HET抗滑耐久薄層在廣連高速公路的應(yīng)用

謝光寧，許新權(quán)，周 勇，包聰靈，吳土福

(1.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司，廣東 廣州，510550；2.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420)

0 引言

在高溫多雨、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及交通量大的環(huán)境下，為了給駕乘人員提供更加安全、快速、舒適的行車條件，客觀上要求路表磨耗層抗滑、抗裂、抗車轍、降噪且耐久[1]。目前，廣東省主要采用4～5cm具有地域性級(jí)配的GAC型瀝青混凝土作為抗滑磨耗層，但偏厚的抗滑磨耗層設(shè)計(jì)與目漸匱乏的優(yōu)質(zhì)石料供給存在越來越大的矛盾，特別是部分橋面鋪裝層為了遷就相鄰路基段瀝青中上面層而造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于保守，不僅加大了橋梁的自身重量，限制了后續(xù)路面養(yǎng)護(hù)方案的選擇，而且增加了不必要的工程建設(shè)成本，造成資源浪費(fèi)。

為了研究性價(jià)比較高的薄層技術(shù)，李睿[2]進(jìn)行了薄層AC-5瀝青混合料設(shè)計(jì)方法研究；林益恭[3]等研究了熱拌瀝青薄層的適用條件及材料設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的要點(diǎn)；陳沃浩[4]探索了瀝青薄層在舊水泥混凝土橋面鋪裝的應(yīng)用效果；王錢興[5]等發(fā)現(xiàn)UTAC薄層技術(shù)可明顯改善路面性能，面對(duì)多種不同類型不同應(yīng)用效果的薄層技術(shù)[6-9]；吳傳海[10]等有針對(duì)性地研發(fā)了HET系列抗滑耐久薄層，HET(High Performance and Economical Thin Layer Techonology)是一種依據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)定制的科學(xué)、高效、節(jié)約型鋪面新技術(shù)，在廣東省多個(gè)新建項(xiàng)目和養(yǎng)護(hù)工程中得到了推廣應(yīng)用,但進(jìn)一步推廣應(yīng)用還需更多的理論研究和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[11]。

本文以廣州從化至清遠(yuǎn)連州高速公路(本文簡(jiǎn)稱廣連高速公路)為依托，設(shè)計(jì)了HET抗滑耐久薄層結(jié)構(gòu)，并結(jié)合廣連高速公路的地材對(duì)HET新建高速公路抗滑耐久薄層混合料的密級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后在室內(nèi)驗(yàn)證該混合料高溫抗車轍性能、抗水損害性能及抗裂性能，最后在工程實(shí)踐中進(jìn)行了應(yīng)用，可為今后同類工程中HET抗滑耐久薄層的使用提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)參考。

1 抗滑耐久薄層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

廣連高速公路起于廣州市從化區(qū)鰲頭鎮(zhèn)五豐村，接在建的佛清從高速公路北段，向北經(jīng)廣州從化區(qū)、清遠(yuǎn)清城區(qū)、佛岡縣、英德市、陽山縣、連州市，終于清遠(yuǎn)連州市大路邊鎮(zhèn)鳳頭嶺(粵湘界)，順接湖南省衡臨高速公路，與其南延線及機(jī)場(chǎng)二通道一起，形成京港澳高速公路復(fù)線和廣州往北的快速通道，對(duì)促進(jìn)“廣清一體化”和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。該項(xiàng)目全長(zhǎng)231.7km，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，其中起點(diǎn)至大灣互通以南設(shè)計(jì)速度120km/h，路基寬度34.5m；大灣互通至終點(diǎn)設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬度33.5m。

廣連高速公路區(qū)域地貌按成因大致可分為沖洪積地貌、構(gòu)造侵蝕丘陵地貌等兩個(gè)地貌單元，屬中緯度亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候。本項(xiàng)目所處范圍降雨量大,地下水和地表水發(fā)育豐富，根據(jù)計(jì)算15年內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)大型客車及貨車交通量為 20×106輛，依照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)對(duì)于交通等級(jí)的分類，此交通量屬于特重交通，要求路面結(jié)構(gòu)具有較好的抗滑能力、抗水損害能力。

為解決傳統(tǒng)的抗滑磨耗層抗滑耐久性不足及優(yōu)質(zhì)集料匱乏等突出問題，依托廣連高速公路YK122+280～YK123+914路段(表1)鋪筑長(zhǎng)度1 634m的HET抗滑耐久薄層。

表1 HET抗滑耐久薄層鋪筑路段

經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，HET抗滑耐久薄層優(yōu)化設(shè)計(jì)前后路面結(jié)構(gòu)見表2，其中YK122+280～+300、YK123+894～+914中面層分別由5.5cm過渡至6.0cmAC-20C ，上面層分別由4.5cm過渡至3.0cmHET抗滑耐久薄層，如圖1所示。

表2 HET抗滑耐久薄層優(yōu)化設(shè)計(jì)前后路面結(jié)構(gòu)

圖1 HET抗滑耐久薄層過渡段

2 原材料試驗(yàn)

2.1 瀝青

HET抗滑耐久薄層混合料采用廣東華路交通科技有限公司特制的HET專用瀝青，該瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 HET抗滑耐久薄層專用瀝青技術(shù)要求

(續(xù)表3)

由表3試驗(yàn)結(jié)果可知，該瀝青黏韌性、60℃動(dòng)力粘度、彈性恢復(fù)、135℃運(yùn)動(dòng)粘度分別為25N·m、43萬Pa·s、96%、2.00Pa·s，上述4項(xiàng)指標(biāo)的性能較優(yōu)，能解決普通高粘彈改性瀝青性能不佳、施工和易性差等通病，是HET抗滑耐久薄層在特重交通條件下仍能保持足夠的高溫穩(wěn)定性、耐疲勞性能的重要基礎(chǔ)。

2.2 粗集料

HET抗滑耐久薄層混合料所用粗集料要求粘附性能和耐磨耗性能良好，可優(yōu)先采用反擊破加工成型玄武巖、輝綠巖或品質(zhì)良好的閃長(zhǎng)巖集料。本項(xiàng)目采用廣東省河源市紫金縣芙蓉石場(chǎng)生產(chǎn)的5～10mm輝綠巖碎石和3～5mm輝綠巖碎石進(jìn)行試驗(yàn)分析，其試驗(yàn)結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)要求(表4)。

表4 HET抗滑耐久薄層粗集料技術(shù)要求及試驗(yàn)結(jié)果

2.3 細(xì)集料

HET抗滑耐久薄層混合料所用細(xì)集料要求采用機(jī)制砂，且是100%破碎加工而成，應(yīng)潔凈無雜質(zhì)，滿足0～3mm規(guī)格。本項(xiàng)目采用沿線大灣自加工石場(chǎng)的石灰?guī)r機(jī)制砂進(jìn)行試驗(yàn)分析，其試驗(yàn)結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)要求(表5)。

表5 HET抗滑耐久薄層細(xì)集料技術(shù)要求及試驗(yàn)結(jié)果

2.4 填料

HET抗滑耐久薄層混合料的填料宜采用干燥、潔凈的石灰?guī)r等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉。本項(xiàng)目填料采用沿線大灣自加工石場(chǎng)的石灰?guī)r憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉進(jìn)行試驗(yàn)分析，其試驗(yàn)結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)要求(表6)。

表6 HET抗滑耐久薄層填料技術(shù)要求及試驗(yàn)結(jié)果

2.5 纖維穩(wěn)定劑

HET抗滑耐久薄層混合料的穩(wěn)定劑宜采用木質(zhì)纖維素纖維穩(wěn)定劑，摻量為混合料質(zhì)量的 0.2%～0.4%。本項(xiàng)目的穩(wěn)定劑采用深圳一材網(wǎng)工程材料有限公司生產(chǎn)的顆粒木質(zhì)纖維進(jìn)行試驗(yàn)分析，其試驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)要求(表7)。

表7 HET抗滑耐久薄層木質(zhì)素纖維(顆粒)技術(shù)要求及試驗(yàn)結(jié)果

3 配合比設(shè)計(jì)及性能

HET抗滑耐久薄層根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，采用HET專用瀝青、顆粒木質(zhì)纖維、礦粉和三種分別為5～10mm(輝綠巖)、3～5mm(輝綠巖)、0～3mm(石灰?guī)r)規(guī)格的集料作為混合料的原材料，適配選擇甲、乙、丙三組不同的礦料級(jí)配作為初選級(jí)配。拌和溫度為175℃～185℃，擊實(shí)溫度為170℃～180℃，雙面擊實(shí)75次成型。設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮HET瀝青混合料抗水損害、抗疲勞、抗飛散、抗高溫及抗老化等性能，并結(jié)合廣連高速公路的地材對(duì)HET抗滑耐久薄層混合料的級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過控制最佳油石比為6.2%，顆粒木質(zhì)纖維摻量為瀝青混合料總質(zhì)量的0.35%，最終得出了HET-J(A)新建高速公路抗滑耐久薄層混合料合成礦料級(jí)配(表8)。

表8 HET-J(A)抗滑耐久薄層混合料合成礦料級(jí)配

配合比設(shè)計(jì)過程中，通過室內(nèi)馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、抗滑試驗(yàn)、低溫抗裂試驗(yàn)等對(duì)HET-J(A)抗滑耐久薄層混合料的綜合路用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)試，該混合料試驗(yàn)結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)要求(表9)。

表9 HET-J(A)抗滑耐久薄層混合料技術(shù)要求及測(cè)試結(jié)果

(續(xù)表9)

由表9可知：(1)HET-J(A)抗滑耐久薄層混合料的試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)要求；(2)車轍試驗(yàn)60℃動(dòng)穩(wěn)定度的試驗(yàn)結(jié)果為9 546(次/mm)，遠(yuǎn)大于7 000(次/mm)的技術(shù)要求，表明HET-J(A)抗滑耐久薄層的高溫抗車轍能力良好；(3)浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度及浸水凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果均大于90%，遠(yuǎn)大于技術(shù)要求，表明HET-J(A)抗滑耐久薄層混合料具有良好的抗水損害能力；(4)HET-J(A)抗滑耐久薄層混合料低溫彎曲破壞時(shí)最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 625με，滿足技術(shù)要求，表明該混合料具有良好的低溫抗裂性能。

4 工程應(yīng)用及效果

4.1 HET抗滑耐久薄層混合料的生產(chǎn)

HET抗滑耐久薄層采用HET專用瀝青作為膠結(jié)材料，對(duì)混合料的生產(chǎn)具有較高的要求。為保證混合料的質(zhì)量要求，HET專用瀝青加熱溫度為165℃～175℃，集料溫度190℃～200℃。根據(jù)配合比所需不同規(guī)格的碎石采用了4個(gè)冷料倉(cāng)，為了防止裝載機(jī)司機(jī)上料失誤，在上料斗的正面進(jìn)行了醒目的標(biāo)識(shí)，以保證上料的正確性；同時(shí)在相鄰料斗的頂面用鋼板進(jìn)行加高隔離，以防竄料。生產(chǎn)HET瀝青混合料時(shí)，嚴(yán)格按照生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)確定的各檔礦料比例和油石比進(jìn)行瀝青拌和樓生產(chǎn)材料摻量控制，每鍋干拌時(shí)間15s，濕拌時(shí)間45s，每盤生產(chǎn)周期為90s，每鍋混合料中添加的木質(zhì)素纖維由加裝的提醒裝置提醒配合工人添加。工程應(yīng)用中保證了每鍋料的級(jí)配穩(wěn)定，混合料出料溫度在180℃～190℃之間，混合料沒有“花白料”離析、團(tuán)塊、冒青煙的現(xiàn)象，生產(chǎn)較穩(wěn)定，混合料質(zhì)量較好。

4.2 HET抗滑耐久薄層的攤鋪

HET-J(A)抗滑耐久薄層攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中，采用單機(jī)一次全寬攤鋪的作業(yè)方式(圖2)。

圖2 攤鋪HET抗滑表層現(xiàn)場(chǎng)

該工藝的優(yōu)點(diǎn)：(1)單機(jī)攤鋪機(jī)通過增強(qiáng)螺旋二次攪拌效果及螺旋布料器的輸料能力，不但減少了溫度離析，同時(shí)也改善了物理離析，從而避免在攤鋪機(jī)兩側(cè)產(chǎn)生不同程度的橫向離析。(2)單機(jī)一次全寬攤鋪可以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)雙機(jī)在攤鋪接縫處容易產(chǎn)生的縱向細(xì)裂縫，從而有效地改善路面的平整度質(zhì)量。(3)單機(jī)一次全寬攤鋪可以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)雙機(jī)在攤鋪接縫處產(chǎn)生的容易影響HET-J(A)抗滑耐久薄層壓實(shí)度的離析區(qū)。(4)與傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)相比，一次全寬攤鋪使用的攤鋪機(jī)具有施工功率、初始夯實(shí)功率及噸位大等特點(diǎn)，本次采用的一次全寬攤鋪機(jī)攤鋪瀝青混合料后就能使HET-J(A)抗滑耐久薄層初始?jí)簩?shí)度達(dá)到90%以上。

4.3 HET抗滑耐久薄層的碾壓

在HET-J(A)抗滑耐久薄層碾壓過程中，有混合料粘輪時(shí)應(yīng)立即清除。為提高施工質(zhì)量，對(duì)雙鋼輪采用向碾壓輪噴水的方式保持碾壓輪的清潔，杜絕噴水漫流且嚴(yán)格控制噴水量成霧狀，以防混合料降溫過快，碾壓工藝見表10。

表10 HET抗滑耐久薄層采用的碾壓工藝

傳統(tǒng)的路面壓實(shí)質(zhì)量控制存在四個(gè)主要問題:(1)壓路機(jī)操作手的主觀局限性及傳統(tǒng)施工技術(shù)的限制在碾壓過程中影響著路面的壓實(shí)質(zhì)量。(2)路面壓實(shí)質(zhì)量的抽樣試驗(yàn)檢測(cè)隨機(jī)性較大，不能夠全面且客觀地評(píng)價(jià)路面壓實(shí)質(zhì)量。(3)路面壓實(shí)質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí)往往因工期緊、返工成本高而選擇“避重就輕”的模糊處理方式。(4)路面壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)控主要采用人工方式進(jìn)行，造成管理成本虛高及效率低下。

針對(duì)上述問題，HET-J(A)抗滑耐久薄層在施工過程中應(yīng)用路面壓實(shí)質(zhì)量智能控制系統(tǒng)進(jìn)行路面壓實(shí)質(zhì)量控制，通過綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星精確定位、移動(dòng)通信、傳感器、同步顯示等技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)引導(dǎo)多臺(tái)壓路機(jī)進(jìn)行規(guī)范化碾壓作業(yè)。壓路機(jī)操作手、施工員、監(jiān)理分別在顯示器實(shí)時(shí)查看路面碾壓次數(shù)、碾壓溫度、碾壓速度，可有效地避免HET-J(A)抗滑耐久薄層漏壓和超壓，將傳統(tǒng)的事后控制轉(zhuǎn)換為過程控制，將施工后點(diǎn)抽樣轉(zhuǎn)換為全面覆蓋實(shí)時(shí)監(jiān)控，增強(qiáng)了標(biāo)準(zhǔn)化管理，從而改善HET-J(A)抗滑耐久薄層施工的均勻性和全面地提升HET-J(A)抗滑耐久薄層施工質(zhì)量。鋪筑效果如圖3所示。

圖3 HET-J(A)抗滑耐久薄層鋪筑效果

4.4 應(yīng)用效果

HET-J(A)抗滑耐久薄層施工結(jié)束后，對(duì)施工路段進(jìn)行施工質(zhì)量檢測(cè)統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括壓實(shí)度、厚度、滲水系數(shù)、路面平整度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)(表11)。

表11 HET-J(A)抗滑耐久薄層檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明，HET-J(A)抗滑耐久薄層的施工質(zhì)量良好：(1)滲水系數(shù)小于80mL/min及壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果為99.5%，說明HET-J(A)抗滑表層具有較好的密實(shí)性和壓實(shí)度。(2)厚度適中,平整度標(biāo)準(zhǔn)差σ為0.7mm，表征路面具有駕駛舒適的使用特性。(3)摩擦系數(shù)檢測(cè)結(jié)果為76BPN，構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果為1.0mm，均符合相關(guān)技術(shù)要求，說明抗滑性能良好。

為評(píng)價(jià)HET-J(A)抗滑耐久薄層的使用效果，分別于2021年12月28日、2022年3月27日對(duì)HET-J(A)抗滑耐久薄層進(jìn)行了平整度、車轍以及抗滑性能指標(biāo)的檢測(cè)調(diào)查，檢測(cè)結(jié)果如圖4～圖6所示。

圖4 HET-J(A)抗滑表層各車道平整度

圖5 HET-J(A)抗滑表層各車道車轍深度

圖6 HET-J(A)抗滑表層各車道抗滑性能

檢測(cè)結(jié)果表明：(1)工后1個(gè)月，HET-J(A)抗滑耐久薄層各車道IRI值保持一致，為0.76m/km，通車4個(gè)月后，IRI值增至0.80m/km左右，HET-J(A)抗滑耐久薄層路面平整度較好。結(jié)合廣東省內(nèi)新建高速公路GAC路面的平整度數(shù)據(jù)(0.9～1.0m/km)來看，3.0cmHET-J(A)抗滑耐久薄層在減薄上面層厚度后，路面獲得了較優(yōu)的平整度。(2)車轍深度總體發(fā)展較為緩慢，由工后1個(gè)月的1.9mm，至工后4個(gè)月發(fā)展為2.1mm，增幅小于0.5mm；從各車道來看，三個(gè)車道的車轍深度數(shù)據(jù)差異較小，基本保持一致；總體來看，HET-J(A)抗滑耐久薄層高溫穩(wěn)定性較好，無車轍病害。(3)HET-J(A)抗滑耐久薄層工后1個(gè)月時(shí)，各車道SFC平均值為58～59之間，隨著通車時(shí)間的延長(zhǎng)，路表瀝青油膜被磨耗，SFC逐漸增大；通車4個(gè)月時(shí)，各車道SFC值為60～62之間，路面抗滑均勻性較好。

5 結(jié)論

通過HET抗滑耐久薄層在廣連高速公路的應(yīng)用，得到如下主要結(jié)論:

(1)根據(jù)交通量組成及交通量，經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，推薦出適合廣連高速公路的路面結(jié)構(gòu)層厚度，設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)路基段路面結(jié)構(gòu)以及水泥混凝土橋梁輕量化瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

(2)HET瀝青混合料級(jí)配、馬歇爾試驗(yàn)、水穩(wěn)定性、動(dòng)穩(wěn)定度檢測(cè)結(jié)果均符合相關(guān)技術(shù)要求，廣連高速公路的HET瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)合理，油石比控制適宜。

(3)從通車長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月的路用性能跟蹤觀測(cè)結(jié)果看，HET抗滑表層IRI為0.80m/km，平整度保持優(yōu)等級(jí)；車轍RD最大達(dá)2.1mm，認(rèn)為無車轍病害，高溫穩(wěn)定性較好；橫向力SFC系數(shù)保持在60～62之間，抗滑性能好。

廣連高速公路采用3.0cmHET抗滑耐久薄層替代4.5cm的AC-16C，并將10cm橋面瀝青層優(yōu)化為9cm，具有節(jié)約石料、減小橋面恒載、減少二氧化碳的排放、減少車輛運(yùn)輸頻次、節(jié)約施工成本的作用，為營(yíng)運(yùn)期預(yù)防性養(yǎng)護(hù)預(yù)留加鋪1～2cm的空間。該工程應(yīng)用成果可為各類新建公路、改擴(kuò)建公路及城市道路中HET抗滑耐久薄層的應(yīng)用、推廣提供借鑒和參考。

(收稿日期：2022-04-11)

ApplicationofHETAntiSlidingDurableThinLayerinGuanglianExpressway

XIEGuangning,XUXinquan,ZHOUYong,BAOCongling,WUTufu

(1. Guangdong Jiaoke Technology R & D Co., Ltd., Guangzhou 510550，Guangdong， China;2.Guangdong Hualu Transport Technology Co., Ltd., Guangzhou 510420，Guangdong， China)

Abstract:In order to solve the outstanding problems of lacking of slip resistance durability of the traditional slip resistance and abrasion resistance layer and lacking of high-quality aggregate, the HET slip resistance and durability thin layer pavement structure has been optimized based on Guanglian Expressway, and the gradation of the HET slip resistance and durability thin layer mixture has been optimized based on the floor material of Guanglian Expressway. The performance of high temperature rutting resistance, water damage resistance and crack resistance have been verified and the test road has been paved. In the construction process, being based on the full-width paving process and the intelligent control system of pavement compaction quality, the ANTI-skid and durable HET thin layer has the advantages of reducing segregation, improving compaction efficiency and improving pavement quality. The test results after construction have shown that HET has good smoothness, high temperature rut proof performance and slip resistance, and can save 33% high-quality stone, reduce the dead load of bridge deck, reduce carbon dioxide emissions, reduce vehicle transport frequency and save construction cost. The asphalt layer of 10cm bridge deck can be optimized to 9cm.

Keywords:HET; expressway; anti-slip wearinglayer; optimized design