普封層技術在普通干線公路養護工程中的應用研究
高旗
南召縣公路管理局河南南陽474650
摘要：為解決普通干線公路G345線南召段瀝青路面龜裂、坑槽等病害問題，提出開普封層預防性養護方案。通過優化微表處礦料級配、提高材料指標要求等技術措施，解決了開普封層在重載渠化交通狀況下易產生車轍、泛油、脫皮等問題。經過兩年多的跟蹤觀測，試驗路段經歷了夏季連續高溫和重載交通的考驗，路面狀況良好。
關鍵詞：龜裂病害；開普封層；預防性養護；高溫重載；
開普封層作為一種典型的預防性養護技術，由碎石封層下層和微表處(稀漿封層)上層組成，具有優異的抗滑、耐磨和封水性能，且由于下層為瀝青碎石封層，可以起到應力吸收層的作用，延緩裂縫向上反射，提高路面耐久性。同時，由于開普封層為復合封層，瀝青用量較大，在重載渠化交通狀況下，容易出現泛油、車轍病害，降低路面的抗滑性能，且存在整層脫皮和噪音大等問題，因此開普封層一般用于普通公路路面預防性養護。
1.新型開普封層的結構形式
開普封層首先在南非的開普敦(CapeTown)使用，因此稱為開普封層(Capeseal)。原始的方案是上下雙層設計，下層為碎石封層或稀漿封層，上層為微表處?？偤穸葹?cm左右。該項研究是根據上海的氣候特點、地貌特征和交通荷載需求，考慮到農村公路標高和開放交通的時限，對開普封層進行了改良處理。采用橡膠瀝青纖維碎石封層和低噪音微表處的組合(結構厚度1.5～2.0cm)，這種組合可以充分發揮兩種結構的優勢。該結構下層采用碎石封層結構(厚度0.6～1.0cm)，起防水粘接作用；中層采用微表處(厚度0.4～0.6cm)，作為銜接，滲入至碎石封層的孔隙中，起到承上啟下和找平的作用，滲入之后厚度降至0.5cm左右；上層的微表處即與交通荷載直接接觸的一層(厚度約為0.5～0.8cm)，既具有良好的抗滑性能又有良好的平整度?？傮w結構圖如圖1所示。與常規開普封層呈現出明顯的結構性質上的不同，且在行駛噪聲上有較大的改善，因此稱為新型開普封層。
圖1新型開普封層結構圖
1.項目概況
G345線南召前莊至白水林段為山嶺重丘區二級瀝青混凝土公路，路基寬85米、路面寬7米，全長37197公里。該路段***近一次改建時間為2011年，目前路面出現縱、橫向裂縫、輕度車轍、輕度坑槽和沉陷等初期病害，經評定項目路段路面損壞狀況指數PCI=888，路面行駛質量指數PQI=935，路面使用性能指數為RQI=907，路面結構強度指數PSSI=8931。為避免道路病害進一步發展，延長路面使用壽命，降低道路全壽命周期成本，因此。對該路段進行開普封層預防性養護，該項目的建設不僅是河南省干線公路網結構改善和提高道路服務水平的必要舉措，也是區域經濟發展的迫切需要。
2.病害原因分析與養護方案
目前G345線南召前莊至白水林段瀝青路面的病害之一為龜裂，主要出現在行車道輪跡帶處。路面出現龜裂病害后，雨水沿裂縫進入路面內部，在動水壓力作用下，集料剝落，逐漸發展形成坑槽病害。
2.1病害原因分析
通過查閱原設計資料、交通量資料及實地勘察，分析導致龜裂病害產生的主要原因有兩點。
1)瀝青路面已達到設計使用壽命
為查看病害的發生層位，分析龜裂病害的發展情況，在龜裂病害處進行取芯，見圖2。從芯樣可以看出，龜裂嚴重部位，裂縫貫穿上面層，中面層基本無裂紋?？梢耘袛嗔芽p是從上往下發展的，并主要發生在上面層。這是比較典型的剪切疲勞裂縫，意味著瀝青混凝土在長達7年的疲勞荷載作用下，基本達到材料疲勞壽命極限。
圖2龜裂病害取芯照片
2)交通量大、超重載車輛多
G345線南召前莊至白水林段是南陽市境內重要的南北向干線公路，也是河南省干線公路網的重要組成部分，交通異常繁忙，圖3所示為近幾年交通量變化趨勢，2017年年交通量達19317萬輛/年，日交通量達53萬輛/日，貨車日交通量9473輛/日，貨車交通量中10t以上重型車型的比例保持在70%左右，超載車輛25%左右。由于交通量大、超重載車輛多，導致路面更容易產生疲勞破壞，出現龜裂病害。
圖3交通量調查結果
2.2養護方案
根據病害原因分析，采用如下方案對G345線南召前莊至白水林段公路龜裂病害進行處治:
1)對于裂縫寬度較大、出現明顯凹陷變形的嚴重龜裂病害，采取銑刨瀝青面層然后重鋪的方案進行處治。
2)對于裂縫寬度較小、無明顯凹陷變形的輕微龜裂病害，采用開普封層預防性養護進行處治。
3.開普封層典型技術設計
為解決傳統開普封層在重載渠化交通下易出現泛油、車轍、脫皮、噪音大等問題，從增加層間粘結、優化微表處礦料級配、提高微表處用乳化瀝青軟化點和碎石封層采用橡膠瀝青等方面著手，提升開普封層整體性能，經過研究實踐，形成開普封層典型技術設計。
開普封層典型設計分三層:乳化瀝青底涂層、橡膠瀝青碎石下層和低噪音微表處上層。底涂層的主要作用是增加熱橡膠瀝青碎石層與原路面的粘結性。下層采用熱橡膠瀝青碎石封層，熱橡膠瀝青可以滲入裂縫內部，對裂縫起一定的彌合作用，同時橡膠瀝青碎石封層具有應力吸收層的作用，延緩裂縫向上反射。上層采用低噪音微表處，具有抗滑、封水、穩定下層碎石封層集料等作用。
1)乳化瀝青底涂層
底涂層采用PCR改性乳化瀝青，用量為03kg/m2。
2)橡膠瀝青碎石下層
碎石采用玄武巖、輝綠巖等火成巖石料，粒徑為475-95mm或95-132mm，石料加熱溫度為150℃，灑布面積率70%-80%；橡膠瀝青具體指標如表1所示，用量10-15kg/m2，具體用量根據原路面狀況及碎石粒徑進行調整；橡膠瀝青碎石下層采用同步碎石封層車進行施工，施工完后用膠輪壓路機緊跟碾壓，碾壓完成后采用余料回收設備將多余集料回收，避免形成夾層。
表1橡膠瀝青技術指標
3)低噪音微表處上層
低噪音微表處用集料采用玄武巖、輝綠巖等火成巖石料，瀝青采用BCR改性乳化瀝青，具體指標如表2所示，低噪音微表處混合料級配如表3所示。
表2BCR改性乳化瀝青技術要求
表3低噪音微表處級配范圍要求
4.施工效果觀測
4.1路面性能檢測
依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20—2011)和施工技術規范，對該路段的施工前后的同一個點位的構造深度、滲水系數和平整度進行了檢測，一共選取了5個檢測點，檢測結果如表4所列。
表4施工前后路況檢測結果一覽
從檢測結果可以看到，由于路面老化破損，且為混凝土路面，施工前的5個檢測點的三項指標均不能滿足規范要求，經過新型開普封層施工后的路面服務性能得到很大程度的恢復，均遠超過規范要求。
4.2效果追蹤觀測
G345線南召前莊至白水林段公路開普封層試驗段于2017年8月施工完畢，用于處治輕微龜裂病害。施工完后路面抗滑、封水性能優異，外觀質量良好。2018年和2019年南召縣夏季遭遇連續高溫天氣(***高超過40℃)，期間多次對開普封層試驗段進行跟蹤觀測，發現整體狀況較好，未出現泛油和明顯車轍(現場測量***大車轍深度4-5mm)。
5.結論
G345線南召前莊至白水林段公路龜裂病害主要是由于重載渠化交通和路面達到設計使用壽命等原因造成的。將開普封層預防性養護技術用于處治G345線南召前莊至白水林段公路路面輕微龜裂病害，開創了開普封層應用于高速公路養護工程的先例，為該技術在重載渠化交通道路的推廣應用積累了實踐經驗。通過增加層間粘結、優化微表處礦料級配、提高微表處用乳化瀝青軟化點和碎石封層采用橡膠瀝青等技術措施，解決了開普封層在重載渠化交通下易出現泛油、車轍、脫皮、噪音大等問題
