南友高速公路排水瀝青路面長(zhǎng)期性能調(diào)查與評(píng)價(jià)

汪繼平，廉向東，范勇軍，彩雷洲

(1.廣西桂東高速公路有限公司，廣西 貴港 537300；2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司；3.中路高科(北京)公路技術(shù)有限公司)

排水瀝青路面具有抗滑性能好、噪聲低、抑制雨天行車(chē)水霧、防止高速行車(chē)“水漂”、減輕夜晚行車(chē)眩光等技術(shù)特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)增進(jìn)道路安全性、提高雨天行車(chē)舒適性、減少交通噪聲等三大路面服務(wù)性能優(yōu)勢(shì)。排水瀝青路面具有較大的空隙率，能有效提高路面滲水能力，在越來(lái)越注重道路功能性的今天，作為一種環(huán)境友好型路面已逐漸成為公路建設(shè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

排水瀝青路面在國(guó)外的研究應(yīng)用歷史已超過(guò)40年，在歐洲、美國(guó)和日本等國(guó)家應(yīng)用廣泛。日本的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高速公路普通路面的雨天事故率是晴天的9倍，而鋪裝排水瀝青路面后，雨天事故可減少80%，交通噪聲可降低3～5 dB，使得雨天安全行車(chē)速度大為提高；由此，其突出的安全性使得排水瀝青路面在日本高速公路被強(qiáng)制使用。在西歐部分國(guó)家和美國(guó)部分地區(qū)也有類似強(qiáng)制使用的情況。在中國(guó)，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院及其下屬企業(yè)中路高科(北京)公路技術(shù)有限公司等單位自2001開(kāi)始系統(tǒng)深入研究排水瀝青路面技術(shù)，至今為止在江蘇、江西、四川、湖南、浙江、安徽、云南等多個(gè)省份得到推廣應(yīng)用，目前排水瀝青路面在中國(guó)國(guó)內(nèi)高速公路上的應(yīng)用逐步增多，在新建和養(yǎng)護(hù)工程中均有所涉及。同時(shí)，對(duì)于重載、重交通高速公路，排水瀝青路面也具有可實(shí)施性和可靠性，如2005年建成通車(chē)的江蘇鹽通高速公路排水瀝青路面工程，至今其路用性能依然保持良好。

廣西年平均降水量為1 500～2 700 mm，是中國(guó)降雨量和降雨天數(shù)最多的省份之一，雨天行車(chē)安全性顯得尤為重要。因此，廣西地區(qū)特別適合應(yīng)用排水瀝青路面，它能發(fā)揮其安全性能，帶來(lái)更顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。而廣西南(寧)友(誼關(guān))高速公路作為與江蘇鹽通高速公路同期修筑的排水瀝青路面，其路面性能狀況將進(jìn)一步驗(yàn)證排水瀝青路面在重載交通和廣西多雨環(huán)境下的適應(yīng)性。該文對(duì)廣西南友高速公路排水瀝青路面通車(chē)運(yùn)營(yíng)12年后的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，為排水瀝青路面在廣西地區(qū)的推廣應(yīng)用積累寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。

1 舊路結(jié)構(gòu)形式與配合比設(shè)計(jì)

1.1 路面結(jié)構(gòu)

為提高廣西南友高速公路的安全性能和功能性服務(wù)水平，于2005年路面新建時(shí)期，從日本引入排水瀝青路面技術(shù)，在下行線K51+700～K55+200路段成功鋪筑排水瀝青路面試驗(yàn)段4.5 km。路面結(jié)構(gòu)為4 cm排水瀝青混合料+SBR改性乳化瀝青防水層+5 cmAC20+SBR改性乳化瀝青黏結(jié)防水層+6 cmAC25+SBR改性乳化瀝青稀漿封層+煤油稀釋瀝青透層+58 cm水泥穩(wěn)定碎石。至今為止，廣西南友高速公路排水瀝青路面已通車(chē)運(yùn)營(yíng)近12年，接近瀝青路面設(shè)計(jì)年限。

1.2 原材料

南友高速公路排水瀝青路面修筑時(shí)，其采用的原材料如下：基質(zhì)瀝青為泰普克重交70#瀝青，加入TPS改性劑后動(dòng)力黏度達(dá)到80 314 Pa·s；集料為英安巖，礦粉采用憎水性巖石石灰?guī)r，填料為P.O.32.5級(jí)水泥，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

1.3 排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

采用的排水瀝青混合料級(jí)配和配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果如表1、2所示，其中瀝青含量為5%(TPS為瀝青內(nèi)摻的12%)。

表1 礦料合成級(jí)配

表2 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

2 交通量分析

交通荷載是引起路面疲勞破損的直接原因。隨著交通荷載的不斷增大，路面會(huì)產(chǎn)生裂縫、車(chē)轍等病害，這些病害會(huì)對(duì)排水瀝青路面的空隙產(chǎn)生影響，導(dǎo)致排水路面透水性能下降，影響排水降噪的能力。根據(jù)南友高速公路實(shí)際交通狀況，對(duì)G7 211南友高速公路下行線方向K51+700～K55+200段落(蘇圩-吳圩)近5年交通量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果如表3所示。

表3 南友高速公路蘇圩-吳圩段近5年交通量統(tǒng)計(jì)

由表3可以看出：蘇圩-吳圩段排水瀝青路面與整條高速公路的日平均交通量相差不大，基本成一致的趨勢(shì)，通車(chē)前幾年都成增長(zhǎng)趨勢(shì)，2005—2009年增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢，2010—2014年增幅較大；從2014年開(kāi)始，交通量變化率較小，交通量呈現(xiàn)微減的趨勢(shì)。

3 路用狀況評(píng)價(jià)

3.1 路用狀況技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

根據(jù)南友高速公路路面狀況檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)排水瀝青路面代表性路段(K52+000～K53+000)在2009—2016年期間路面使用性能指數(shù)PQI、路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車(chē)轍深度指數(shù)RDI、路面抗滑性能指數(shù)SRI等公路技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出：路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面使用性能指數(shù)PQI隨時(shí)間基本呈下降趨勢(shì)，但在2015年各指數(shù)都有小幅提高；路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI歷年來(lái)數(shù)據(jù)大小無(wú)波動(dòng)，基本保持一致，表明該路段路面平整度保持不變；路面車(chē)轍深度指數(shù)RDI隨時(shí)間基本呈下降趨勢(shì)，在2015年各路段路面車(chē)轍深度指數(shù)有小幅提高。

圖1 2009—2016年排水瀝青路面路面狀況變化曲線

從整體趨勢(shì)上來(lái)說(shuō)，SRI在2009—2014年基本保持不變，其中在2012年抗滑性能指數(shù)有明顯提高，但2015—2016年各路段抗滑性能指數(shù)下降明顯，總體呈現(xiàn)平穩(wěn)-上升-下降的趨勢(shì)。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因在于：隨著使用年限的增加，排水瀝青路面表面瀝青膜變薄或小面積脫落，部分集料裸露在外界環(huán)境中，路面摩擦系數(shù)有所提高；當(dāng)瀝青路面脫落范圍較大，主料英安巖中摻雜的石灰?guī)r集料大面積裸露時(shí)，又因石灰?guī)r雜料自身抗滑性能不足而導(dǎo)致路面整體抗滑性能迅速衰減。

3.2 排水瀝青路面與密級(jí)配瀝青路面狀況對(duì)比分析

為了與普通密級(jí)配瀝青路面的路面狀況進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)對(duì)比了2009—2016年K52+000～K55+000段排水瀝青路面和K50+000～K51+000、K56+000～K57+000、K57+000～K58+000段普通密級(jí)配路面的各項(xiàng)指數(shù)，結(jié)果如圖2～6所示。

從圖2～6可以看出：在通車(chē)運(yùn)營(yíng)6、7年內(nèi)，廣西南友高速公路排水瀝青路面的路面狀況指標(biāo)基本與傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青路面相同；在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，因未對(duì)排水瀝青路面采取過(guò)任何預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、清孔措施，部分路面狀況指標(biāo)有所下降，但總體下降幅度不明顯；其中，2012年后排水瀝青路面的路面抗滑性能指數(shù)SRI下降較為明顯，上節(jié)已分析出現(xiàn)原因，此處不再贅述。

圖2 2009—2016年路面使用性能指數(shù)PQI統(tǒng)計(jì)柱狀圖

圖3 2009—2016年路面損壞狀況指數(shù)PCI統(tǒng)計(jì)柱狀圖

圖4 2009—2016年路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI統(tǒng)計(jì)柱狀圖

圖5 2009—2016年路面車(chē)轍深度指數(shù)RDI統(tǒng)計(jì)柱狀圖

圖6 2009—2016年路面抗滑性能指數(shù)SRI統(tǒng)計(jì)柱狀圖

4 路面抗滑性能和滲水性能分析

4.1 路面滲水性能

為評(píng)價(jià)廣西南友高速公路排水瀝青路面通車(chē)運(yùn)營(yíng)至今其路面滲水性能變化情況，隨機(jī)抽取代表性路段進(jìn)行路面滲水檢測(cè)。2005年排水瀝青路面施工結(jié)束后路面滲水檢測(cè)平均用時(shí)為5.6 s，滲水系數(shù)為4 285 mL/min。2017年滲水檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

由表4可知：與2005年排水瀝青路面施工結(jié)束抽檢結(jié)果相比，廣西南友高速公路排水瀝青路面在通車(chē)運(yùn)營(yíng)12年后，路面滲水系數(shù)衰減較為嚴(yán)重，路面孔隙已基本堵塞。但是對(duì)比行車(chē)道和停車(chē)道路面滲水結(jié)果，發(fā)現(xiàn)行車(chē)道仍具有一定的滲水能力，其滲水系數(shù)明顯優(yōu)于停車(chē)道。因施工管制原因，該次未對(duì)超車(chē)道進(jìn)行路面滲水檢測(cè)，但根據(jù)超車(chē)道路面孔隙堵塞情況，結(jié)合排水瀝青路面工程經(jīng)驗(yàn)，超車(chē)道路面滲水情況也明顯優(yōu)于停車(chē)道。

表4 通車(chē)運(yùn)營(yíng)12年后排水瀝青路面滲水試驗(yàn)結(jié)果

出現(xiàn)上述原因可能在于：① 車(chē)輛在排水瀝青路面高速行駛時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的輪胎與路面接觸時(shí)會(huì)快速擠壓路面而形成真空泵吸的現(xiàn)象，將路面內(nèi)部灰塵、泥砂等堵塞雜物排除出體內(nèi)，起到路面自清洗的效果；② 廣西區(qū)內(nèi)降雨量較大，對(duì)處于橫坡高位的超車(chē)道和行車(chē)道沖刷效果相對(duì)較為明顯。

4.2 路面抗滑性能

在該次調(diào)研過(guò)程中，采用擺值指標(biāo)對(duì)路面的抗滑性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。擺值通過(guò)BM-Ⅲ型擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定。2005年排水瀝青路面施工結(jié)束后路面抗滑檢測(cè)平均值為54 BPN。2017年抗滑檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表5 通車(chē)運(yùn)營(yíng)12年后排水瀝青路面抗滑性能檢測(cè)結(jié)果

由表5可知：與2005年排水瀝青路面施工結(jié)束抽檢結(jié)果相比，廣西南友高速公路排水瀝青路面在通車(chē)運(yùn)營(yíng)12年后，除部分路段路面抗滑不合格外，總體抗滑值仍保持良好的合格率。說(shuō)明在排水瀝青路面通車(chē)運(yùn)營(yíng)后期，路面抗滑性能仍可以保持良好狀態(tài)，耐久性功能可以經(jīng)受路面使用年限的考驗(yàn)。而局部路段存在抗滑不足的現(xiàn)象，原因在于：① 隨著通車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，在輪胎摩擦、瀝青疲勞老化以及水損害導(dǎo)致的水分置換瀝青反應(yīng)等因素作用下，路面集料表面裹附的瀝青膜發(fā)生脫落現(xiàn)象；② 英安巖集料中摻加了石灰?guī)r雜石。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)廣西南友高速公路排水瀝青路面長(zhǎng)期性能調(diào)查與評(píng)價(jià)研究，得到如下結(jié)論：

(1)在通車(chē)運(yùn)營(yíng)12年后，廣西南友高速公路排水瀝青路面的路面狀況指數(shù)和路面抗滑效果依然保持良好狀態(tài)，說(shuō)明排水瀝青路面的耐久性可以滿足重載交通和多雨地區(qū)的外界環(huán)境考驗(yàn)。

(2)排水瀝青路面施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制粗集料等原材料品性，避免出現(xiàn)摻雜抗滑性、抗壓性不足的石灰?guī)r等集料，以提高排水瀝青路面的長(zhǎng)期耐久性能。

(3)廣西南友高速公路排水瀝青路面自2005年通車(chē)運(yùn)營(yíng)至今，未曾進(jìn)行過(guò)路面清孔養(yǎng)護(hù)，但至今路面超車(chē)道和行車(chē)道仍存在滲水能力。說(shuō)明排水瀝青路面具備空隙自清洗功能，在廣西或其他南方多雨地區(qū)，一般無(wú)需特意進(jìn)行排水瀝青路面清孔養(yǎng)護(hù)。

(4)對(duì)于沒(méi)有車(chē)輛行駛的排水瀝青路面停車(chē)道，因缺少空隙自清洗功能導(dǎo)致路面堵塞較為嚴(yán)重，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)滲水檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)進(jìn)行路面空隙堵塞恢復(fù)。