SBS改性沥青同步碎石封层工艺在高速公路中的应用

■潘韶晞

（福建省高速公路养护工程有限公司，福州　350004）

SBS改性沥青同步碎石封层工艺在高速公路中的应用

■潘韶晞

（福建省高速公路养护工程有限公司，福州350004）

SBS改性沥青同步碎石封层便是其中的一种，需要经过合理处理才能保证工程质量，现以福建某高速公路隧道路面改建工程为例，简单介绍下SBS改性沥青同步碎石封层施工技术。

高速公路SBS改性沥青封层隧道改建

0　引言

目前，我国沥青混凝土路面基层通常使用二灰稳定碎石和水泥稳定碎石等半刚性基层结构。无论是在施工的过程中，还是在通车后的使用过程中，疲劳、干缩、温缩等原因导致半刚性基层的开裂是无法避免的。沥青混凝土面层的疲劳开裂、低温开裂，沥青混凝土面层本身的孔隙率以及基层裂缝引发的反射开裂，都是引起沥青混凝土路面损坏的主要原因。鉴于同步碎石封层有很好的防裂、防水功能，对延缓半刚性基层反射裂缝的产生和发展也有一定的作用，所以人们对同步沥青碎石封层技术的重视度越来越高。

1　工程概况

福建某高速公路隧道路面改建工程位于福银高速，隧道长度为14288.07m，路面渗水长度557.55m，路面砼裂缝长度为212.5m，砼断板长度15.9m，面积为59.63㎡。要求先铺上一层SBS改性沥青，然后使用移动式自动找平基准装置或挂线控制的方法控制面层的厚度。同步碎石封层技术最大的优点就是能够同步铺洒石料和粘结材料，达到铺洒在路面上的高温粘结材料在不降温的条件下及时与碎石结合的目的，从而确保石料和粘结材料之间可以紧密结合。

SBS改性沥青同步碎石封层即使用SBS改性沥青作为粘结材料进行施工。具有较强的防渗水性能和抗滑性能，可以有效解决路面沉陷、车辙、轻微网裂、掉粒、贫油等问题，主要应用在公路的矫正型养护和预防性养护，以及提高高等级公路面的防滑性能中。

2　SBS改性沥青同步碎石封层的配合比设计

2.1设计目的

本项目的设计目的是提升路面的抗滑性能，保证隧道内行车的舒适与安全。根据项目的材料供给情况和公路路面施工经验，在符合交通使用和组织的前提下，结合隧道水泥砼路面抗滑性能提高的特殊性，主要的设计原则是：（1）技术可靠，项目可以满足隧道水泥砼路面抗滑性能提高和长期使用性能。（2）经济可行，既要能解决实际问题，又要施工方便、经济合理，力求投资收益和社会效益最大化。（3）方便施工组织，针对本项目交通量大，通过选择技术可靠、经济可行、便于施工的材料进行设计，从而提高路面抗滑性能。

2.2Mcleod理论法集料和粘结料用量计算过程

Norman Mc Leod最早提出了计算封层中的集料和粘结料的用量的方法，此种方法后来被称为 Mc Leod法，这是最早的理论设计法。该方法认为，碎石封层中集料的用量一般由集料的级配、密度和形状决定；粘结料的用量一般由集料级配、形状，所用粘结料中有效基质沥青的含量以及道路的交通量、路面状况共同决定的。此方法，后来被Strategic Highway Research Program（SHRP）所采纳，用来设计碎石封层。

2.2.1集料撒布量计算

集料撒布量计算主要计算步骤如下。

（1）按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）中相关试验方法测试集料的级配、松装堆积密度和空隙率、针片状含量、毛体积密度和吸水率。

（2）计算集料的中值粒径。

（3）按照公式（1）计算平均最小层厚。

式中，ALD为平均最小层厚，mm；M为集料中值粒径，mm；FI为集料针片状含量，%。

（4）按照公式（2）计算集料撒布量。

C=（1-0.4V）×ALD×G×E（2）

式中，C为集料撒布量，kg/m2；V为集料松装空隙率，%；G为集料毛体积密度，kg/m2；E为碎石损失系数，一般为1.01～1.10。

2.2.2粘结料洒布量计算

（1）按照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）相关试验方法测试沥青的密度、乳化沥青中沥青含量。

（2）对于70号沥青、SBS改性沥青，按照公式（3）计算洒布量。

AC=（0.4×ALD×V×T+S+A）×ρ（3）

式（3）中，AC为沥青洒布量，kg/m2；T为交通量修正系数，按照表3.1选择；S为路面状况修正系数，按照表3.2选择；A为集料吸收系数，一般为1%～2%；ρ为沥青密度，kg/m3。

2.2.3经试验测算

本项目采用的碎石撒布量为13.85kg/m2，预拌碎石油石比0.45%，改性沥青撒布量为1.935kg/m2。

2.3原材料的选取

2.3.1沥青粘结料

同步碎石封层在使用时，对粘结料无特别的要求，可以选择不同的种类的粘结料，例如基质沥青、改性沥青、乳化沥青或者改性乳化沥青等。

从同步碎石封层的结构中可以看出，粘结料必须要满足足够的粘结性和流动性的要求。同步碎石封层要求集料之间、集料与原路面之间要有足够的粘结力，这就需要粘结料有足够的粘结性能；同步碎石封层的粘结料会渗入到原路面的缝隙里，形成一种防水性能优良的防水层，并且还要保证集料在刚撒布后，粘结料要有一定的爬升高度，这必然要求粘结料有足够的流动性能。本项目采用的是改性沥青，要求满足以下条件：

（1）改性沥青要有较高的粘度和弹性，以保证有足够的低温粘结性和流动性。

（2）粘结料要具用足够的爬升高度，以保证足够的的裹覆面积。

（3）要具用较宽泛的适用性，以保证与集料的配伍性。

（4）改性沥青应满足表1的要求。

表1　　SBS（I-D类）改性沥青技术要求

2.3.2石料的选择

集料是构成同步碎石封层的重要组成部分，集料作为封层结构最主要的承重部分，其下表面与原路面接触，上表面直接承受车辆荷载的作用，并且为面层提供良好的抗滑性能。同步碎石封层中，一般要求集料要干燥、洁净、无杂质、无风化现象，并且要有足够的耐磨性和强度。另外，碎石还应该有比较好的形状，一般要求碎石应该为近似正立方体的形状，富有棱角，并且针片状含量不能太高。

（1）硬度：石料必须要有足够的硬度，确保罩面的使用寿命。

（2）级配：近乎单一级配，几乎不含粉料，从而确保沥青对石料的裹附。

（3）形状：尽量使用立方体的骨料，避免针片结构，以保证骨料间的嵌锁。

（4）岩性：一般不使用酸性材料，应选用偏碱性石质的集料。

经试验确定，本项目采用的集料为辉绿岩。

2.4石料级配的确定

同步碎石封层中，常用的粒径范围为 2～4mm、4～6mm、6～10mm、8～12mm、10～14mm，常用的集料级配为间断级配的集料，不同的粒径的集料在使用位置以及性能上有所差异。经试验确定，本项目采用的石料级配为4.75～9.5mm。

3　SBS改性沥青同步碎石封层施工工艺

（1）施工准备

施工前，对已喷洒透层的基层顶面进行检查，有破损地方应进行修补；若有其他污染或杂物应进行冲洗或清扫，当用水冲洗时，应等水分蒸发表面完全干燥后才可进行改性沥青封层的施工。对路缘石等两旁结构物或设施采取覆盖措施，以防改性沥青喷洒飞溅污染结构物。确定单位面积碎石撒布量。为了保证施工时碎石能够均匀地满布在原路面上，防止出现“缺料露油”现象，要事先确定封层单位面积所用碎石的数量。此项量测用仪器为一带有刻度的容量盒，将施工用碎石按60%～70%均匀、不重叠地摆铺在盒底面上，然后把盒竖立，使碎石堆集在一侧，通过读取盒盖上的数据，计算出单位面积上所用石料的体积及质量。试验结果表明，SBS改性沥青防水层的碎石撒布量为13.85kg/m2。

（2）上料

在施工现场，采用轮式装载机向同步碎石封层车的骨料斗装载4～9.5mm单粒径碎石，从沥青高温罐车泵吸高温改性沥青 （180℃左右）到同步碎石封层车沥青储罐内。为防止高温沥青罐车的输油管阀门滴漏沥青，应采用铁质容器接受滴漏沥青。将装好料的同步碎石封层车开至施工起点，操作手调整好各个系统的工作参数；然后指挥驾驶员沿预先设置的控制线起步，行驶速度应控制在5～8km/h左右。

（3）SBS改性沥青同步碎石封层洒布、碾压

①施工前应调试同步碎石封层车，保证沥青膜的厚度均匀，沥青与碎石两者洒布匹配。②碎石洒布量采用14kg/㎡，SBS改性沥青洒布量采用2.0kg/㎡，根据试铺情况来确定基准洒布量，实际施工误差要控制在基准洒布量正负2kg以内，以满铺不散失为准，在一些局部碎石洒布量不够的地方，要进行人工补足。③在起步与终止位置要铺上工程纸，以保证横向衔接的准确度，洒布车经过后要及时撤走工程纸，保证纵向衔接与已洒部分重叠10cm左右的距离④同步碎石车应严格按照事先调试好的速度匀速、平稳行驶。⑤当沥青洒布后表面出现空白的情况时，要及时地进行人工填补，发现有地方泛油时要在泛油处补洒石料并扫匀，当浮动石料过多时，要清扫路面，但不得挪动已黏着就位的石料，沥青聚集时应及时刮除。⑥胶轮压路机和同步碎石封层车在正常行驶的状况下，同步碎石封层在不得出现破损。⑦碾压：碎石撒铺完毕后应立刻进行碾压，胶轮压路机应紧跟同步碎石撒铺车进行碾压，全宽碾压约2～3遍。每次碾压的轮迹重叠约30cm。碾压的速度为2km/h，并逐渐增大。要在表规的时间内完成洒布SBS改性沥青和碾压工作。下承层温度18℃～40℃之间，完成时间10min；40℃以上，完成碾压时间20min。⑧SBS改性沥青同步碎石封层施工要和面层沥青混凝土紧凑进行，如果在此期间必须要开放交通，要在其完工约3h后开放，但车速不能超过5km/h，也不得掉头或急刹车，以防止路面被损坏，同时还应做好防尘工作。⑨施工阶段的检测项目包括：外观检查、刹车试验、集料洒布量、沥青洒布量、改性沥青性质等。施工工艺流程图如图1所示。

（4）养护

封层铺筑后，严禁施工车辆急刹车和掉头。应封闭交通，SBS改性沥青封层的施工与下面层的施工紧密衔接，紧接着施工沥青下面层。摊铺完面层后方可开放交通。经胶轮压路机稳压形成的防水层表面，碎石和沥青的粘结非常牢固，改性沥青的延性（弹性恢复）大，发挥应力吸收层作用，能有效延缓和减少基层裂缝在面层上的反射裂缝。

4　施工注意事项

（1）对原隧道路面有渗漏水、断板、错位裂缝等路段，需进行处理以符合规范要求，在进行路面摊铺。

（2）对隧道内路面进行沥青面层铺筑前，需对原水泥混凝土路面进行抛丸处理，使用鼓风机和集尘土机等设备清除干净水泥混凝土的浮浆、灰、土、砂等污物必要时采取水冲洗并用鼓风机吹干。在处置路面施工过程中应保持隧道内通风设备开启，除采用常规的机械通风外，还可以使用局部净化的处理方法，控制尘源所产生的粉尘扩散等措施，待将面层表面处理至符合沥青路面摊铺施工要求后，再用同步撒布摊铺一体机进行摊铺。

（3）隧道洞口拦水槽子啊沥青路面铺筑前，应用C15砼灌填密实，不再设置拦水槽。

5　工程质量保证措施

5.1控制温度

在使用同步碎石封层车进行封层施工时，为了保证封层车驶过够可以形成平整且相对匀称的沥青薄膜，同时避免对SBS改性沥青喷洒施工产生影响，需严格控制SBS改性沥青温度与施工环境的温度。一般情况下，SBS改性沥青温度，应该控制在160～170℃之间，必要情况下，其温度还应该高于170℃，而施工环境温度则不能低于15℃。

5.2控制同步碎石封层车的相关工作参数

同步碎石封层车作为施工中最重要的设备，在同步碎石封层的施工过程中，要严格设置其相关工作参数，保证其误差在实际施工的允许范围内，尽量避免对施工过程产生不良影响。首先，应控制同步碎石封层车的沥青喷嘴高度与SBS改性沥青的喷洒参数，确保其能够满足施工要求。其次，严格控制碎石撒布参数，保证碎石粒径大小和碎石撒布的均匀程度都符合施工要求，若在此期间发现问题，要及时进行人工处理。最后，应做好施工防护措施，在道路两旁放置挡板，避免风沙对施工造成影响的同时，也降低了其对环境的影响。

6　结语

SBS改性沥青同步碎石封层施工工艺在封层施工过程中的应用，很大程度的提高了路面的高温抗剪强度与抗车辆荷载能力，能够有效地保护路面和沥青路面基层，降低路面磨光、车辙、塌陷、裂缝等问题的发生率。所以，在沥青路面的养护型施工中，要积极使用SBS改性沥青同步碎石封层施工工艺，进一步提高路面施工质量。

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