基于試驗(yàn)測試的透水瀝青路面抗滑性能分析

郝新寶，武繼文，劉志勝

（山西路橋朔州國道項(xiàng)目建設(shè)管理有限公司，山西 朔州 036002）

“海綿城市”是指城市能夠像海綿一樣靈活地實(shí)現(xiàn)對雨水的管控和利用，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，是推動(dòng)綠色建筑建設(shè)、低碳城市發(fā)展、智慧城市建設(shè)的新舉措。透水路面能實(shí)現(xiàn)還雨水于土壤、保持水土、減輕城市下水道負(fù)擔(dān)等功能，是實(shí)現(xiàn)“海綿城市”的重要手段。

隨著透水路面的性能優(yōu)點(diǎn)在使用過程中逐漸被發(fā)現(xiàn)，以及透水路面的承載能力、耐久性和空隙疏通等一系列技術(shù)問題取得了一定的進(jìn)展，透水路面的應(yīng)用越來越廣泛。

路面的抗滑性能是影響道路行車安全的重要因素，在美國、英國和希臘等一些國家，路面抗滑性能不足是引發(fā)交通事故的主要原因之一，中國81%的交通事故與路面抗滑能力不足導(dǎo)致車輛制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑有關(guān)，路面抗滑能力不足帶來了嚴(yán)重的交通威脅[1-3]。有研究表明[4-5]，路表抗滑水平提升10%，則交通事故率將下降近13%，如何提高路表抗滑能力，一直是路面安全研究的重要方向。

研究表明[6-7]，透水瀝青路面能夠通過提高路表宏觀構(gòu)造深度，大大增加路面與輪胎之間的接觸面積，進(jìn)而提升抗滑性能。應(yīng)用實(shí)踐也表明，透水瀝青路面無論處于干燥還是潮濕狀態(tài)，中、低速時(shí)的抗滑性能高于傳統(tǒng)密級配瀝青路面，高速時(shí)的抗滑性能更加突出[8-9]。同時(shí)，透水瀝青路面由于其宏觀粗糙度、表面構(gòu)造深度及孔隙率都很大，能大大提高路面的行車安全性，減少路面噴霧和雨水飛濺[10]。

目前，張宜洛等[11]在室內(nèi)車轍板上進(jìn)行構(gòu)造深度和擺式儀試驗(yàn)，結(jié)果表明透水瀝青路面構(gòu)造深度明顯大于其他路面；支學(xué)軍[12]在室內(nèi)模擬交通荷載作用，得到透水瀝青混合料擺值隨累計(jì)交通荷載作用次數(shù)的變化曲線，用以定量評價(jià)其抗滑性能。

本研究通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)，以構(gòu)造深度作為抗滑性能測試指標(biāo)，探究透水瀝青路面的抗滑性能，為透水瀝青路面的應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 瀝青混合料級配

現(xiàn)場試驗(yàn)段透水瀝青路面級配如表1所示，其路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)

表1 透水瀝青路面級配

1.2 路面抗滑性能測試方法

結(jié)合實(shí)體工程特征和抗滑測試設(shè)備的可行性，本文選擇鋪砂法測定透水瀝青路面表面的構(gòu)造深度，用于評定路面表面抗滑性能。

1.2.1 試驗(yàn)所用器具與材料

手工鋪砂法所采用的器具與材料有手工鋪砂儀、量砂、量尺、裝砂容器、毛刷、擋風(fēng)板等[13]。手工鋪砂儀由量砂筒和推平板組成，如圖2所示。

圖2 量砂筒和推平板

1.2.2 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟如下：①量砂準(zhǔn)備，選擇潔凈細(xì)砂，進(jìn)行晾干、過篩，并選取0.15～0.30 mm的砂，放置在適當(dāng)?shù)娜萜髦袀溆?；②用毛刷清掃干凈測點(diǎn)附近的路面，面積一般不小于30 cm×30 cm；③用小鏟向圓筒中注砂至高出量筒成尖頂狀，手提圓筒上部，用鋼尺輕輕叩打圓筒中部3次使砂密實(shí)，然后用鋼尺沿筒口一次刮平；④將砂倒在路面上，用推平板將砂由里向外均勻攤開，使砂填入路表空隙中，盡可能將砂攤成圓形，并不得在表面上留有浮動(dòng)余砂；⑤用鋼尺測量所構(gòu)成圓的2個(gè)垂直方向的直徑，取其平均值，準(zhǔn)確至1 mm；⑥按以上方法，同一處平行測定不少于3次，3個(gè)測點(diǎn)均位于輪跡帶上，測點(diǎn)間距為3～5 m，該處的測定位置以中間測點(diǎn)的位置表示。

1.2.3 構(gòu)造深度計(jì)算

根據(jù)鋪沙法，表面構(gòu)造深度的測試結(jié)果按式（1）計(jì)算：

式（1）中：TD為路面表面構(gòu)造深度，mm；V為砂的體積，為25 cm3；D為攤平平砂的平均直徑，mm。

每一測試位置取3次路面構(gòu)造深度測定結(jié)果的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，精確至0.01 mm。當(dāng)平均值小于0.2 mm時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果以小于0.2 mm表示。

2 室內(nèi)試驗(yàn)測試分析

通過室內(nèi)試驗(yàn)，調(diào)整混合料的級配、瀝青用量及礦粉的比例，從而制作出空隙率為8%～22%的瀝青混凝土車轍板，其大小為30 cm×30 cm×5 cm，總數(shù)量為7塊。在此基礎(chǔ)上，通過鋪沙法分別測量7個(gè)車轍板（對應(yīng)不同的空隙率）的構(gòu)造深度，進(jìn)而可得到構(gòu)造深度與空隙率之間的關(guān)系。將構(gòu)造深度與空隙率的關(guān)系繪制成曲線圖，如圖3所示。

圖3 路表的構(gòu)造深度與混合料的空隙率之間的關(guān)系

從圖3中可以看出，路表的構(gòu)造深度與瀝青混合料的空隙率之間的關(guān)系呈現(xiàn)為良好的二次曲線關(guān)系，并且當(dāng)空隙率小于10%時(shí)，構(gòu)造深度隨著空隙率的增大而減?。欢?dāng)空隙率大于10%時(shí)，路表的構(gòu)造深度隨著空隙率的增加而增大。同時(shí)，當(dāng)空隙率小于16%時(shí)，構(gòu)造深度隨空隙率增加其增長幅度較緩；而當(dāng)空隙率大于16%，構(gòu)造深度增長迅速。因此，對于大空隙的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造深度受空隙率的影響較大。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)測試分析

本文依托工程1、2、3，按照J(rèn)TG 3450—2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》規(guī)范中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測試[13]。從竣工開始，每隔3、4個(gè)月對透水瀝青路面（DAP）和密級配瀝青（AC）路面進(jìn)行一次構(gòu)造深度檢測，共檢測5次，每次測試3個(gè)工程段的瀝青路面，每個(gè)類型瀝青路面各5個(gè)測點(diǎn)。為了增加數(shù)據(jù)可比性，在研究過程中，檢測點(diǎn)固定不變，現(xiàn)場檢測結(jié)果如表2所示。

表2 工程現(xiàn)場路表的構(gòu)造深度和道路通車時(shí)間的關(guān)系

根據(jù)測試結(jié)果，將透水瀝青路面和密級配瀝青路面的構(gòu)造深度和通車時(shí)間繪制成圖，結(jié)果如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場構(gòu)造深度和通車時(shí)間關(guān)系圖

回歸分析表明，透水瀝青路面和密級配瀝青路面的構(gòu)造深度與通車時(shí)間之間的關(guān)系為：

式（2）（3）中：TDDAP、TDAC分別為透水瀝青路面和密級配瀝青路面的構(gòu)造深度，mm；t為通車時(shí)間段。

上述測試結(jié)果表明，透水瀝青路面的構(gòu)造深度明顯大于密級配瀝青路面，在運(yùn)營初期，透水瀝青路面的構(gòu)造深度是密級配瀝青路面構(gòu)造深度的4.4倍，而在通車1年后，二者的關(guān)系增加到5.2倍；按照衰變的速率，在使用2年左右后，透水瀝青路面的構(gòu)造深度會(huì)降至1.2 mm，如果不采取養(yǎng)護(hù)措施，透水瀝青路面空隙將在運(yùn)行5年左右的時(shí)間全部堵塞，造成透水失效。

4 結(jié)語

本研究通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)，以構(gòu)造深度作為抗滑性能測試指標(biāo)，探究透水瀝青路面的抗滑性能，得到如下結(jié)論：①瀝青路面構(gòu)造深度與空隙率之間呈現(xiàn)良好的二次曲線關(guān)系，當(dāng)空隙率小于16%時(shí)，構(gòu)造深度增長幅度較緩；而當(dāng)空隙率超過16%，構(gòu)造深度增長幅度較大。因此，對于大空隙路面結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造深度受空隙率的影響較大。②透水瀝青路面和密級配瀝青路面構(gòu)造深度隨通車時(shí)間均呈現(xiàn)線性變化關(guān)系。在道路使用初期，透水瀝青路面的構(gòu)造深度明顯大于密級配瀝青路面，但使用2年后，透水瀝青路面的構(gòu)造深度會(huì)降至1.2 mm，如果不采取措施，通車5年左右將會(huì)造成透水失效。