沥青路面CAPE封层施工技术应用研究

侯顺奇，丁小花，宋波

（山东宇通路桥集团有限公司，山东 广饶 257000）

0 引言

CAPE 封层施工技术作为预防性养护措施，通常在路面损坏前采用，且多用于新建公路面层和养护施工中，利用该技术施工后，路面抗滑、防水性能好，且密实平整、造价较低，能有效保证沥青路面使用寿命，在国外公路工程领域应用较为广泛，但在我国公路工程中应用较少，CAPE 封层施工技术仍属于新技术，对该技术设计及施工要点尚缺少全面了解和认识。本文通过对CAPE 施工技术在具体工程中的应用情况进行分析，以期为沥青路面养护施工提供借鉴参考。

1 CAPE封层施工技术原理

在碎石封层上摊铺稀浆封层后所形成的复合式沥青路面结构即为CAPE 封层复合路面，该路面结构因外观密实、平整，防水抗滑性能及抗反射裂缝性能优秀，综合造价节省，使用寿命长等优势，较多地应用于路基结构稳定且路面未出现严重病害的沥青路面养护工程中，也可以直接作为面层摊铺于新建公路中。CAPE 封层结构中碎石封层胶结料主要起到防水作用，碎石则发挥抗磨耗、抵抗荷载及提升路面抗剪抗滑性能的功能；稀浆封层则主要起着渗透并填充、在碎石封层内锁定碎石料的作用[1]。CAPE 封层结构具体见图1。与其他路面施工及养护技术相比，CAPE 封层技术适用于结构稳定或少量沉降路基，具有明显的“白改黑”特征，路面平整度及行车舒适度好，施工期间扬尘少，节能环保；封层结构使用寿命长，全过程机械化施工、节省人工、施工速度快、工期有保证、可快速开放交通；路面外观效果好。

图1 CAPE封层结构

2 CAPE封层施工技术的应用

2.1 工程背景

某公路因运行过程中重载交通量大，部分路面先后出现微小网状裂缝，局部平整度降低，沥青路面材料疲劳老化，公路面层材料磨耗后抗滑性能持续降低，行车安全性与行车舒适度逐渐降低。为避免既有病害持续延伸扩大，相关部门决定对病害路段实施CAPE 封层养护施工。

在施工方案制定前选择典型路段，通过3m直尺测定路面平整度，并通过偏转轮拖车法使拖车与道路行驶方向偏离7.5～20°，再采用横向力系数检测技术进行路面抗滑性能检测，通过式（1）确定出病害路面横向力系数[2]：

式中：SFC为病害路面横向力系数；Fs为轮胎上侧向摩阻力值（N）；W为轮胎上竖直荷载值（N）。

根据测定及计算结果，病害路面平整度均值和抗滑性能实测值分别为8.5mm 和3.6，规范值为不大于7.0和不小于4.0，可见，原路面平整度与抗滑性能均存在一定程度的减退，但病害程度较轻，CAPE 封层养护施工技术完全适用。

2.2 CAPE封层设计

2.2.1 封层类型

CAPE 封层结构中的碎石封层和稀浆封层作用机理各不相同，相关参数必须通过室内实验确定。碎石封层主要功能在于磨耗和抵抗荷载，并提升路面抗剪切性能；稀浆封层则通过渗透并有效填充下部结构层。以上过程具体见图2。

图2 CAPE封层组合

CAPE 封层结构上部稀浆封层包括粗型封层和中型封层等类型，我国公路工程碎石封层所用石料通常包括5～10mm和10～15mm两种，石料粒径越小，封层抗滑及抗裂性能越差。此外，值得注意的是，CAPE 封层并非碎石封层和稀浆封层结构的简单叠加，而是充分利用前者防水、抵抗荷载、抗磨耗及提升路面抗剪切滑移性能以及后者渗透填充、锁定碎石等功能，提升施工后的沥青路面路用性能。结合国内外CAPE 封层应用经验及作用机理，并充分考虑本公路工程实际情况及既有路面技术参数，进行该工程CAPE 封层组合类型的选择，具体选择依据见表1。

表1 CAPE封层组合类型选择依据

2.2.2 原材料要求

病害沥青路面路用性能受到原材料性能和技术参数的影响较大，在施工方案设计阶段应主要从胶结料、矿料、填料及添加剂等方面加强材料控制。

（1）胶结料

CAPE 封层施工中较为常用的胶结料是性能效果较好的普通道路石油沥青，主要用于下部碎石封层；此外，还可以视工程病害程度、施工成本控制要求等选用改性沥青、乳化沥青、热力清等胶结料，其中改性沥青一般只用于碎石封层。在具体应用时，改性沥青现场加工过程中必须设置采样口以便进行胶结料性能的实时检测，并配备具备搅拌功能的存储设备。为防止改性沥青发生离析、凝聚等，还必须在改性沥青胶结料投入使用前及使用过程中随时检测材料性能。

CAPE 封层结构上部的稀浆封层，乳化沥青或改性乳化沥青使用量比下部结构少，并结合工程实际进行沥青拌和时间、成型时间及与矿料的黏附性等性能参数的确定。

（2）矿料

粗集料主要选用安山岩、石灰岩等碱性石料，重交通路段最好选用玄武岩集料。为增强粗集料路用性能，可借鉴国外通过消石灰处理酸性石料的做法；还可使用抗剥落剂，达到调整乳化沥青酸碱度，增强沥青和集料结合性能的目的。

（3）填料

以干燥疏松且无结团的水泥、矿粉或消石灰等为填料，以起到改善矿料级配、提升混合料强度和稳定性等作用。

（4）添加剂

有机类及无机盐类添加剂具有调节混合料拌和时间及性能参数的作用，添加剂的使用不得对混合料产生不良效果，并应根据施工实际准确控制添加剂掺加量。

该公路病害路面CAPE 封层采用9.5～13.2mm 橡胶沥青碎石封层+Ⅱ型改性稀浆封层结构，其中橡胶沥青碎石封层的沥青洒布量控制在2.0kg/m2，玄武岩碎石料撒布量控制在16kg/m2，碎石撒布厚度最大为15mm；普通沥青、SBS 改性沥青及橡胶沥青使用量分别控制在1.0～1.2kg/m2、1.0～1.2kg/m2及2.0～2.4kg/m2范 围 内。在半刚性基层上进行碎石封层施工时，还应喷洒透层油；其余结构碎石封层摊铺施工时，沥青用量应在设计值基础上增大10%～20%，可不喷洒透层油。

在确定出CAPE 封层结构形式的基础上，按照一般碎石封层和稀浆封层配合比设计要求进行CAPE 封层配合比设计，但为保证稀浆混合料充分填充以及抵抗上部荷载和抗磨耗碎石料数量充足，碎石封层时的碎石撒布量应比普通碎石封层碎石撒布量减少10%。稀浆封层级配的控制应以确保填充稀浆后碎石不露出封层为限[3]。

2.2.3 稀浆封层级配

在确定出CAPE 封层组合类型及原材料要求的基础上，还应进一步进行稀浆封层集料目标级配的确定。在确定稀浆封层集料级配时，必须充分考虑混合料和易性，在封层施工中不得间断，防止离析问题。为避免CAPE 封层大料飞散、表观不均匀以及大粒径石料卡住摊铺机后槽沿，使得摊铺机运行在封层表面留下划痕，必须严格控制大粒径石料用量。

2.3 CAPE封层施工工艺

2.3.1 下承层处理

在施工开始前必须全面检查下承层质量，若存在缺陷，必须及时处理。CAPE 封层施工工艺基本与普通碎石封层和稀浆封层相同，本公路工程沥青路面下承层存在轻微的裂缝、坑槽、车辙、松散等病害，必须处理后再进行路面CAPE封层施工。

坑槽病害应遵循圆坑方补的原则，开槽至稳定层后将坑内浮料全部清除，再将填补料分层填入坑槽内，摊平压实至设计要求。宽度不足1.0mm的裂缝应直接进行碎石封层施工，而宽度超出1.0mm的裂缝应灌缝修补后再施工碎石封层。原路面泛油较少的情况下，应调整沥青用量和碎石用量解决泛油问题，而原路面泛油严重时，应通过恰当方式切除油包或将泛油路面全部铣刨，再采用冷补料或热拌料填补。因车辆行驶推移而引发的深度超出1.0cm 的车辙应切除面层或铣刨后修补，完成后摊铺碎石封层；因基层强度不足、水稳性不良导致的基层局部沉降而引发的车辙，应先进行基层处置，待基层达到设计强度要求后进行碎石封层施工。松散路面必须将松散部位整体挖除后重铺，以使重铺路面和原路面良好结合。

2.3.2 碎石封层施工

橡胶沥青黏度主要受到温度的影响较大，故本工程橡胶沥青储罐及升温罐温度应始终控制在160℃±5℃和185℃±5℃。橡胶沥青碎石封层施工时，地表温度和环境温度应分别不低于20℃和15℃。碾压施工过程中下承层温度若≥40℃，则碾压时间应控制在20min 以内；下承层温度若在18～40℃之间，则碾压时间应不超出10min。若地表温度不足15℃，禁止碎石封层施工。碎石封层沥青洒布温度主要根据胶结料类型确定，普通沥青、改性沥青及橡胶沥青的洒布温度分别控制在140～150℃、160～170℃、195～205℃范围内。

异步碎石封层施工时，石料撒布必须紧跟沥青喷洒后进行，并将两个过程的距离间隔控制在5～10m，碎石料撒布前，沥青表面温度至少达到80℃，且碎石料温度至少为60℃。

同步碎石封层施工时，高温沥青混合料和干燥的石料应同时通过封层车喷洒在路面，以便使沥青与碎石料快速结合。为使黏结性达到标准要求，沥青与石料结合温度至少为120℃；考虑到流体表面张力会使热沥青沿石料表面爬升，并在石料表面形成半月面，沥青对石料的裹覆面积将达到70%左右，能确保沥青和碎石料有效结合。

碎石撒布量的覆盖率应控制在80%以上，局部未充分撒布的区域应人工补撒，碎石料撒布后随即通过轮胎压路机碾压，碾压后及时扫除多余碎石料。待碎石封层施工结束开放交通初期，应将车速控制在40km/h以内。

2.3.3 稀浆封层施工

稀浆封层施工应在高温干燥季节进行，但稀浆封层必须在碎石封层施工结束且碎石料和胶结料稳定结合，并将多余碎石料彻底清扫后进行，这一间隔时间至少为7d。稀浆封层摊铺分两次进行，第一层固化且碾压密实后再进行第二层摊铺，两层摊铺施工时间间隔同样不短于7d。稀浆封层施工过程中必须加强混合料离析控制，结合类似工程施工经验，因运输及振捣而引发的集料离析大多发生于封层横接缝位置，因此在封层施工过程中，应加大后车摊铺箱在前封层的重叠宽度，并整体铲除集料严重离析的封层。

稀浆混合料拌和质量主要与封层车拌和筒长宽、拌和轴转向、转速、桨叶数量、摊铺槽内分料轴轴距、安装角度等参数有关，为此，在稀浆封层施工前必须加强以上参数取值试验与控制。稀浆封层施工质量受封层车行进速度影响较大，在摊铺过程中封层车应严格按照设计速度行驶，供料不得中断，已摊铺完成的混合料中水分及乳化沥青含量必须符合设计要求。

稀浆封层施工结束后严格控制开放交通时间，且封层固化成型前禁止一切车辆通行。原则上，稀浆封层施工后1h 内即可通车，但对于该公路施工路段交通量大、重载车辆多的情况，应在稀浆封层摊铺30min 后通过轮胎压路机碾压一遍，将封层结构中水分挤出，在结构强度、密实度及抗刹车性能进一步提升后，可提前开放交通。

3 结语

本文分析结果表明，沥青路面CAPE 封层施工具有十分显著的社会效益和经济效益。因为是在路面出现轻微病害的情况下进行封层养护施工，故无需将原沥青路面挖除，而是在其上加铺碎石封层和稀浆封层，施工快速、工期短，可使原沥青路面路用性能有效提高。施工过程中应先保证下承层施工质量，还应加强碎石封层和稀浆封层质量控制以及两个封层施工间隔、衔接部位施工工艺等的控制，以保证养护施工质量。