高原严寒地区沥青混凝土面层防裂施工工法

张云甫

1.前言

西藏自治区坐落在我国领土的西南部，同时处于青藏高原西南部，海拔变化大，地理环境复杂，气候变化多样性。道路长年处于昼夜温差大、冷冻期长的恶劣自然环境下，易造成沥青混凝土面层遭受长期大温差、低溫收缩破坏，影响工程质量，减少工程使用寿命。针对此病害我公司科技攻关创立了“高原严寒地区沥青混凝土面层防裂施工工法”。该工法在充分结合我单位在我国北方地区沥青混凝土路面施工经验的基础上，采用玻璃纤维土工格栅加强沥青混凝土路面，我们通过西藏地区国道219线萨嘎县至康马县段改建工程1合同段项目23.5万㎡5cm AC-13C细粒式改性沥青路面和2018年日喀则市农村公路建设项目E片区项目45.7万㎡5cm AC-13C细粒式改性沥青路面施工中应用，在两个项目分别进行了2000㎡的摊铺实践应用，采用传统玻纤格栅表面优质改性沥青涂覆处理工艺加筋沥青混凝土路面施工，有效防止和减少了沥青混凝土路面疲劳裂缝、低温收缩裂缝、由基层裂缝引发的反射裂缝等各种裂缝的产生，并可减少因温度应力引起的路面变形，减少车辙，延长使用寿命，降低维护费用及减少维修频次，降低工程造价。该工法在国道219线、日喀则市农村公路沥青混凝土路面施工中实践应用和不断改进，后经该科技攻关小组总结撰写形成“高原严寒地区沥青混凝土面层防裂施工工法”，为今后类似沥青混凝土路面施工提供参考。

2.工法特点

2.1玻纤格栅应用于沥青路面中能有效增强路面的结构强度，抵抗各类裂缝的产生，特别是有效控制反射裂缝的产生。

2.2施工简单易行，效果持久可靠，大大提高沥青路面的质量，延长路面使用寿命。

2.3降低后期路面维护费用及减少维修频次，从而提高了道路运行的综合效益。

3.适用范围

本工法适用于高寒地区、昼夜温差大、冷冻期长、四季温差大的地区和地震多发地区。

4.工法原理

玻璃纤维土工格栅是以无碱玻璃纤维网布为基材经表面涂覆处理而成的半刚性制品，是一种增强道路路面性能的新型优良土工基材，通过自身性能改性沥青混合料从而达到提高沥青路面结构性能。

玻纤格栅作用机理主要从玻纤格栅的性能及其在沥青混凝土路面中的作用来阐释：

1.玻纤格栅的性能

1）高抗拉强度和低延伸率。玻纤格栅是以玻璃纤维为原料，而玻璃纤维的强度极高，超过了其它纤维和金属，抗拉强度能达100KN/m。同时它的弹性模量也很高，具有很高的抗变形能力，断裂延伸率小于3%，为延缓反射裂缝的发展提供了足够的刚度。

2）热稳定性。玻璃纤维熔点在1000℃以上，这确保了玻纤格栅在沥青混合料摊铺作业中能承受180℃以上的高温。

3）与沥青混合料的相容性。玻纤格栅表面在后处理改性工艺中涂覆的材料是针对沥青混合料设计的，每根纤维都被充分涂覆，与沥青混合料有很高的相容性，从而确保了玻纤格栅在沥青层中不会与沥青混合料隔离，而是牢固地结合在一起。

4）无长期蠕变。作为加筋、增强材料，具有在长期荷载作用下抵抗变形的能力，即抗蠕变性。玻璃纤维不会发生蠕变，确保了玻纤格栅能长期保持性能。

5）物理、化学稳定性。经过特殊处理剂进行涂覆后，玻纤格栅能够抵抗各类物理磨损和化学侵蚀，还能抵御生物侵蚀和气候变化，保证其性能不受损失。

6）对集料运动的限制作用。玻纤格栅是网状结构，沥青混凝土中的集料可以贯穿其中，这样就形成机械嵌锁，能限制集料运动，使沥青混合料在碾压时能够更好的压实，在受荷载时具有更好的承重能力和更好的荷载传递性能及较小的变形。

2.玻纤格栅对沥青混凝土的物理改性作用

1）提高沥青路面高温抗车辙能力。在沥青面层与封层之间铺设玻纤格栅，其在沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中的集料贯穿于格栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增加了沥青面层中的约束力，沥青层中各部分彼此牵制，防止了沥青面层的推移，从而起到抵抗车辙的作用。

2）提高沥青路面低温抗缩裂能力。严寒地区的沥青道路，冬季面层温度接近于气温，在这样的温度条件下，沥青混凝土遇冷收缩，产生拉应力。当拉应力超过沥青混凝土拉伸强度时，产生裂纹，在裂纹集中的地方产生裂缝，形成病害。在沥青面层中的面层与封层之间铺设玻纤格栅，使得沥青混凝土的拉伸强度大大提高，可以抵抗住较大的拉应力而不致发生破坏。另外，即使因为局部区域产生裂纹，使裂纹发生处的应力过于集中，但经玻纤格栅的传递而逐渐消失，裂纹不再会发展成裂缝。

3）提高沥青路面的抗疲劳寿命。沥青路面在设计的使用时间内不得发生疲劳破坏，因此路面必须具有一定的承载力。路面在直接与车轮接触的区域长期受到压力，在荷载边缘以外的区域受到拉力，因两块受力区域所受力的性质不同，而又彼此依靠。因此在两块受力区域的交界处，即在力的突变处容易发生破坏。在车辆荷载的长期反复作用下，发生疲劳裂缝。在沥青面层中铺设玻纤格栅，能将上述的压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间形成缓冲带，在这里应力逐步变化而不是突变，减少应力突变对沥青面层的破坏。利用材料的高抗拉强度和低延伸率，减少路面弯沉变形，提高路面承载能力，从而提高沥青路面的抗疲劳寿命。

4）防止反射裂缝。在沥青面层中铺设玻纤格栅，利用材料的高抗拉强度和低延伸率，分散应力，阻止裂缝向路面延伸，从而防止底层裂缝向路面反射。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

水泥稳定砂砾基层清扫→测量放样→透层油撒布→玻纤格栅防裂材料铺设→搭接接头处理→玻纤格栅固定→稀浆封层撒布→胶轮碾压→SBS改性沥青混凝土摊铺→取芯检测→验收。

5.2施工操作要点

5.2.1玻纤格栅施工准备

1.材料要求

铺设在沥青混凝土层内的型号GG100100玻纤格栅由玻璃纤维束编织并经过改性沥青结合料浸渍而成，纤维的抗拉强度不小于100kN/m，拉断时的延伸率不大于3%，纤维的熔点不低于1000℃，能耐180℃以上的高温。

玻纖格栅的单位面积质量应小于300g/m，网孔尺寸宜为12mm×12mm至50mm×50mm，通常不小于其上铺筑的沥青面层骨料的最大粒径，网孔形状为正方形。格栅应在洁净无尘、干燥的条件下遮盖保存。

2.铺设路面的处理

玻璃纤维土工格栅的使用效果与铺设路面的处理情况密切相关，在铺设前要将路面上可能影响玻璃纤维土工格栅与底层结合强度的物质如油脂、油漆、封层料、水渍、污物等彻底清除干净，使铺设表面清洁干燥，如路面有水迹时，应待路面干燥后铺设。铺设前应对达不到强度要求的路面进行处理。

3.浇洒粘层沥青

粘层的沥青材料宜采用快裂的洒布型沥青，宜用与面层所用的种类、标号相同的沥青经乳化制成。粘层沥青的用量根据工程的具体情况，通过试洒决定，以形成均匀、连续、尽量薄的一层沥青膜为度。路面潮湿时，不得浇洒粘层沥青。大气温度宜在5℃-60℃之间，粘层沥青洒布后，应立即铺设玻璃纤维土工格栅。如果情况特殊，也可先铺设玻纤格栅，再浇洒粘层沥青，然后在玻纤格栅上适量均匀地撒一些细粒石屑，再用轻型胶辊压路机在其上作适度碾压。

5.2.2玻纤格栅铺设施工要点

在高原严寒地区选用不带自粘胶玻纤格栅表面经优质改性沥青涂覆处理后，改变了玻璃纤维的表面性能，提高了其同沥青的复合性能，极大提高了该基材的耐磨性能及抗剪切能力;同时大大增强了沥青混凝土路面强度和防止路面与基层反射裂缝，采用钉子固定法进行施工。新建沥青混凝土路面玻纤格栅置于下封层与沥青面之间，为了使玻纤格栅与原路面保持良好粘接，先洒布热沥青作粘层油，待粘层沥青凝结时，再铺设玻纤格栅。施工方法如下：

1.粘层油选用AH-90重油热沥青，粘层油的规格及质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2017，采用雾化热油撒布车喷洒。粘层油每平方米用量约0.4kg-0.6kg。

2.路面温度低于5℃或路面潮湿时，不得铺设玻纤格栅，以保证玻纤格栅与沥青混合料层的粘结。

3.采用人工铺设法，将整卷玻纤格栅放在卡车后或手推车的放卷架上，确保放卷轴已锁定，布卷不致自由松动。当卡车（或手推车）慢慢向前走时，应踩住格栅一端。如格栅有松驰时，即时调整以防皱折。

4.保持玻纤格栅铺设平顺、拉紧，横向搭接长度80-100mm，纵向搭接长度150-200mm;玻纤格栅沿公路纵向铺设，纵向接头将后一端压在前一端之下。用胶轮的轻型压路机匀速碾压1-2遍。

5.钉子固定法铺设玻纤格栅时，先将专用锚栓（6cm）长腿剪掉留顶盖和钉子（2英寸优质水泥钢钉）固定在已洒布粘层沥青的下层结构上，钉子可用锤击或射钉枪射入，再将格栅纵向拉紧并分段固定，每段长度为2米梅花形固定。要求格栅拉紧时玻纤格栅纵横向均处于挺直张紧状态。锚栓顶盖固定玻纤格栅时，不能将钉子钉于玻纤上，也不能用锤子直接敲击玻纤。固定后如发现钉子断裂或专用锚栓顶盖松动，则应予以重新固定。

6.为防止施工车辆的轮胎将玻纤格栅和粘油粘起来，和沥青混凝土摊铺机机轮打滑的现象，应在粘层油表面撒石屑，石屑用量为3立方米/1000㎡-5立方米/1000㎡。

7.玻纤格栅铺设固定完毕后，需用轻型胶辊压路机适度碾压稳定，使格栅与底层粘结牢固。并严格控制车辆在其上行驶，严禁车辆在格栅层上急转向、急刹车和倾倒混合脚料，以防止对玻纤格栅造成损伤或破坏。

5.2.3铺筑沥青面层并碾压成型

1.沥青混合料的摊铺必须在确认玻纤格栅铺设良好并能满足沥青混合料摊铺进度后方可进行。

2.已铺设的玻纤格栅的路面，必须当日完成铺设沥青混合料的工作，沥青混合料面层最小厚度为4cm。沥青混合料的拌制、运输、摊铺和压实均应符合现行《公路沥青路面施工技术规范》的规定和要求。

3.沥青混合料摊铺时，应防止摊铺机的找平小车等金属构件损坏已铺设的玻纤格栅。

5.2.4施工注意事项

1.严格控制运送混合料的车辆出入，在格栅层上禁止车辆急转向、急刹车和倾泻混合料脚料，以防止对玻纤格栅的损坏。

2.玻纤格栅背腹涂覆材料易溶于水，雨天或路面潮湿时不得施工。

3.玻纤格栅为玻璃制造，对人体皮肤易产生刺激作用，施工人员须戴防护手套。

4.当使用的胶轮压路机需注水增加重量时，其注水量不能太满，以防溢流到玻纤格栅上，造成其背腹涂覆材料失去粘性。

5、玻纤格栅铺设过程中，若发现底层有较小的坑塘应事先填平，以保证格栅铺设平整。

6.玻纤格栅铺设时，要求路面温度在5℃～60℃之间。

6.材料与设备

7.质量控制

7.1铺设玻纤格栅前下承层必须清扫干净，无油污、杂物，粘层油应在24 h前完成，以加强玻纤格栅与沥青混合料层的粘结。

7.2铺设玻纤格栅后应封闭交通，可通行施工车辆，但不得在玻纤格栅上急转弯或刹车，应限制车速，车辆的车速不应超过10 km/h。铺设的玻纤格栅应保持洁净，不得损坏，如有损坏必须更换或修补。

7.3铺设玻纤格栅后，沥青面层应尽量紧跟着施工。不宜一次铺设太长的玻纤格栅，一次铺设的路线长度以满足一天沥青面层需要的工作面数量为宜，以免因下雨、降温等天气变化引起路面潮湿、降温，从而导致玻纤格栅与路面失去粘结力而翘起。

8.安全措施

8.1切实做好铺设玻纤格栅及摊铺沥青时的道路疏导工作，摊铺段落前后做好警示标示标牌。

8.2工人固定玻纤格栅时安全防护用具要佩带齐全。

8.3施工之前做好三级安全技术交底。

8.4 安排专人进行车辆指挥工作，确保在施工过程中人员设备的安全。

9.环保措施

9.1施工期间不允许随意丢弃材料。

9.2摊铺过程中沥青混合料等废弃物应安排专人及时清理至规定地点，做到“工完、料净、场地清”。

9.3生活垃圾定点堆放，定期集中清运至指定垃圾站。生活污水处理设化粪池，不直接排放。

9.4玻纤格栅固定时，用锤子、打钉器工作宜放在白天进行，需夜间施工时，应有降噪措施，以避免影响周围居民。

10.效益分析

国道219线萨嘎县至康马县段改建工程1合同段，共有23.5万㎡5cm细粒式改性沥青混凝土面层，在使用此工法施工后，平均延长道路使用寿命由原6-8年延长至8-10年以上。每年的养护费用每平米约2.0元。

经测算：按使用年限8年计算，使用玻纤格栅的防裂措施，养护费用按照6年计算，即可节约养护费用2*2*23.5万=94万;

玻纤格栅单价为3元/㎡，满铺需要3*23.5万=70.5万。延长两年寿命，按投资单价算透层：11.38元/㎡，封层6.43元/㎡，5cm沥青面层96.04元/㎡，综合单价为每平米113.85元/㎡、节约投资为23.5万*113.85/8*2=668.86万元。

综合测算在8年使用年限内可节约668.86+94-70.5=692.36万。每平米在每年可节约692.36/23.5/8=3.68元。

2018年日喀则市农村公路建设项目E片区，共有45.7万㎡，设计使用年限为6年，每年可节约投资3.68*45.7=168万元。本工法根据我单位两个项目的实践应用，在节约投资、延长使用寿命方面见效显著。取得了一定的经济效益和社会效益。

11.应用实例

11.1沥青混凝土路面中加铺玻纤格栅是一种物理改性沥青混合料，相当于对沥青混合料进行加筋，可以显著提高路面结构的抗拉、抗剪和抗弯拉强度，约束沥青混合料的变形，提高沥青路面高温抗车辙能力、低温抗缩裂能力和抗疲劳寿命，防止沥青路面反射裂縫，延长了沥青路面的使用寿命。尤其在西藏高寒地区、四季温差大的地区效果明显。我公司通过多年的经验积累，总结出了《高原严寒地区沥青混凝土面层防裂施工工法》。本工法通过由我公司承建的“国道219线萨嘎县至康马县段改建工程1合同段”（施工时间2018.10.06～2019.07.07）施工时的应用，有效地解决了西藏地区沥青混凝土面层纵横开裂、坑塘、挤浆、凸起开花和不规则短裂缝等问题。经实践证明此工法的应用对后期交竣工后节约养护费用，延长道路使用寿命，节约投资方面具有极高的推广价值。

11.2本工法通过由我公司承建的“2018年日喀则市农村公路建设项目E片区”（施工时间2018.09.30～2019.09.30）施工时的应用，有效地解决了西藏地区沥青混凝土面层纵横开裂、坑塘、挤浆、凸起开花和不规则短裂缝等问题。经实践证明此工法的应用对后期交竣工后节约养护费用，延长道路使用寿命，节约投资方面具有极高的推广价值。

（作者单位：安徽省路桥工程集团有限责任公司）