黑白復(fù)合排水瀝青路面技術(shù)研究與應(yīng)用

李佳勛

（邢臺路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 邢臺054001）

1 引言

我國高等級路面多采用水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面，隨著我國交通流量和汽車載重的增加，該結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較多的病害，課題組研發(fā)了一種使用壽命較長的黑白復(fù)合排水瀝青路面，并在大量的工程實(shí)踐得到應(yīng)用。

2 黑白復(fù)合排水瀝青路面的定義

多孔生態(tài)混凝土復(fù)合排水瀝青路面是一種黑白復(fù)合排水瀝青路面技術(shù)，其中，“黑”代表瀝青類材料；“白”代表水泥類材料。該結(jié)構(gòu)的主要特征是由多孔生態(tài)混凝土基層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半剛性基層（如水穩(wěn)碎石、二灰碎石）或柔性基層（如瀝青黑碎、級配碎石），主要承受路面荷載，上面鋪筑復(fù)合排水瀝青路面，以提升行車安全性并降低行車噪聲。

3 黑白復(fù)合排水瀝青路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

該結(jié)構(gòu)能有效克服傳統(tǒng)路面結(jié)構(gòu)的不足或缺陷，不僅可以解決公路承載力弱的問題，滿足現(xiàn)代大交通流、超載車等對公路承載力的要求，而且杜絕了道路因水損害及渠化交通帶來的車轍問題，增大了路面的粗糙度，極大地提高了行車安全性，并成倍延長了道路的使用壽命，減少了運(yùn)營期間的養(yǎng)護(hù)工作量和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，比傳統(tǒng)技術(shù)更經(jīng)濟(jì)，可節(jié)省大量投資，并且其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造均符合我國綠色發(fā)展理念，是一種新型的綠色施工技術(shù)。

4 黑白復(fù)合排水瀝青路面的適用范圍

黑白復(fù)合排水瀝青路面可廣泛應(yīng)用于高速公路、重載交通道路及其他等級公路道路，用于城市道路可建造全透水道路，有效緩解城市內(nèi)澇。采用該結(jié)構(gòu)形式時，可根據(jù)氣候條件、水文和地質(zhì)情況建造表層排水、面層排水、基層排水和全透水道路結(jié)構(gòu)。其中，在地質(zhì)條件好的環(huán)境下可建造長壽命透水道路，形成低成本、少維護(hù)的全透水式道路結(jié)構(gòu)[1]。

5 傳統(tǒng)瀝青路面應(yīng)用現(xiàn)狀

5.1 使用年限短

從目前現(xiàn)狀看，能夠真正達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的道路工程很少。3年一小修、5年一大修、8年一重修的情況普遍存在，更有部分道路當(dāng)年修當(dāng)年壞，很難達(dá)到瀝青道路設(shè)計(jì)年限。

5.2 公路病害嚴(yán)重

傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面病害嚴(yán)重，車轍、坑槽、擁包、裂縫、唧漿、推移[2]、橋頭跳車等問題不斷出現(xiàn)，會極大地縮短道路的使用壽命，同時，給行車安全造成隱患。

5.3 養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高

由于道路自身的病害嚴(yán)重，道路養(yǎng)護(hù)部門不得不每年進(jìn)行大量的維修，因?yàn)橘|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的差異，維修費(fèi)用不盡相同。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國每年用于公路維修的資金達(dá)到300多億元，是一個非常驚人的數(shù)字，用此費(fèi)用能新建高速公路300～500km，可新建二級路約1 500 km，這是一項(xiàng)很大的耗費(fèi)。

5.4 行車安全隱患

目前，瀝青道路的行車安全隱患包括：（1）車轍、坑槽、橋頭跳車給安全行駛帶來隱患，駕駛者在行駛中會無意識地躲避坑槽、剎車或繞行；（2）雨天路面車轍會積水或形成水膜，影響行車視野；（3）路面摩擦系數(shù)減小，粗糙度不足，有些路面橫坡大，加上粗糙度不足，遇到雨天尤其是北方冬季冰雨時，車輛容易發(fā)生側(cè)滑、翻車事故、車輛追尾等，給安全行駛帶來極大的隱患。

5.5 材料資源浪費(fèi)

年年維修以及大量的維修、開挖、銑刨等工作，造成材料、燃料、資源的大量浪費(fèi)，且產(chǎn)生的建筑垃圾難以處理。

5.6 生態(tài)環(huán)境破壞

公路建設(shè)過程中對植被產(chǎn)生了破壞，雨水不能直接滲入地下，公路使用過程中的汽車尾氣等有害物質(zhì)直接釋放到空氣中，尤其是城市道路的雨水不能直接滲入地下問題，使城市地下水位持續(xù)下降，形成地下沙漠，增大了城市的運(yùn)轉(zhuǎn)成本，都是公路建設(shè)者需要研究探討的問題。如何做到節(jié)能減排、降噪、補(bǔ)充地下水等要求，使用安全、節(jié)能環(huán)保的道路建設(shè)材料不僅是產(chǎn)品性能上的要求，更是社會發(fā)展必然的要求。

6 黑白復(fù)合排水瀝青路面的結(jié)構(gòu)組成

黑白復(fù)合排水瀝青路面由多孔生態(tài)混凝土基層、應(yīng)力吸收層、排水面層組成。

6.1 多孔生態(tài)混凝土基層

該基層材料是由單一粒徑骨料、水泥、水和改性劑拌制而成，直接攤鋪成型無須碾壓。骨料采用等粒徑石料，不含細(xì)骨料，骨料表面包覆水泥膠漿相互黏結(jié)而形成的多孔骨架-空隙結(jié)構(gòu)，屬于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)孔隙率大于22%，28 d抗壓強(qiáng)度大于15MPa，抗折強(qiáng)度大于1.5 MPa。這種結(jié)構(gòu)靠骨料之間較大的內(nèi)摩阻力和水泥膠漿的黏結(jié)力形成強(qiáng)度,具有較好的抗凍性能和抗疲勞性能。

6.2 應(yīng)力吸收層

路面設(shè)計(jì)厚度參照項(xiàng)目所在地的極端低溫、不同種類下承層的裂縫寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)。試驗(yàn)表明：大應(yīng)力吸收層在低溫下，底口開裂寬度為1 cm，裂縫沿豎向開裂3 cm。故設(shè)計(jì)需依據(jù)下承層低溫開裂最大寬度乘以4，為應(yīng)力吸收層厚度。以保證基層裂縫全部由應(yīng)力吸收層消解。

選擇優(yōu)質(zhì)改性瀝青膠結(jié)料，采用瀝青穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)層的功能在于：（1）在低溫下吸收來自基層的全部裂縫，使所有下承層裂縫不能穿透本結(jié)構(gòu)；（2）高溫穩(wěn)定性，以優(yōu)質(zhì)的膠體，嵌擠的骨架結(jié)構(gòu)提高抵抗車壓變形的能力，彈性模量高，有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

6.3 瀝青排水面層

排水面層的設(shè)計(jì)厚度一般為4～5 cm，孔隙率大于16%。選用優(yōu)質(zhì)改性瀝青膠結(jié)料。排水面層的主要功能是，行車舒適、降低噪聲、阻止表面粗糙度過快衰減、雨雪天降低輪霧、減少側(cè)滑、提高路面的安全性能。要求路面必須具備穩(wěn)定性、抗凍融性、耐水浸性、耐磨性、抗剪性能。

7 路面性能測試

1）行車噪聲測試：該結(jié)構(gòu)噪聲較傳統(tǒng)密級配瀝青混凝土面層降低4～6 dB。

2）雨天水霧測試：該結(jié)構(gòu)水霧明顯少于傳統(tǒng)密級配瀝青混凝土路面，行車視野好。

3）行車視野測試：該結(jié)構(gòu)路面無積水，而傳統(tǒng)密級配混凝土路面積水嚴(yán)重，車道分界線和道路邊界線不清晰。

4）剎車距離測試：實(shí)測顯示有效剎車距離比傳統(tǒng)密級配混凝土路面縮短了10%以上，必將大幅降低交通事故率。

5）承載能力測試：采用標(biāo)準(zhǔn)彎沉車和非標(biāo)單軸28 t車輛對不同路面測試情況為，邢臺市南二環(huán)快速路，其承載單軸28 t時的彎沉值最大為28，單位為0.01 mm，在設(shè)計(jì)彎沉值允許范圍內(nèi)，承載是標(biāo)準(zhǔn)軸載的3倍以上。從測試數(shù)據(jù)看，南二環(huán)可承受五軸車、六軸車的通行，大幅提高道路的承載力。

8 效益分析

8.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過在河北、河南、湖南、安徽、湖北等地推廣應(yīng)用的工程實(shí)踐，采用黑白復(fù)合瀝青路面結(jié)構(gòu)層總厚度較傳統(tǒng)半剛性基層復(fù)合瀝青路面減薄15%以上，特別在高速公路、一級公路和城市主干路等高等級道路中，可省去厚6～10 cm的瀝青混凝土下面層和厚18 cm的半剛性基層，結(jié)構(gòu)層厚度減薄后，節(jié)約了建筑材料，且多孔生態(tài)混凝土承載能力大、施工免碾壓，極大地降低了機(jī)械費(fèi)用和人工費(fèi)用。且該結(jié)構(gòu)使用壽命長，結(jié)構(gòu)病害少，有效降低了后期運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。邢臺市南二環(huán)快速路通車運(yùn)營至今15 a有余，尚未進(jìn)行大中修，路面未出現(xiàn)車轍、擁包、推移等病害，行車舒適。

8.2 社會效益

1）排水路面結(jié)構(gòu)的排水特點(diǎn)和路面粗糙的特性大幅降低了交通事故。日本研究報(bào)道，采用該路面結(jié)構(gòu)后，年事故率降低了85%以上。我國每年交通事故死亡人數(shù)約9萬人，如推廣應(yīng)用排水路面，能大幅降低因交通事故人員傷亡率。除了經(jīng)濟(jì)方面，僅對建設(shè)和諧社會，關(guān)注人的生命來講，其意義將十分深遠(yuǎn)。

2）減少了維護(hù)占道時間，增加了行車暢通時間，將節(jié)省大量燃油，加快運(yùn)輸周轉(zhuǎn)，對于節(jié)能減排、降低流通費(fèi)占商品成本的比例，也有明顯的貢獻(xiàn)。

3）施工速度快，建設(shè)周期短。相對提前通車，充分發(fā)揮了道路的作用，也是對社會效益的貢獻(xiàn)。

4）承載力大，可提高車載重量，降低運(yùn)輸成本，提高運(yùn)輸行業(yè)效益。

5）排水面層具有明顯降噪功能，行車更加舒適，車輛行駛更加平穩(wěn)，為司乘人員改善了工作環(huán)境。

6）在有條件的地方，尤其是山區(qū)公路，使用風(fēng)化石、煤矸石等就地取材填筑路基，直接鋪筑本結(jié)構(gòu)，形成全透水道路，不僅響應(yīng)了保護(hù)環(huán)境的理念，更重要的是利用建設(shè)黑白復(fù)合瀝青路面結(jié)構(gòu)的道路禁止有土參與，使全部土粒用于優(yōu)質(zhì)良田開發(fā)。

綜上所述，黑白復(fù)合瀝青路面結(jié)構(gòu)不僅經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，而且社會效益將十分巨大而深遠(yuǎn)。

9 結(jié)語

交通運(yùn)輸部于2020年發(fā)布JTG/T 3350-03—2020《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》，推廣應(yīng)用排水瀝青路面，而黑白復(fù)合瀝青路面結(jié)構(gòu)作為一種全新的特殊的排水瀝青路面，其計(jì)算理論有待深入研究，但很多實(shí)體工程通車運(yùn)營已超過10 a，表現(xiàn)出了優(yōu)越的路用性能，驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的安全耐久，可為我國建造高等級長壽命道路結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支撐。