PAC-13排水路面在南方多雨地區(qū)高速公路“零坡段”的應(yīng)用

沈安琪

(保利長大工程有限公司，廣州 510620 )

0 引言

相關(guān)研究表明，排水路面通過瀝青路面內(nèi)部的空隙排除路面表面雨水，降低路面表面水膜厚度，提高車輛的安全通行能力，近年來得到了廣泛應(yīng)用[1]。隨著排水路面的廣泛應(yīng)用，由于配合比設(shè)計(jì)和施工工藝不合理引起的排水路面病害問題頻發(fā)。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，病害特點(diǎn)多表現(xiàn)為排水路面表面松散、掉粒以及排水能力不足，進(jìn)一步分析可知，排水路面瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時空隙率和油膜厚度設(shè)計(jì)不合理，施工過程中“過壓”和“欠壓”問題引起了排水路面的耐久性不足。

針對上述問題，冷濱濱[2]研究了高粘瀝青PAC-13透水瀝青混合料的性能，發(fā)現(xiàn)PAC-13高粘瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、滲水和抗凍性能；金少春[3]結(jié)合泉州市柯石排洪渠生態(tài)綠廊工程(桂嶼公園)工程實(shí)例，從多方面對PAC-13瀝青路面施工質(zhì)量進(jìn)行了介紹，明確了PAC-13瀝青路面施工參數(shù)和配合比設(shè)計(jì)要求；李闖民[4]等研究了不同瀝青結(jié)合料的PAC-13混合料性能，建議高粘瀝青的油石比為4.9%～5.3%，水泥用量為2%，纖維用量為0.3%。此外，2006年廣州濱江大道等初步進(jìn)行了排水路面的應(yīng)用，2008年浦東機(jī)場北通道全高架采用了排水路面結(jié)構(gòu)，2010年寧波環(huán)城南路鋪筑了排水路面結(jié)構(gòu)，對于排水路面的施工和耐久性問題進(jìn)行了探索，但這些工程應(yīng)用并未總結(jié)出一套合理的排水路面施工工藝，尤其是在排水路面碾壓工藝方面尚缺乏行業(yè)共識[5-9]。綜上所述，現(xiàn)有研究集中在PAC-13排水路面的工程應(yīng)用方面且多應(yīng)用于市政道路和城市道路，未見在南方多雨地區(qū)高速公路“零坡段”的應(yīng)用研究。

本文通過試驗(yàn)路測試和室內(nèi)試驗(yàn)的路用性能結(jié)果，提出了南方多雨地區(qū)高速公路“零坡段”PAC-13排水路面的合理配合比及其碾壓工藝，可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 PAC-13排水路面合理配合比及碾壓工藝方案

1.1 方案設(shè)計(jì)

1.1.1 配合比

為確定PAC-13瀝青混合料的合理配合比，調(diào)整各礦料比例設(shè)計(jì)了3組不同粗細(xì)的級配，其中關(guān)鍵篩孔2.36mm的通過率分別為15.5%、17.3%和19.2%，各檔篩孔的通過率見表1。

表1 PAC-13級配各篩孔通過率

1.1.2 碾壓工藝

為確定排水路面的合理碾壓工藝，設(shè)計(jì)了4種碾壓方案，根據(jù)路用性能評價(jià)指標(biāo)分析不同碾壓工藝對排水路面路用性能的影響(表2)。

表2 PAC-13試驗(yàn)段碾壓工藝方案

1.2 評價(jià)指標(biāo)

采用空隙率、動穩(wěn)定度、馬歇爾穩(wěn)定度、滲水系數(shù)和浸水飛散損失試驗(yàn)室內(nèi)評價(jià)配合比設(shè)計(jì)的合理性，采用動穩(wěn)定度、擺式摩擦儀值、滲水系數(shù)、浸水飛散損失和標(biāo)準(zhǔn)差現(xiàn)場評價(jià)試驗(yàn)路碾壓工藝，評價(jià)指標(biāo)見表3。

表3 PAC-13合理配合比和碾壓工藝評價(jià)指標(biāo)

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

礦料：集料采用貴港市高速礦業(yè)有限公司產(chǎn)的11～15mm、6～11mm碎石和0～3mm機(jī)制砂。

瀝青：采用殼牌新粵(佛山)瀝青有限公司的高粘改性瀝青，其檢測結(jié)果見表4。

表4 改性瀝青試驗(yàn)指標(biāo)

填料：采用茂名電白區(qū)黃嶺下平山聯(lián)發(fā)石場有限公司生產(chǎn)的礦粉。

纖維：采用南京瑞華公路工程材料有限公司生產(chǎn)的木質(zhì)素纖維，摻量為0.1%，密度為0.950。

2.2 級配曲線的選定

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，當(dāng)瀝青混合料的油膜厚度為14μm時，排水路面的瀝青混合料具有較好的路用性能。本文根據(jù)擬定的A、B、C三種級配進(jìn)行計(jì)算，得到初試的油石比(表5)。

表5 PAC-13級配初試參數(shù)

按照上述油石比成型馬歇爾試件并進(jìn)行析漏試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 PAC-13初試級配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述結(jié)果可知，級配A、B和C成型的試件，其析漏試驗(yàn)均滿足<0.8的要求。在期望瀝青混合料油膜厚度為14μm，隨著2.36mm通過率的增加，油石比逐漸增加，空隙率逐漸減小。根據(jù)已有研究，當(dāng)瀝青混合料空隙率過大時，其耐久性難以保證;當(dāng)瀝青混合料空隙率過小時，排水能力將明顯下降;瀝青混合料19.5%空隙率時，瀝青混合料的排水性能和耐久性能得到較好平衡，因此，配合比設(shè)計(jì)期望空隙率為19.5%，最終選定的級配曲線如圖1所示。

圖1 PAC-13配合比設(shè)計(jì)級配曲線

2.3 性能試驗(yàn)

根據(jù)選定的級配曲線B和5.3%的油石比，按照表3所示內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 PAC-13瀝青混合料性能檢驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可知，按照5.3%的油石比和級配B進(jìn)行設(shè)計(jì)，則PAC-13瀝青混合料具有良好的路用性能，且空隙率處于期望值附近，可進(jìn)行工程應(yīng)用。

3 不同碾壓工藝的路面性能

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 高溫性能

根據(jù)表3所列的相關(guān)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排水路面高溫性能試驗(yàn)測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同碾壓工藝的排水路面高溫性能

3.1.2 安全性能

根據(jù)表3所列的相關(guān)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排水路面安全性能試驗(yàn)測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同碾壓工藝的排水路面安全性能

3.1.3 排水性能

根據(jù)表3所列的相關(guān)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行路面排水性能試驗(yàn)測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同碾壓工藝的排水路面排水性能

3.1.4 水穩(wěn)定性能

根據(jù)表3所列的相關(guān)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行路面水穩(wěn)定性試驗(yàn)測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同碾壓工藝的路面水穩(wěn)定性能

3.1.5 行車舒適性能

根據(jù)表3所列的相關(guān)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行路面平整度試驗(yàn)測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同碾壓工藝的路面平整度試驗(yàn)結(jié)果

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對圖2～圖6試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知，碾壓工藝對于排水路面的高溫、安全、排水、水穩(wěn)定和行車舒適性的路用性能均可產(chǎn)生一定的影響。對不同的路用性能進(jìn)行分析可知，高溫性能方面：工藝四較工藝一提高了16%，工藝三較工藝一提高了11.7%；安全性能方面：工藝一較工藝四提高了8.8%，工藝三較工藝四提高了4.4%；排水性能方面：工藝一較工藝四提高了47.3%，工藝三較工藝四提高了37.8%；水穩(wěn)定性能方面：工藝四較工藝一提高了29%，工藝三較工藝一提高了14%；行車舒適性能方面：工藝三較工藝一提高了8%。

可見，碾壓工藝對PAC-13瀝青路面高溫、安全和行車舒適性能影響較小，但對其水穩(wěn)定性能和排水性能影響較大。究其原因在于，不同的碾壓工藝對空隙率會造成較大影響，隨著碾壓次數(shù)的增加，碾壓溫度的升高，PAC-13瀝青路面的空隙率降低，從而影響了排水性能和水穩(wěn)定性能。

排水路面應(yīng)具有良好的排水性能、高溫性能、行車舒適性能、安全性能和水穩(wěn)定性能。但根據(jù)上述分析結(jié)果，難以找到同時滿足以上條件的工藝。經(jīng)綜合考慮排水路面的各方面性能協(xié)調(diào)，認(rèn)為應(yīng)用工藝三的排水路面各方面的性能均可取得較好效果。為此，推薦工藝三為排水路面合理的碾壓方案。

4 工程應(yīng)用

4.1 工程概況

開陽高速公路改擴(kuò)建工程起于K3157+345.25，終于K3282+345，擴(kuò)建完成后雙向八車道，設(shè)計(jì)行車速度120km/h。為提高行車安全性能，對個別超高緩和曲線段，存在縱坡較小，路拱橫坡為零的橫坡漸變段，匯水流速較慢，運(yùn)營通車期間極易發(fā)生積水，因此，在該路段設(shè)計(jì)應(yīng)用PAC-13排水瀝青路面。

4.2 工程驗(yàn)證

2020年6月，在開陽高速公路K3196+220～K3196+420右幅施工了PAC-13排水路面，路段長度200m，寬度19.14m，壓實(shí)厚度4cm，松鋪系數(shù)1.25，碾壓工藝采用工藝三。施工完成后，對路面進(jìn)行測試和室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 開陽高速公路改擴(kuò)建工程“零坡段”PAC-13排水路面試驗(yàn)結(jié)果

通車8個月后再次對其進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表9。

表9 開陽高速公路改擴(kuò)建工程“零坡段”通車8個月后PAC-13排水路面試驗(yàn)結(jié)果

分析表7和表8可知，PAC-13各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，且經(jīng)過8個月開放交通后，路面表面無掉粒和松散現(xiàn)象，具有良好的排水性能和抗滑性能，取得了良好的工程應(yīng)用效果(圖7)。

圖7 PAC-13路面通行效果

5 結(jié)論

本文通過試驗(yàn)段測試、室內(nèi)試驗(yàn)和工程驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

(1)PAC-13油膜厚度相同時，隨著關(guān)鍵篩孔2.36mm通過率的增加，油石比逐漸增加，空隙率逐漸減小。

(2)碾壓工藝對于排水路面的排水性能、高溫性能、行車舒適性能、安全性能和水穩(wěn)定性能均能產(chǎn)生一定的影響。

(3)經(jīng)對比分析4種碾壓工藝試驗(yàn)路的路用性能，推薦13t雙鋼輪壓路機(jī)緊跟靜壓4遍(初壓)+溫度低于70℃時30t膠輪壓路機(jī)1臺2遍(復(fù)壓)+13t雙鋼輪壓路機(jī)1臺靜壓1遍(終壓)為排水路面合理的碾壓工藝，經(jīng)開陽高速公路改擴(kuò)建工程驗(yàn)證，PAC-13排水路面試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)經(jīng)開陽高速公路“零坡段”工程驗(yàn)證，PAC-13排水路面可較好地解決“零坡段”積水問題，確保高速公路的通行安全。