排水瀝青路面罩面技術(shù)在寧靖鹽高速公路中的應(yīng)用

Application of Overlay Technology for Drainage Asphalt Pavement in Ningjingyan Highway

劉世雄1，楊曉強(qiáng)2，曹興松1（1重慶對外建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶　401112；2公路創(chuàng)新工程技術(shù)研究中心，北京　100088）

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排水瀝青路面罩面技術(shù)在寧靖鹽高速公路中的應(yīng)用

Application of Overlay Technology for Drainage Asphalt Pavement in Ningjingyan Highway

劉世雄1，楊曉強(qiáng)2，曹興松1
（1重慶對外建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶401112；2公路創(chuàng)新工程技術(shù)研究中心，北京100088）

摘要：排水瀝青路面結(jié)構(gòu)可提高路面安全性、環(huán)境友好型等道路新功能，即將成為我國第四代功能性瀝青路面發(fā)展的重要方向。以寧靖鹽高速公路運營13年的罩面工程為依托，結(jié)合舊路面殘余壽命評估、級配優(yōu)化與加速加載驗證，并在施工工藝優(yōu)化和環(huán)境功能評估等方面進(jìn)行研究，為舊路面工程中應(yīng)用排水瀝青路面技術(shù)提供工程實踐支持。

關(guān)鍵詞：排水瀝青路面；罩面技術(shù)；應(yīng)用研究

Abstract:Drainage asphalt pavement structure can improve road safety, environment-friendliness and other new road functions，and it will become the important direction of the fourth generation of functional development of the asphalt pavement highway in China. Based on the overlay project of Ningjingyan highway, which has been in operation for 13 years, and combined with residual life assessment of the old pavement，grading optimization and accelerated verification，the aspects of construction technological optimization and environmental assessment are studied for practical support.

Keywords:drainage asphalt pavement; overlay technology; application study

0　引言

江蘇寧靖鹽高速公路工程于1998年4月開工，2001年11月通車。寧靖鹽高速公路設(shè)計速度100km/h，雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路面橫坡為2％。該條高速公路是江蘇“四縱四橫四連”干線公路的重要組成部分。

排水瀝青路面具有較短的道路剎車距離、抑制路面雨天濺水及水霧、降低交通噪聲、緩減城市熱島效應(yīng)和構(gòu)建海綿城市等功能，實現(xiàn)了道路安全與環(huán)境友好的最高標(biāo)準(zhǔn)，屬于第四代功能性道路結(jié)構(gòu)。寧靖鹽高速公路運營13年后道路主要病害以淺層放射性裂紋和行車道車轍為主。淺層放射性裂紋呈現(xiàn)中心向兩側(cè)擴(kuò)散趨勢，屬于典型的瀝青混合料疲勞特征。探索江蘇省高速公路未來道路大修罩面結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)道路由通達(dá)向高安全和環(huán)境高度融合的功能性跨越，寧靖鹽高速公路的罩面工程對排水瀝青路面技術(shù)開展了相關(guān)研究。

1　舊路面調(diào)查及殘余壽命評估

（1）永久變形：大于8mm占車道32.5％，大于10mm占車道26.2％，車轍深度大于12mm占車道的12.6％，車轍深度大于15mm占車道的1.0％，道路雨天行車面臨嚴(yán)重的安全危機(jī)，車轍呈現(xiàn)快速增長趨勢，為本次大修罩面急需解決的主要問題。

（2）平整度：行駛質(zhì)量指數(shù)RQI均在90以上，平整度較好。（3）抗滑性能：SRI均在90以上，抗滑性能較好。

（4）承載能力：路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI均為100，路面強(qiáng)度等級均為優(yōu)，半剛性基層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（5）裂紋：小于3.75m裂縫占31.6％，大于3.75m小于11.0m裂縫占45.6％，貫穿性裂縫占22.8％。裂縫主要為行車道向超車道及應(yīng)急車道擴(kuò)散趨勢，取芯判斷小于3.75m裂縫基本屬于淺層放射性；大于3.75m小于11.0m的裂紋大多數(shù)發(fā)生上面層位置，屬于淺層性放射裂紋的深度破壞形式。

寧靖鹽高速公路運營13年的路面整體結(jié)構(gòu)較好，表面層瀝青混合料疲勞損傷已經(jīng)跨越臨界線；其中部分貫穿性裂紋未及時封閉，導(dǎo)致雨水侵蝕的裂紋呈現(xiàn)加速擴(kuò)散趨勢，引起視覺上判斷為路基導(dǎo)致的不穩(wěn)定裂紋假象；部分閉合灌縫裂紋出現(xiàn)了路基失穩(wěn)性破壞。通過對灌縫裂紋兩側(cè)動力響應(yīng)判斷，部分灌縫裂紋屬于淺表型。

（6）路面殘余壽命評價：以停車帶當(dāng)量軸次為標(biāo)準(zhǔn)，對比行車道和超車道加速加載變形相對當(dāng)量軸次，評價原路面全尺寸厚度的高溫多雨運營軸載殘余壽命。原路面加速加載驗證結(jié)果見表1。

表1　原路面加速加載試驗結(jié)果

根據(jù)高速公路路況調(diào)查結(jié)果表明，車轍為主的病害影響行車安全，其次為淺層疲勞裂紋。表1加速加載數(shù)據(jù)可知，原路面停車帶基本未遭荷載破壞，除了瀝青膠漿老化外，其他結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。假定停車帶結(jié)構(gòu)與初始路面結(jié)構(gòu)當(dāng)量軸次相當(dāng)，原路面車道及罩面車道換算成當(dāng)量軸次進(jìn)行比較得出：（1）原路面行車道殘余當(dāng)量軸次增量為485％，加載后的表面層基本完全破壞，路面處于抗高溫變形崩潰邊緣；（2）原路面超車道的結(jié)構(gòu)殘余當(dāng)量軸次增量286％，加載后出現(xiàn)細(xì)微裂紋，按照13年交通當(dāng)量軸次為標(biāo)準(zhǔn)，原路面超車道的抗高溫變形能力可維持5-8年，按照當(dāng)量軸次預(yù)估疲勞期為3-6年；（3）原行車道抗高溫變形能力可維持1-3年。

2　罩面結(jié)構(gòu)預(yù)期壽命評估

本次罩面結(jié)構(gòu)預(yù)期壽命評價采用公路創(chuàng)新工程技術(shù)研究中心專用加速加載設(shè)備，對舊路面罩面結(jié)構(gòu)采用全尺寸厚度仿真運營模式的加速加載測試，檢測結(jié)果見表2所示。

表2　不同罩面結(jié)構(gòu)全尺寸加速加載試驗結(jié)果

排水瀝青罩面結(jié)構(gòu)與最優(yōu)異的SMA罩面結(jié)構(gòu)進(jìn)行壽命比較評估?？傮w認(rèn)為：（1）PAC罩面結(jié)構(gòu)與SMA罩面結(jié)構(gòu)在超車道的豎向當(dāng)量總變形相當(dāng)，實測車轍深度PAC罩面結(jié)構(gòu)比SMA罩面結(jié)構(gòu)更加優(yōu)異；按照13年荷載當(dāng)量軸次為基準(zhǔn)，加速加載當(dāng)量軸次變形與路面實際運營變形換算得出，SMA罩面結(jié)構(gòu)和PAC罩面結(jié)構(gòu)的運營壽命均不低于原路面當(dāng)量軸次，罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計合理可靠。按照當(dāng)前交通增漲數(shù)據(jù)換算得出，采用罩面后的行車道運營壽命預(yù)估在7-10年；罩面后超車道的運營壽命10-15年。

3　應(yīng)力防水黏結(jié)層設(shè)計

應(yīng)力防水黏結(jié)層設(shè)計需充分考慮淺層放射性裂紋及運營荷載對其加速擴(kuò)散的影響。按照病害與性能對應(yīng)解決的思路，淺層放射性裂紋銑刨1cm，銑刨后灑水風(fēng)干時觀測發(fā)現(xiàn)橫向未貫穿的裂紋基本消失或裂紋長度大大縮短。經(jīng)過反復(fù)測試比對應(yīng)力防水粘結(jié)層最優(yōu)設(shè)計方案，碎石預(yù)裹附的瀝青采用SBS改性瀝青，最佳油石比為0.5％，預(yù)裹附面積應(yīng)大于95％。

原路面銑刨工藝上采用無水或小水量的方式，減小銑刨粉塵對下臥層污染提高層間連結(jié)。通過檢測應(yīng)力防水黏結(jié)層的灑布量與下臥層清潔工藝對比得出，橡膠瀝青灑布量控制在1.5～1.9kg/m2范圍，可提高應(yīng)力防水黏結(jié)層的抗韌性變形擴(kuò)展能力。對于攤鋪機(jī)與運輸車通道部分預(yù)裹附的瀝青碎石按照滿鋪率50％～70％撒布，其他部分盡量少撒。下臥層銑刨后采用高壓氣體對原舊路面銑刨層強(qiáng)制清潔，層間粘附強(qiáng)度為最佳，全路段未出現(xiàn)局部的脫層現(xiàn)象，施工難度和可靠性提高。

對于路基類不穩(wěn)定引起的貫穿性裂紋，采用層間錯位銑刨到下面層頂面，對裂紋處采用抗裂聚酯玻纖布強(qiáng)化處理，延長了反射裂紋周期；處理方案如圖1所示。

圖1　不穩(wěn)定裂紋設(shè)計

4　橋面及橋頭過渡設(shè)計

受到橋面荷載安全限制，橋面原表面層銑刨4cm后鋪筑排水瀝青混合料PAC-13。由于原路面銑刨1cm加鋪罩面4cm與橋面形成3cm高差，橋頭需設(shè)計銑刨過渡段；如圖2所示。

圖2　過渡段設(shè)計

表3　最優(yōu)級配組合

表4　KLT-DHVA高粘度改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

5　耐久性排水瀝青路面混合料設(shè)計

本項目采用聚酯長纖維穩(wěn)定劑、高粘度改性瀝青和高強(qiáng)耐久的粗集料等材料組合；采用公路創(chuàng)新工程技術(shù)研究中心開發(fā)的排水瀝青混合料體積指標(biāo)演算模型，可得到最優(yōu)的級配組合；并運用了最新開發(fā)的瀝青混合料內(nèi)聚強(qiáng)度和彈韌性指數(shù)等關(guān)鍵控制預(yù)防飛散標(biāo)準(zhǔn)。高粘度瀝青、粗集料和初步混合料性能參數(shù)見表3、表4、表5和表6。

根據(jù)表6驗證性能選取D級配作為寧靖鹽高速公路罩面目標(biāo)配合比設(shè)計實施參數(shù)。

表5　玄武巖粗集料技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

表6　瀝青混合料性能檢驗結(jié)果

6　排水瀝青路面施工工藝

配合比的材料優(yōu)選、級配優(yōu)化組合到施工工藝均以預(yù)防飛散病害為核心控制。碾壓工藝上創(chuàng)新了預(yù)防飛散的組合。由于排水瀝青路面骨架結(jié)構(gòu)以粗集料點對點接觸，攤鋪上總會出現(xiàn)局部的坑槽或空洞問題，這些坑槽或空洞將導(dǎo)致排水瀝青路面在運營期間發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，從而嚴(yán)重影響排水瀝青路面的結(jié)構(gòu)和功能耐久性。SMA和PAC這類多膠漿瀝青混合料基本不使用膠輪壓路機(jī)搓揉工藝。本項目嘗試采用膠輪搓揉預(yù)防飛散的工藝，希望通過在橫斷面上的剪切作用，從而實現(xiàn)混合料密實的骨架穩(wěn)定。

膠輪碾壓工藝需預(yù)防高粘度膠漿被輪胎粘附導(dǎo)致的路面損壞。本項目開發(fā)了KLT-G的膠輪隔離添加劑，排水瀝青混合料在隔離添加劑中浸泡48h無任何腐蝕現(xiàn)象。徹底解決了排水瀝青混合料使用膠輪粘附性破壞難題，提高排水瀝青混合料骨料均勻、密實和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

匝道和彎道等剪切應(yīng)力較高的路段，本項目采用高粘度改性乳化瀝青及滲透性樹脂的超前預(yù)養(yǎng)護(hù)體系，提高了路面的飛散能力；經(jīng)過1年多的工程觀測效果顯著。

7　功能特性

寧靖鹽高速公路排水瀝青罩面工程開展了功能性檢測，數(shù)據(jù)見表7所示。

表7　排水瀝青路面功能性檢測結(jié)果匯總

根據(jù)表6檢測結(jié)果分析，排水瀝青路面溫度場環(huán)境響應(yīng)與預(yù)期出現(xiàn)了偏差。排水瀝青路面在冬季低溫與密級配路面提高3.1℃，夏季高溫與密級配路面降低2.4℃。其他功能特性與現(xiàn)行研究結(jié)論基本一致。

8　結(jié)論

寧靖鹽高速公路排水瀝青罩面工程的應(yīng)用研究，開啟我國高速公路大修罩面排水瀝青路面的先河，為評價結(jié)構(gòu)殘留壽命、罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案驗證、配合比多指標(biāo)仿真優(yōu)化、道路功能性評估和環(huán)境響應(yīng)分析等最新的應(yīng)用探索和實踐提供了基礎(chǔ)資料。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹興松，楊曉強(qiáng).雙層排水瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究總報告[R].2013.

[2]楊曉強(qiáng).鹽靖高速公路排水瀝青路面專項治理工程設(shè)計與技術(shù)咨詢服務(wù)總報告[R].2014.

[3]賀強(qiáng)，卜小娟，楊曉強(qiáng)，等.排水性瀝青混合料配合比設(shè)計及調(diào)整[J].江西建材，2015（8）.

[4]卜小娟，賀強(qiáng)，楊曉強(qiáng).排水性瀝青路面施工技術(shù)及質(zhì)量檢測[J].江西建材，2015（8）.

責(zé)任編輯：孫蘇

能工巧匠

吊線墜穩(wěn)定一法

建筑行業(yè)高科技蓬勃發(fā)展的今天，各建筑工地都已普遍使用經(jīng)緯儀和激光經(jīng)緯儀等測量儀器來測量建筑物的垂直度。但在無經(jīng)緯儀和在無法使用經(jīng)緯儀的工作部位，就只能使用較原始的吊線墜，特別是煙囪等超高構(gòu)筑物施工時，每個作業(yè)班次都要進(jìn)行多次的測量定中，以確定構(gòu)筑物在施工過程中的垂直度。但由于建筑高度、線墜重量，還有各種外部因素的干擾，吊線墜時就會出現(xiàn)線墜晃動和不穩(wěn)定。

線墜不穩(wěn)定可能有以下原因：(1)建(構(gòu))筑物高度和線墜重量比例不合理，會使線墜不停地漂移；(2)吊線墜的線繩一般采用棉線或聚乙烯絲線，因為這種線繩都是經(jīng)過紡制而成的，所以在吊線墜的過程中，會使線墜跟隨線繩不停地旋轉(zhuǎn)；(3)由于外部的不利因素如風(fēng)力的干擾，使線墜的線繩不停地?fù)u晃，造成線墜跟著搖擺，這就要等待一定的時間或使用外力使線墜穩(wěn)定而不搖晃，這樣會延誤時間，測量也可能出現(xiàn)偏差。

針對線墜的不穩(wěn)定情況，可采用如下辦法來解決難題。

(1)根據(jù)建(構(gòu))筑物高度和線墜的重量，調(diào)整到合理的比例，寧可偏重一點也不要偏輕一點，這樣就不會因線墜重量過輕而發(fā)生漂移。

(2)可把普通紡線改為尼龍線(俗稱釣魚線)，可使吊線不發(fā)生旋轉(zhuǎn)確保線墜的穩(wěn)定性。在無尼龍線的情況下，可采用另一種方法，即在吊線墜的下方放置一個適當(dāng)?shù)娜萜魇⑸纤獫M足吊線墜全部浸入水中的需要量，把線墜全部浸入水中后，線墜在水的包圍之下，就不會再發(fā)生線墜旋轉(zhuǎn)和晃動的情況，就能很快測出該部位的垂直度。如果定點是在地面上，盛水的容器可能就覆蓋住地面上的定點，這就需要找一個透明的玻璃容器盛入適量的水，把線墜浸入水中，因為容器是透明的，就解決了看不見地面定點這一難題，這種方法也能很容易解決因風(fēng)力干擾線墜不停搖晃的問題。

(3)清除各種外部物體的干擾因素，這樣就可正確、快速地使用吊線墜的原始施工方法測量建(構(gòu))筑物的垂直度。（摘自：《建筑工人》）

作者簡介：劉世雄（1981-），男，湖南常德人，研究生，工程師，主要從事高速公路技術(shù)及科技項目管理工作。

收稿日期：2015-12-08

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.01.045

中圖分類號：U416.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）01-0045-04