表層排水瀝青路面在岳望高速工程中的應用

(1.岳陽市公路橋梁基建總公司, 湖南 岳陽 414100； 2.湖南省交通科學研究院有限公司, 湖南 長沙 410015)

0 引言

排水瀝青路面也稱多孔瀝青(Porous Asphalt，PA)路面，空隙率通常在18%以上，這種路面結構具有很好的排水和抗滑性能，同時還具備一定的降噪功能，在國外常被稱為低噪音路面(Noise Reducing Pavement)；而我國更加注重這種路面的排水能力，因此也叫排水瀝青路面。1980年開始，上海、河北等多地相繼鋪筑PA路面試驗段，由于當時未有效考慮我國重載交通量的增長速度、缺乏優(yōu)質的改性瀝青等問題，都沒能取得良好效果。2000年以來，國內科研機構陸續(xù)對PA路面性能、混合料組成設計、施工工藝、重載適用性等進行了廣泛研究，取得了一些研究成果[1-3]。近年來，路面降噪性能和雨天行車安全性能受到路面專業(yè)技術人員的重視，國內很多學者熱衷對PA路面性能與應用進行研究，為PA路面技術的推廣應用提供了寶貴經(jīng)驗[4-8]。

湖南省應用排水路面起步較晚，從2016年開始，先后在龍永高速、岳望高速及潭邵高速大修中部分路段開展了PA路面的試驗。本文以岳望高速為例，針對以往PA路面施工存在的問題，提出表層PA路面施工控制關鍵技術，并對其成品質量進行跟蹤檢測，為湖南省后續(xù)PA路面大規(guī)模推廣提供經(jīng)驗。

1 PA路面方案與混合料設計

1.1 PA路面方案設計

岳望高速公路是湖南省岳陽—臨武高速公路的組成部分，同時也是京港澳高速公路并行線——許廣高速公路的組成部分，設計行車速度120 km/h，采用雙向6車道，全長101.633 km。路面結構采用4 cm改性瀝青SMA-13+6 cm改性瀝青AC-20C+9 cm石油瀝青ATB-25+3×20 cm水泥穩(wěn)定碎石。岳望高速公路相對于雙向4車道高速公路，路面較寬，雨天路表匯水面積也相對較大，特別是在公路超高漸變段中，如果道路縱坡較小，漸變段綜合坡度不能滿足路表排水需求，則在降雨情況下，不可避免會出現(xiàn)嚴重積水，極易引發(fā)車輛漂滑，存在重大安全隱患[9]。鑒于此，為了減少易積水路段產(chǎn)生積水的可能性，對岳望高速全線路段進行了篩選，選取9段實施PA-13路面，具體如表1所示。PA-13路面段結構采用4 cm改性PA-13瀝青替換4 cm改性瀝青SMA-13，其余結構同原SMA路面。

1.2 混合料設計

PA-13瀝青混合料采用馬歇爾設計方法，通過飛散與析漏試驗綜合確定最佳瀝青用量。

1.2.1原材料

本項目采用SBS(I-D)改性瀝青，改性劑采用中路高科(北京)公路技術有限公司生產(chǎn)的HVA高粘度添加劑，摻配比例為:m(HVA高粘度添加劑)∶m(SBS改性瀝青)=8∶92，高粘瀝青各項檢測結果見表2。纖維采用中路高科(北京)公路技術有限公司生產(chǎn)的聚酯纖維，摻量為混合料質量的0.1%。

表1 岳望高速公路PA-13路面實施路段一覽表序號樁號長度/km備注1K1+200～K2+5001.3存在2處緩和曲線橫坡為0點,縱坡為0.5%2K18+420～K19+0200.6長下坡緩坡地段,存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡為0.5%3K28+210～K29+0000.79深切方,存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡為0.5%4K42+850～K43+8000.95存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡為0.5%5K49+380～K50+3000.92存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡為-0.5%6K52+550～K53+1300.57存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡為-0.5%7K61+710～K62+6100.9存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡較小8K63+850～K66+6102.76存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡較小9K68+570～K72+6004.03存在緩和曲線橫坡為0點,縱坡較小

粗集料為江蘇南京碎石場生產(chǎn)的玄武巖碎石，細集料為臨湘碎石場生產(chǎn)的石灰石機制砂，礦粉為石灰?guī)r質，集料和填料的各項指標經(jīng)檢測均滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

表2 高粘度改性瀝青技術指標檢測結果類別針入度(25 ℃,100 g,5 s)/(0.1 mm)軟化點(TR&B)/℃延度(5 ℃,5 cm/min)/cm動力粘度(60 ℃)/(Pa·s)布氏旋轉粘度(170 ℃)/(Pa·s)溶解度/%相對密度(25 ℃)TFOT后殘留物質量變化/%針入度比(25 ℃)/%延度(5 ℃,5 cm/min)/cm技術要求≥40≥80≥30≥40 000≤2.5≥99實測記錄±1.0≥65≥20檢測結果4195.531564 3871.299.71.018-0.11092.020

1.2.2混合料級配

PA-13合成級配圖如圖1所示。

圖1 PA-13混合料合成級配曲線

1.2.3最佳瀝青用量

試驗室分別以3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%這5組油石比配制瀝青混合料進行析漏試驗，采用析漏曲線拐點作為最佳瀝青用量，試驗結果見圖2，由此確定PA-13混合料的最佳油石比為4.8%，混合料相關體積參數(shù)：最大理論相對密度為2.622，毛體積相對密度為2.020，空隙率為23%(體積法)。

圖2 PA-13混合料析漏損失率與油石比關系

2 施工質量控制

PA路面在我國仍是一項較新的路面技術，并未得到廣泛應用。在混合料生產(chǎn)時，PA路面需要添加高粘劑和聚酯纖維，由于材料比重大，沒有配套的機械設備，只能采用人工添加，這樣添加的量和分散的程度就不能得到保證，嚴重影響質量。其次，瀝青路面由于施工的不均性，難以保證各結構層完全不滲水。另外，局部路段應用PA路面，存在常規(guī)瀝青路面與PA路面的施工銜接問題，以往的做法都是設置施工縫，嚴重影響路面平整度與舒適性。為此，在本次PA路面試驗段施工中采取了以下措施。

2.1 提高下承層封水效果

有效控制PA-13路面的排水途徑在排水表層內，決定了排水路面的效果與耐久性。施工時，一方面要控制下承層中面層的施工質量，確保密實。本項目全線瀝青面層均采用大厚度、全寬式攤鋪機整體攤鋪；碾壓時，采用37 t大噸位的膠輪壓路機梯隊碾壓，很好地解決了混合料的離析與壓實，中面層的密水性總體較好。另一方面，應設置有效的粘層防水。粘層施工前，要對施工現(xiàn)場進行認真清理，用清掃車與森林滅火器將表面浮灰、松散物清掃干凈、吹凈，確保下承層的潔凈與干燥。在粘層施工中，使用高劑量的SBS改性乳化瀝青作為防水粘結層，灑布量為0.8 kg/m2(以固含量計)，分2次進行灑布(每次灑布均為0.4 kg/m2)，第1層乳化瀝青破乳后方能開始第2層灑布;下承層表面灑布均勻且足量的改性乳化瀝青，做到路表面“亮晶晶”，車輛行走輪胎有“拔絲”現(xiàn)象為佳。

2.2 提高PA-13混合料外加劑計量精確度

PA-13混合料粗集料骨架完全靠高粘改性瀝青與聚酯纖維粘結，因此外加劑添加計量的準確度決定混合料的質量。在混合料生產(chǎn)時，一方面要嚴格控制PA-13瀝青混合料的拌和順序和時間：①集料+聚酯纖維干拌10 s；②噴灑瀝青，同時投入HVA高粘改性劑，拌和15 s；③3～5 s投放礦粉，礦粉投完后拌和35 s，整個循環(huán)周期不少于65 s。另一方面，HVA高粘度改性劑與聚酯纖維由于自身比重較大，以往沒有匹配的設備，均采用人工添加，精確度低。本項目聯(lián)合纖維廠家，開發(fā)了大功率負壓設備，采用自動稱量吹送至拌和鍋，有效確保拌和樓生產(chǎn)的每一盤PA-13混合料都精確添加高粘改性劑與聚酯纖維，較好解決了外加劑添加計量精度問題。

2.3 解決局部應用PA-13混合料的有效銜接

本項目只是在局部排水不暢的路段表層采用PA-13路面，因此PA-13路面如何銜接SMA路面成了攤鋪必須解決的首要問題。為了確保路面攤鋪連續(xù)，提高平整度，采用了PA-13路面與SMA路面無縫對接技術。一是準確計算PA-13路段混合料總量，現(xiàn)場有序管控，嚴格區(qū)分PA-13與SMA混合料運輸車；二是盡量清空攤鋪機料斗存料，在攤鋪SMA路面結束時，盡可能將攤鋪機里面的SMA混合料攤鋪干凈，然后再倒入PA-13混合料，為路面過渡提供基礎條件；三是設置3 m“過渡段”替代施工接縫:首先是攤鋪速度的平穩(wěn)過渡，正常路面攤鋪速度控制在3 m/min左右，臨近“過渡段”時，攤鋪速度先緩慢降低，然后再平穩(wěn)恢復正常，即攤鋪速度由3 m/min→1 m/min→3 m/min轉變;其次是松鋪系數(shù)的平穩(wěn)過渡，SMA的松鋪系數(shù)為1.28，排水瀝青路面的松鋪系數(shù)為1.2，按4 cm厚的路面計算，對應的松鋪厚度分別為5.1、4.8 cm，實際施工時，在過渡段內，操作手按攤鋪機每行走1 m調低1 mm松鋪厚度進行松鋪厚度調整，即5.1 cm→5.0 cm→4.9 cm→4.8 cm轉變，做到2種路面的順利過渡，解決PA-13路面不連續(xù)施工的質量隱患以及平整度下降問題。反之，由PA-13路面過渡到SMA路面亦可采取同樣的技術手段。

2.4 避免PA-13路面油斑

PA-13混合料為“骨架-空隙”結構，細集料含量少，混合料在長時間高溫儲存時，容易形成析漏，在運輸車貨箱底板凹處易產(chǎn)生瀝青“聚集”效應，當析漏量達到一定時會順著混合料進入攤鋪機，從而在局部路段產(chǎn)生“油斑”，嚴重影響成品路面質量，如圖3所示。主要從2方面解決:一方面，必須合理配置運料車，使其與拌合站的產(chǎn)能匹配，保證前后場的有效銜接，盡量減少攤鋪等待時間，減少瀝青“聚集”時間;另一方面，運輸車輛的貨箱四周以及底板在每次裝料前一定要清潔干凈，及時清理瀝青析漏的“聚集”。另外，在攤鋪現(xiàn)場要配備專人，對成品路面實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)油斑，要及時挖除，用新料進行回鋪。

圖3 PA-13路面局部油斑

3 施工質量檢測

PA-13路面施工成功與否，關鍵在于路面壓實后確保路面有效空隙及過渡銜接段路面平整不產(chǎn)生坑槽、剝落等病害。項目組對PA-13路面施工進行了全過程監(jiān)控、檢測，在9段排水路面中選取2段，分別在施工后以及通車1 a后進行跟蹤檢測，檢測結果如表3、表4所示，圖4為2段PA-13路面通車1 a后使用性能比較。

表3 PA-13路面檢測數(shù)據(jù)路段檢測時間檢測點數(shù)平均構造深度/mm平均摩擦系數(shù)(BPN)平均滲水系數(shù)/(mL·min-1)平均芯樣空隙率/%K18+420～K19+020(左幅)施工后31.62635 62622.1通車1 a31.61585 01522.0K28+210～K29+000(右幅)施工后41.57615 37621.5通車1 a41.55594 87621.3

表4 PA-13路面平整度及外觀檢測檢測位置平整度施工后通車1 a外觀檢測(通車1 a)尺數(shù)/尺平均最大間隙/mm尺數(shù)/尺平均最大間隙/mm坑槽個數(shù)/個面積/m2K18+420(左幅)100.22100.2200K19+020(左幅)100.26100.2800K28+200(右幅)100.18100.1600K29+000(右幅)100.32100.3400

圖4 2段PA-13路面通車1 a后使用性能比較

試驗檢測結果表明：

1) 通車1 a后，構造深度與芯樣空隙率基本維持不變，下降幅度基本小于1%。

2) 通車1 a后，摩擦系數(shù)平均下降3.5BPN，平均下降幅度為-5.61%，主要原因是PA-13路面瀝青混合料瀝青油膜厚度相對于普通路面厚，輪跡帶位置的混合料容易在車輪的反復作用下造成部分瀝青膜脫落，導致摩擦系數(shù)略有下降，但整體不影響路面抗滑性能。

3) 滲水系數(shù)平均下降-555 mL/min，平均下降幅度為-10.1%，PA-13路面排水能力有一定程度衰減，但鉆芯結果表明，混合料的空隙率并未大幅減少，主要原因是行車及雨水沖刷造成表面空隙部分堵塞，且通車后未進行清孔養(yǎng)護。

4) 用3 m直尺測量過渡段平均最大間隙的均值僅為0.2 mm左右，通車1 a后平整度基本無變化，路面整體平整度較好。通過對路面外觀檢測，發(fā)現(xiàn)路面無坑槽、松散等病害，路面整體使用性能較好。

4 結語

結合以往工程經(jīng)驗，針對施工存在的問題，依托岳望高速，通過改進外加劑添加設備與在不同路面間實施“無縫對接”等關鍵技術，成功解決了以往排水路面施工難題。通過選取部分路段，分別在施工后以及通車1 a后進行跟蹤檢測，各指標均控制良好，路面整體使用性能較好。排水路面的長期使用性能有待進一步觀測，通車后應加強排水路面清孔養(yǎng)護工作，確保整體排水效果。綜上所述，排水瀝青路面在我省高速公路具有一定的推廣應用價值。