广东晶通公路工程建设集团有限公司
摘要：针对我国高速公路沥青路面普遍出现早期病害这一问题，本文基于江肇高速公路沥青路面使用性能检测结果，从路面施工质量控制的角度着手，分析沥青路面常见病害的特点及其成因。据此，从原材料准备阶段、配合比设计阶段以及沥青路面施工阶段，有效、系统和全面地对沥青路面面层的质量控制进行探讨，以保证沥青路面质量满足设计要求，对于类似工程沥青面层的质量控制有一定的指导意义。
关键词：高速公路；沥青路面；使用性能；质量控制
概述
我国高速公路建设经过近二三十年的快速发展，沥青路面的路用性能得到很大改善，据资料统计，已建成高速公路中沥青路面占90%左右[1]。然而，由于我国高速公路建设起步较晚，设计施工技术相对仍较薄弱、各地区工程条件复杂多变、交通荷载急剧增长且超载现象严重，沥青路面普遍出现早期病害，部分高速公路通车仅两三年沥青面层就出现大面积病害，有些路段甚至通车几个月后就出现了严重质量问题[2]。
为此，众多学者针对高速公路沥青路面的施工质量控制技术进行了大量研究，孙赫[3]、杨威[4]和韩雨生[5]等分别基于沈海高速、通平高速和安平高速公路施工经验，从原材料质量控制、沥青混合料拌和、运输、摊铺及碾压等环节，总结了沥青路面施工质量的控制方法；王芳[6]分析了沥青路面常见病害并详述了路面质量的检测技术；白耕东[7]着重分析了沥青路面施工过程的离析问题的处理措施；李国文[8]从沥青混合料设计、沥青面层施工及施工质量检测等方面，阐述了高速公路沥青面层的施工质量控制技术。
目前，我国道路工作者针对高速公路沥青路面施工质量控制的研究，已取得一定适应我国地质气候条件的质量控制理念和方法，但由于施工过程的复杂性和工程条件的多样性，沥青路面质量控制技术仍需进一步完善。本文结合江肇高速沥青面层路面状况及路面车辙检测结果，对沥青路面常见病害的特点及成因进行分析，并从原材料质量、配合比设计、沥青混合料拌和、运输、摊铺和碾压等多方面，探讨沥青路面面层施工全过程的质量控制技术。
1.工程概况
广东省江门至肇庆高速位于珠江三角洲的西部地区，属于南亚热带海洋性季风气候区，年平均气温在21~22℃，极端最高温度为42℃，雨季长且雨量充沛，年累积降雨量在2000mm以上。路线全长107.7km（国网桩号K217+705~K325+405），双向六车道，路基宽度33.5m，肇庆至江门方向为A线，江门至肇庆方向为B线，公路面层采用沥青混凝土铺筑，路面结构如图1所示，路面设计使用年限为15年，相关设计标准如表1所示。
2.沥青路面使用性能检测
为了评价路面的使用性能状况，根据《公路技术状况评定标准》[9]中相关技术规范要求，对江肇高速公路沥青路面的破损状况和车辙深度指标进行了现场检测，并按优、良、中、次、差五个等级进行评价对各项指标的检测结果进行评价。
2.1路面破损状况
采用美国威林克公司生产的多功能道路检测车对江肇高速路面进行了路面破损检测。江肇高速沥青路面典型病害主要为裂缝、坑槽、松散和泛油，如图2所示。现对江肇高速沥青路面以上4种典型病害检测结果进行分析，其统计结果见表2所示。可以看出，江肇高速A线裂缝、坑槽、松散病害相较B线更为严重，而B线沥青路面泛油更为严重，且各类典型病害主要位于慢车道，其中以泛油病害尤为明显。
此外，根据《公路技术状况评定标准》，得到江肇高速A、B线路面破损状况指数PCI的沿线分布，如图3所示。可以看出江肇高速公路A、B线沥青路面PCI等级评定优、良率分别为98.0%和96.2%，其余部分评级均为中，路面破损状况A线略优于B线，超车道优于快车道，快车道优于慢车道。从沥青路面施工质量控制的角度着手，分别对江肇高速各类路面典型病害成因进行分析：
（1）裂缝
沥青路面裂缝可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种。横向裂缝与公路中线基本垂直，主要是由于半刚性基层反射裂缝引起的，温度裂缝也是产生横向裂缝的一个重要因素；纵向裂缝轴向基本与公路中线平行，沥青路面施工时前后摊铺路幅搭接处施工质量不合格是纵向裂缝形成的重要因素；网状裂缝纵横交错，主要是由于沥青路面承载能力不足引起的，沥青及沥青混合料质量不合格、面层厚度不足等均可能导致网状裂缝。
（2）坑槽
沥青路面坑槽指路面局部松散形成的凹槽，且在行车和水的长期作用下凹槽持续发展，影响行车安全和舒适性。坑槽病害主要是由于沥青混合料粘结力不足和沥青路面压实度不足引起的。此外，下层表面垃圾、泥石未彻底清除也是导致坑槽病害的常见原因。
（3）松散
沥青路面松散表现为沥青面层粘结力低下，路面集料脱落，表层粗麻，行车不适。沥青混合料级配不合理、石料表面不干净、沥青用量不足及沥青路面施工质量不佳等是导致路面松散病害的重要原因。
（4）泛油
沥青路面泛油主要表现为车道轮迹带连续泛油，路面被一薄层沥青覆盖，路面光滑，影响形成安全。一般而言，沥青软化点较低、油石比过大、细颗粒含量过多等时导致沥青路面泛油的主要原因。
2.2路面车辙
江肇高速公路路面车辙采用多功能道路检测车的激光车辙测量系统，结合路面损害状况一并检测A、B线快、慢车道车辙，测点间距为10m，每隔100m统计一个平均值。结合《公路技术状况评定标准》相关规定，可统计得到江肇高速公路路面车辙评定等级分布，如图4所示。
从图4中可以看出，江肇高速公路A、B线快车道路面车辙深度指数评定等级仅有优、良两个等级，且评定等级主要为优；而慢车道有优、良和中3个等级，且评定等级主要为良，相较而言慢车道路面车辙整体评价较低。其中又以B线慢车道路面车辙状态评价最低，优、良和中3个等级路段分别占线路总长的9.3%、79.0%、11.7%。
现对B线慢车道路面车辙深度RD及其评价指数RDI沿线分布进行分析，如图5所示。可以看出，B线慢车道各段平均车辙深度最大值为18.8mm，百米最大值为12.8mm，所在区间桩号分别为BK258+000～BK259+000、BK319+000~BK320+000。
根据沥青路面相关标准规定，对于车辙深度大于10mm的路段需要进行处治，路面车辙会影响行车安全性和舒适性，是评价路面使用性能的重要指标。现从沥青路面施工质量控制的角度着手，分析江肇高速路面车辙病害的成因：路面车辙出现在车辆轮迹处，两侧常伴有隆起而形成纵向带状凹槽，沥青混合料级配不良、沥青用量偏高和针入度偏大、路面压实不充分及基层强度不足等均会导致路面车辙病害。
综上所述，沥青路面裂缝、坑槽、松散和泛油等典型病害以及路面车辙直接受到沥青面层施工全过程的影响，与原材料质量、配合比设计、沥青混合料拌和、运输、摊铺和压实密切相关。因此，本文分别对沥青路面施工过程中，各阶段的质量控制技术和施工要点进行探讨，以保证获得优良的沥青混凝土路面。
3.原材的质量控制
原材料的质量控制是确保沥青路面施工质量及路用性能的关键前提，必须及时、规范的按照相应的规范规程对进场的集料、沥青、矿粉等原材料进行试验检测，试验结果符合相关要求后方可使用。
（1）集料
集料的加工性和结构性是其质量检验的两大重要指标。粗集料要注重压碎值、坚固性、磨光值、针片状含量、粘附性、软石含量等指标检验，且粗集料的级配变异系数不应过大，集料加工过程中应派相关人员驻场把关，防止不合格材料进场。细集料应重点对砂当量、表观密度、棱角性等指标进行检验。集料贮存场地应做好防水措施，对于固定式拌和厂应设置防水雨棚；移动式拌合场使用临时原材料存放场时，应选择有适当斜坡、排水设施良好的场地；贮存场地应做硬化处理，集料应分层、分级堆放，不能锥堆，相邻集料堆之间应设置隔墙，防止出现窜料现象。
（2）沥青
沥青作为胶结材料将各种集料组合在一起，沥青质量直接关系到沥青面层的使用性能和耐久性。沥青种类及标号应根据公路等级、气候条件、交通条件等因素进行选择，沥青原材料三大指标（针入度、延度、软化点）应按照《公路沥青路面施工技术规范》[10]严格执行，对于针入度指数、旋转薄膜加热后残留物的性质变化及粘度，建议作为参考指标，不宜作为强制性指标。
沥青材料应择优采购，在存储和运输过程中应注意防水，桶装沥青最好加盖苫布。在存放时，应根据沥青的品种和标号分开放置，不得混杂，并且要注意存储的温度。使用时加热到相应的温度。正常施工的时应持续关注沥青性能，做好施工过程中的留样工作以备检查。
（3）矿粉
矿粉作为各集料组成稳定骨架的孔隙填充材料，适量的加入矿粉能够有效改善沥青混合料的粘聚力及吸附能力，从而达到提升沥青混凝土强度和稳定性的目的。矿粉最好由碱性岩石制成，其保证其0.075mm筛孔的通过率≥80%，亲水系数≤1，含水量≤1%，不含泥土杂质及团块等。
4.沥青混合料设计
沥青混合料配合比设计的目的在于选择一个合理的矿料结构和沥青用量，以获得具有良好施工性能和路用性能的沥青混凝土。目前常用的沥青混合料配合比设计方法包括马歇尔法和Superpave法。马歇尔法是一种基于室内试验的经验设计方法，而Superpave法将试验方法及指标与沥青路面的路用性能联系起来，相较马歇尔法更科学合理。然而，目前适应国内工程特点的Superpave设计方法尚未形成完整体系，我国现行《公路沥青路面施工技术规范》中仍采用马歇尔设计方法，实际工程中可结合工程情况，采用Superpave设计方法进行对比分析。
4.1集料级配优化和油石比设计
沥青混合料中集料占到约占总体积的3/4，其级配设计直接关系到沥青混合料的路用性能，确定集料级配应考虑到地区情况、公路等级、气候条件及交通条件等，矿料级配范围规定范围很宽，实际工程中的矿料级配设计必须在对同地区同类型，且使用效果良好公路的调查研究基础上进行，借鉴成功实际经验。集料级配设计应满足以下原则：①具有稳定的骨架结构；②充足的沥青填充空间；③理想地平衡各中性能；④减少离析及碾压推拥现象的产生。
沥青混合料中沥青含量一般用油石比表示，其取值是否合适直接影响关系到沥青路面的质量。过大的油石比易造成路面泛油、车辙等病害，过小的油石比则易形成路面松散、开裂等病害。油石比设计首先应根据马歇尔试验结果和沥青混合料物理参数（主要包括目标空隙率、沥青饱和度范围、残留稳定度和动稳定度标准等）确定最佳油石比，然后结合实践经验及工程条件调整优化最佳油石比，最后对设计油石比下的粉胶比和有效沥青膜厚度进行检验。
4.2配合比设计
沥青混合料配合比设计是由试验、检验、调整及完善这一系列过程组成的，而且需要分阶段反复的验证调整才能获得满足要求的设计效果，其设计过程包括目标配合比设计、生产配合比设计和生产标准配合比设计三个阶段。
根据《广东省高速公路沥青路面常见病害及施工质量控制》资料表明，沥青混合料空隙率设计在3~6%时，能够较好的减少透水和车辙并起到延缓沥青老化的效果。此外，空隙率应根据不同的路面结构层作出适当调整，中面层既要保证密水又要防止车辙，空隙率设计为4%最为合适；而下面层由于上层结构性的保护，其密水性可适当降低，故空隙率可设为4.5%左右；抗滑层既要保证密水又要保证抗滑，空隙率设计应在5~6%范围内；SMA混合料的空隙率则以3~4%为宜。
5.沥青面层施工质量控制
5.1沥青混合料的拌和
沥青混合料的拌和应按照生产标准配合比将各原材料拌和均匀，拌和过程中应注意：
（1）沥青应采用导热油进行加热，并控制温度稳定在一定范围内，一般而言普通沥青和改性沥青的加热温度分别不应高于165℃和190℃。
（2）施工前应检查集料含水量，以确定集料加热时间和温度并据此调节进料速度，拌和前集料含水量不应大于1%，集料铲运方向应与其流动方向相垂直，使得材料均匀运送而避免离析。
（3）严格按照生产标准配合比控制集料、矿粉、沥青等原材料的用量，并保证搅拌时间和加热温度满足要求，混合料应拌和均匀，无花白、无离析和结团成块等现象。
（4）按照要求对沥青混合料取样进行各项性能指标试验，并根据试验结果及时做出调整，保证沥青混合料的拌和质量。
5.2沥青混合料的运输
沥青混合料在运输过程中应保证其温度的稳定，并避免出现过大的温度离析和骨料离析。运输控制应注意：
（1）混合料运输尽量采用利于保温的大吨位车辆，尤其对于运距长、气温低的情况不应采用小吨位车辆，混合料应盖苫布保温，运至目的地后混合料降温不宜大于5℃；
（2）沥青混合料正确的装载方法对减轻路面离析非常重要，错误的装载方法会造成整车混合料产生严重离析现象。图6（a）为单一装载方法，这种情况下交大集料会滚落至料堆四周而引起离析；图6（b）为多重装载方法，可降低运输过程及倾卸时产生的混合料离析[11]；
（3）运料车的数量应根据运距、生产量以及确保摊铺机连续摊铺的需要而定，且应预留若干辆备用的运料车；
（4）运料车应保持清洁、光滑，每日运料前应在车厢底板和周壁涂一层油水混合液（柴油：水=1：3），以防止混合料粘到底板上。
5.3沥青混合料的摊铺
沥青混合料应均匀地摊铺在路面基层上，摊铺控制应注意：
（1）摊铺前应保证摊铺面清洁、干燥，做到施工前及时清洁；
（2）正式摊铺前，要有3-5辆运料车在摊铺机前等待，摊铺机应均匀缓慢的前行，并与拌和机供料速度相协调，其速度控制在2m/min左右为宜，中途不得停机；
（3）摊铺前应进行试铺碾压以确定松铺系数，一般沥青混合料的松铺系数为1.15~1.30，细粒式取上限，粗粒式取下限；
（4）根据沥青标号和粘度、摊铺厚度及外界温度等因素选择合适的摊铺温度，当外界气温低于10℃时不宜摊铺热拌沥青混合料；摊铺作业遇雨时，应立即停止工作并清除尚未碾压成型的沥青混合料。
（5）路面较宽时应采用多台摊铺机进行联合梯队摊铺（如图7所示），摊铺机前后相距不超过10m，相邻摊铺之间设置约40mm宽的搭接距离，且搭接位置应避免与行车轮迹重叠。此外，道路上下面层的搭接要错开，错开距离应大于200mm；
5.4沥青混合料的碾压
沥青混合料的碾压质量关系到沥青面层是否达到合格的压实度，碾压控制应该注意：
（1）沥青混合料应在最佳压实温度（即材料允许温度范围内，压路机碾压工作时混合料不产生水平推移，且压实阻力较小的温度）下进行碾压，其值一般为125℃~140℃之间，改性沥青混合料或SMA沥青混合料最佳压实温度为140℃~165℃之间。改性沥青混合料或SMA沥青混合料在下卧层温度低于10℃时不允许进行碾压施工；
（2）碾压作业遇到大风天气或外界温度较低时应及时采取保温措施，当温度低于115℃时，碾压作业已失去意义，收光表面后应停止碾压以免破坏顶面沥青膜。
6.结束语
高速公路沥青路面的施工质量控制水平直接影响到路面使用性能，而路面早期病害也多是由于建设期内路面施工质量控制不严引起的，本文结合江肇高速公路沥青路面使用性能的检测结果，分析路面常见病害的特点及成因，并从路面施工全过程探讨沥青路面的质量控制技术，得到以下结论。
（1）江肇高速沥青路面状况破损指数PCI整体评价较高，但部分路段出现裂缝、坑槽、松散和泛油等典型病害，其中以泛油病害尤为明显；路面车辙深度指数RDI在B线慢车道评级相较最低，其中最低评价等级为中，占线路总长的11.7%，平均车辙深度最大值为18.8mm。沥青路面病害的成因可能由于骨料含泥量过大、级配不良、沥青用量过多或过少、沥青路面压实度不足等等多阶段、多因素的影响，应从整个项目建设过程中进行质量控制。
（2）基于高速公路沥青路面项目施工全过程，在准备阶段、生产阶段以及施工实施阶段，从原材料、配合比、沥青混合料拌和、运输、摊铺和碾压等多方面，针对各阶段的施工要点严格按照相应的质量要求系统地加以控制，从而有效地控制沥青面层的工程质量，提高路面使用寿命，也可减少运营养护的费用，产生良好的经济效益。
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