取4个不同的沥青用量成型旋转压实试件，按照规定的方法确定最佳沥青用量。

根据几种矿质材料的筛分结果，按照应力吸收层级配范围的要求，按图解法对其进行了矿料组成设计。通过调整，最后确定矿料的合成级配组成，见表1。

表1 应力吸收层矿质混合料组成配合计算表

应力吸收层设计旋转压实次数选择为N设计=50，测定设计压实次数下试件的体积性能，从而确定最佳沥青用量。从表1可看出，级配比较理想，所以混合料设计采用表1结果。根据设计级配下各档料的组合状况，确定初始最佳沥青用量为9.0%。基于设计级配，采用四种沥青胶结料用量压实成型试件，沥青胶结料用量分别为8.5%、9.0%、9.5%、10.0%。室内试验时拌和温度为175℃，压实温度160℃，考虑到沥青粘温性能的差异，在生产配合比设计时拌和温度和压实温度应通过实际试验确定。四种沥青胶结料用量下混合料的压实特性和体积特性表2所示。

表2 不同沥青用量下混合料体积性质

空隙率中值所对应的沥青用量a1=9.1%，油膜厚度中值所对应的沥青用量a2=8.2%，沥青饱和度中值所对应的沥青用量 a3=8.8%，以 a1、a2、a3的平均值作为 OAC1，即OAC1=8.7%。当沥青用量在8.92% ～9.08%时，各项指标均符合标准，即 OACmin=8.92%，OACmax=9.08%，OAC2=(OACmin+OACmax)/2=9.0%。

取OAC1和OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC=(OAC1+OAC2)/2=8.8%。

按计算的最佳沥青用量8.8%，旋转压实50次时，压实混合料的各项体积性能符合设计要求。最终推导出最佳沥青用量为8.8%。

1.2 生产配合比验证

生产配合比阶段需要对拌和站冷料仓进行标定，之后按照目标配合比确定的各种规格集料比例进行供料，通过水洗筛分后，进行配合比调整，取目标配合比设计的最佳沥青用量OAC，OAC±0.3%等3个沥青用量进行旋转压实试验和试拌，通过室内试验及从拌和站取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量。由于冷料仓的出料量的多少严重影响级配的好坏，而矿料在拌和站里进行重新筛分也会让级配发生变化，所以冷料仓的标定和重新进行沥青用量的确定至关重要。

拌和站按照生产配合比进行试拌、试铺，对试拌沥青混合料进行级配、沥青含量、旋转压实等试验项目，由此确定生产用标准配合比的适用性，所以生产配合比的验证是工程进行正式施工的关键所在。

2 工程造价

2.1 原材料使用造价

取1 km长度、双幅路面宽22.5 m进行分析，用2 cm应力吸收层取代2 cmAC-25下面层。体积0.02×22.5×1 000=450 m3。取代部分下面层材料费用如表3所示。

从原材料使用费用分析，每铺设1km应力吸收层需要在原材料方面提高造价：

613 836 -317 972 =295 864元。

即在公路建设中设置应力吸收层的沥青路面，每公里比一般沥青路面造价提高29.6万元。

表3 应力吸收层取代下面层材料造价

2.2 修建后运营养护费用

一般沥青路面使用寿命较短，需要养护次数较多，增加公路运营维护成本。同时由于路况变差，使车俩在路面行驶时油耗增加、车辆磨损、折旧费用增大，由于行驶速度降低，造成旅客行驶时间延长、误工费增加等。并且，由于需要养护次数增多，造成路面因大、中修养护影响行车速度、增加行车距离，甚至易发交通事故等，这些因素都会使用户费用增加。

目前，铺设应力吸收层的沥青路面，其寿命可比一般沥青路面延长30%，即可比普通高速公路路面多运营4～5 a，相当于减少了普通公路的一次大修的费用。普通高速公路大修一次的费用如下：取1 km长度、双幅路面宽22.5 m进行分析，加铺罩面厚度为4 cm。体积0.04×22.5×1 000=900 m3。加铺罩面材料造价如表4所示。

表4 加铺罩面材料造价

加铺罩面层时，按人工费15元/m3，1 km需花费人工总计：

养护总共造价费用：

即一般沥青路面公路在建成后，需在养护方面比设置应力吸收层沥青路面工程造价提高103万元。

2.3 应力吸收层工程造价

通过对应力吸收层在高速公路建设期间原材料使用费用与建成后高速公路运营养护费用进行综合分析可以看出，虽然在建设时铺设应力吸收层每公里需要造价提高约29.6万元，但在高速公路运营期间，由于应力吸收层所表现的优良性能，可为高速公路节省每公里约103万元的养护造价费用。

设置应力吸收层的沥青路面可以节省73.4万元/km的工程造价，对远期节约造价成本效果显著。

3 结论

应力吸收层作为防止或延缓旧水泥混凝土路面加铺沥青结构层，以及新建半刚性或刚性基层沥青路面反射裂缝产生、发展而设计的路面功能层，在防止或延缓反射裂缝的产生中起到了重要作用。所使用的改性沥青能够同时兼顾高温和低温性能，且具有较强的弹性恢复能力和良好的抗老化性能。应力吸收层的配比与AC-5比较接近，所以矿料组成为0～3 mm、3～5 mm的集料、中砂和矿粉。

结合实体工程提出了应力吸收层沥青混合料设计、施工控制的工程矿料级配范围，设计出了合格的应力吸收层混合料。

从原材料使用造价、修建后运营养护造价两个方面对应力吸收层的工程造价进行了对比分析，得出设置应力吸收层的沥青路面可以节省73.4万元/km的工程造价，节约造价成本效果显著。

［1］刘丹.应力吸收层材料组成及其特性研究［D］.长安大学硕士学位论文，2008.

［2］王随原，周志刚.旧水泥路面沥青加铺层反射裂缝防治方法［J］. 中外公路，2003，23(6)：11-14.

［3］石昆磊.高粘性沥青应力吸收层防治沥青路面反射裂缝的研究［D］.哈尔滨工业大学硕士学位论文，2006.

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［5］交通部公路科学研究所.公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)［S］.人民交通出版社，2004.

U415.1

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1008-3383(2012)11-0026-01

2012-06-22