路桥建设 高速公路沥青路面压实度分析及措施 易运战 彭小群 后勤工程检测中心４０００４１， 重庆渝兴科技发展有限公司４０１ １ ２０ 摘要：Ｓｕｐｅｏａｖｅ，即高性能沥青路面，它包括胶结料与集料规范、混合料体积设计、混合料施工、性能预测、试验方法及设备 等。随着设计交通等级的提高，设计的要求也不断增加，以保证道路使用的可靠度，使路面的使用性能得到显著改善。在施工中， 路面压实度的变异性是影响路面修筑质量的关键因素之一，是客观存在的，许多高速公路发生早期损害大多与压实度不足有 关。通过对压实度数据的变异性分析及其对路面性能影响的分析，找到变异性产生的原因进而提出控制变异性的措施，以减小 新修筑沥青路面的压实度变异性，同时对最大理论密度压实度和标准马歇尔试验密度压实度进行了对比分析。 关键词：公路工程；沥青路面变异性压实度平整度措施 沥青路面的压实度是否合格，关系到沥青路面的使用性能和使用寿 控制沥青混合料的密实度。实践证明，在施工中放松对路面结构层的压实 命。我国现行的沥青路面结构设计方法是假设路面为弹性层状体系，采用 度控制，很容易产生路面的早期破坏。 马歇尔试验方法进行设计。此种设计方法中，各设计参数均选用一定值，没 （１）压实度与空隙率的关系。 有考虑其变异性。而实际上，路面的设计和施＿Ｔ都涉及环境、材料、工艺和 沥青混凝土的压实度越大，密实度就越大，相应的空隙率就越小。如某 行车荷载等因素。严格地讲，所有这些因素和与这些因素相关的设计参数 种沥青混凝土室内标准马歇尔试验的毛体积密度为２．５００ｆｉｅｍ ，空隙率为 都具有随机性和不稳定性。随着公路工程结构设计思想的发展，有必要研 ４％，则其最大理论密度为２．６０４￣ｃｍ 。不同压实度下沥青混凝土的空隙率 究模量、厚度和压实度等参数的变异性，建立新的概率型路面设计方法。压 如表２。 实度变异性的存在使得路面实际结构与设计结构存在差异，引起早期破 表２沥青混凝土空隙率与压实度的关系 坏。工程实践证明，路面质量检查验收合格的不同公路，压实度指标变异性 小的公路比变异性大的公路发生路面早期破坏的概率要小的多。 １变异性参数 ０ ｌ０ ｌ 由于测试对象质量的变异，测定的数据有一定的波动，测试对象质量 表２中：Ｋ＝ ×１００；ＶＶ＝Ｉ１一— ｌ×１００ （３） 变异的程度，可以用下列方法表示。 ｐ０ Ｌ ｐ，ｊ 标准差 （每次测定值与平均值之差的均方根值，亦称“均方根差”）： 式中：ｐ，为沥青混合料芯样的毛体积密度， ｍ ；ｐｏ为沥青混合料标准 ；ｐ 为沥青混合料的最大理论密度，ｇ，ｃｎｌ 。 ６＝ ∑（ 一 ） 马歇尔试验毛体积密度，ｇ，ｃｍ。从表２可以看出，空隙率随压实度的减小而增大，压实度从９８％减小到 ｎ一１ ９７％时，空隙率增大１．０％。 式中： 为某次测定值，ｉ＝１，２，３，…，ｎ；ｘ一为算术平均值 空隙率是控制沥青混凝土性能的一项重要指标。空隙率过小，沥青混 Ｘ１＋Ｘ２＋凝土在行车荷载的反复作用下进一步压实，夏季高温时沥青膨胀会泛到 …＋Ｘ 一 ：苎——一 表面，进而影响沥青混凝土的高温稳定性和表面层的抗滑性能。空隙率过 大，沥青混凝土的透水性也大，水就容易进入沥青混凝土内部或透过沥青 变异系数（一组测定值的标准差与其算术平均值之比） 面层到达半刚性基层８ ： ·１０ｏ（％） （２） 顶面。在高速行车作用 ， Ｘ 在现行的公路工程统计中常常用方差或标准差作为衡量随机变量取 ／ 值均匀程度的数量指标。当２个随机变量的方差相等时，只能表明它们分 别围绕各自的平均值取值的均匀程度相同，但不能认为２个随机变量各自 ／ 取值的分散程度相等。因此，要比较两者取值的均匀程度与自身取值大小 ／ 的相对关系，必须用随机变量的变异系数，即标准差除以平均值的百分 数。它反映了某一随机变量本身的不稳定性。 压实度的变异性在沥青路面施工中是客观存在的，表１为几条高速公 路的抽样数据统计。从表１可以看出，压实度的变异性在上、中、下面层客 观存在。 表１压实度变异性数据抽样统计 项目 洲榆向ｊ噩公始 黼黔向还公始 层位 上面层 中面层 下面层 上面层 中面层 下面层 样本数 ３７ ４７ ８５ ｌ５３ ２２２ １５０ 均值／％ ９９．０ ９９．２ ９９．０ ９９．Ｏ ９７．９８ ９８．０４ 标准值 ０．４ Ｏ．３２ Ｏ．４３ Ｏ．８１６ ０．３４９ ０．６２２ 变异系数／％ Ｏ．４１ Ｏ．３２ Ｏ．４３ Ｏ．８２ ０．３６ ０．６３ ２压实度变异对路用性能的影响 现如今的高速公路路面沥青混凝土施工中，沥青混凝土的密实度直 接影响路面结构层的强度、刚度和稳定性。实际施工中采用压实度指标来 ’２ａ７ 囵囵囵四 压密形变见表３。 路桥建设 压路机（压实铺筑层的上部），可以得出较好的压实效果。 表３不同竣工压实度１０ｃｍ厚沥青混凝土可能产生的压密形变 ４最大理论密度压实度和标准马歇尔试验密度压实度 的讨论 压实度一般采用钻孑Ｌ取芯试件的视密度和标准马歇尔试验视密度进 行计算。但现场检测发现，不少压实度满足要求的地段在进行渗水试验时， 笔者认为主要有２个原因。 （１）压实度满足要求说明试件的空隙率较小，而渗透性不仅于空隙率的 大小有关，还与空隙的结构、相互连通状况有很大的关系。研究表明，不仪 不同空隙率的沥青混凝土路面具有不同的渗透性，即使相同空隙率的沥青 混凝土路面，其渗透性也不同，这主要与混合料内部空隙的分布形式有关。 （２）压实度的值为钻芯视密度与 天拌和场取样标准马歇尔试验视密 从表３可以看出，竣工压实度不同，开放交通后，沥青混凝土面层会产 车动荷载的冲击力作用下加快恶化进程，此时已不再是局部简单的压密， 冲击力将使较低处的沥青混合料挤向两侧或前方，形成更大的不平整，加 快路面的破坏。 生不同的压密形变，使路面平整度恶化。平整度开始恶化的沥青面层在行 渗水系数较大。 ３控制压实度变异的措施 ３．１保证碾压温度 实践证明，碾压温度是影响沥青混凝土密实度的最主要因素。沥青混 合料作为一种粘～弹性体，温度越高，其塑性越大，就越容易在外力作用下 缩小空隙和增加密实度，也就越容易获得平整效果。一般而言，在沥青混合 料的规定温度范围内混合料的温度越高，越容易达到高密实度。表４为在不 同的击实温度下，沥青混合料的马歇尔试件的性能指标比较。从表４可以看 出，随着击实温度的升高，沥青混合料的密实度也相应增大。 表４不同击实温度下标准马歇尔试验密度比较 温度／℃ １４０ １３０ １２Ｏ １１０ １０ 试件１ ２．４３１ ２．４２８ ２．４２１ ２．２７７ ２ １ 视密度／（ｇ／ｃｍ ） 试件２ 试件３ ２．４４２２ ２．４４２ ２．４３０ ２．２５５ ．４９３ ２．４０５ ２．３５ｌ ２．２９１ ２．１ 试件４ ２．４４９ ２．４２０ ２ ３５１ ２．２３４ 均值 ２．４５４ ２．４５１ ２．３８８ ２．２６４ ２．１ 模拟压实度／％ １０Ｏ ９９．８８ ９７．３１ ９２．２６ ８８． ３．２控制碾压速度 碾压速度影响振动轮对单位面积内材料的压实时间。碾压速度较低 时，材料单位面积内的振动次数比增加碾压遍数时要多，因而作用在被压 材料上的能量，前者多于后者。实际上，传递到被压材料层内的能量与碾压 速度成反比。假定使碾 ／一～ 压层材料达到规定密实 述９９８７ ／＿，一 ．．一 ，，一——蓍嚣 ，— ～ 一ｌ０Ｊａｎ，ｈ 度所需的压实能量不 ， ／／ ‘／ ２ ５ｋｍ／ｈ 变，则碾压速度加倍时， ９３ 碾压遍数大致也要加 ·２ｘ８· 度的比值。在前文巾已经指出，拌和场热料仓中集料的级配变异性较大，既 不能如实地反映生产配合比，又不能很好地反映实际铺筑的沥青混合料的 级配。因此，当天拌和场取样标准马歇尔试验视密度会随着每天级配和油 石比的变异而波动，以这样的视密度来计算压实度，作为控制空隙率的指 标显然无法满足要求。 为此，可以采取以下措施。 （１）施工现场空隙率控制方面增加渗水系数指标。渗水系数与单纯的 空隙率指标相比，能够更好地反映空隙的结构、分布和连通状况。 ｆ２）采用理论密度压实度和标准马歇尔试验密度压实度双重控制指 标。 美国同类规范对压实度提出了３个控制指标：标准马歇尔试验密度的 ９６％；最大理论密度的９２％；试验路钻孔密度１￣９９％。 实际上，前面２个压实度是可以相互换算的： Ｋ２＝Ｋ ＪＸ（１一ＶＶ） ｆ４） 式中：Ｋ 为按标准马歇尔试验密度计算的压实度，％；Ｋ 为按最大理论 密度计算的压实度，％；ｖｖ为混合料设计空隙率，％。 其中，Ｋ，和Ｋ 压实度标准等效的关键是空隙，卒Ｖ Ｖ＝４．１７％，表５为不同 空隙率下２种压实度标准的对比。 表５不同空隙率下２种压实度标准的对比 设计空隙率／％ Ｋ。／％ Ｋ。／％ ２ ９６ ９６×（１—０．０２）＝９４．０８ ４ ９６ ９６×（１ ０．０４）＝９２．１６ ４． １７ ９６ ９６×（１—０．０４１７）＝９２．００ ６ ９６ ９６×（１ ０．０６）＝９０．２４ ８ ９６ ９６×（１ ０．０８）＝８８．２４ 从表５可以看出，当空隙率为４．１７％时，２种标准是等效的；当空隙率小于 ４．１７％时，达到标准马歇尔试验密度的９６％，意味着超过最大理论密度的 ９２％；相反当空隙率大于４．１７％时，达到标准马歇尔密度的９６％，并没有达到 最大理论密度的９２％，出现压实度达标的假象。例如当空隙率为６％时，标准 马歇尔试验密度压实度为９６％时，最大理论密度压实度仅有９Ｏ．２４％，远没有 达Ｎ９２％的要求。凶此有必要增加最大理论密度压实度控制指标，以确保 压实度满足要求。 ５结语 （１）压实度的变异性在沥青路面施工中客观存在。 （２）压实度的变异性容易使沥青混合料的空隙率过大或过小，降低马 歇尔稳定度和影响平整度。 （３）控制压实度的变异性可以从保证碾压温度、控制碾压速度（主要是 不能太快）和组织合理的碾压次序（采用重型 实机械）着手。 （４）最大理论密度压实度是比标准马歇尔试验密度压实度更严格的压 实度控制指标，建议施工中采用双重控制指标。同时，建议增加渗水试验控 制指标，和压实度指标一起更好地控制面层沥青混凝土的空隙率，防止水 损害。