排水路面在沿海地區(qū)高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

韋 毅

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530007;2.高等級公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)、材料及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心,廣西 南寧 530007;3.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530007)

0 引言

廣西沿海地區(qū)為廣西年降雨量最多區(qū)域,在氣候上偏向熱帶海洋季風(fēng)氣候,年平均降雨量往往≥2 000 mm,尤其在夏季頻繁出現(xiàn)日降雨量≥50 mm的暴雨天氣。通過運(yùn)營單位反映,雙向八車道等寬幅路面的“零坡段”路段位置,強(qiáng)降雨后常出現(xiàn)因排水不暢造成路面積水的情況。車輛在行駛至該路段時(shí),路面積水水膜厚度大,使汽車輪胎與路面接觸面積小,車輛剎車距離大大增加或急速減速時(shí)車輛打滑,高速行駛車輛水漂大,嚴(yán)重影響后車行駛視線從而造成交通事故發(fā)生。排水瀝青路面具有空隙率大、行車噪聲小、高溫穩(wěn)定性好等特點(diǎn),可大大減少強(qiáng)降雨后路面出現(xiàn)積水從而導(dǎo)致交通事故頻發(fā)的情況。本文依托沿海某高速公路,通過對零坡路段實(shí)施專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)工程,銑刨舊瀝青上面層重鋪排水瀝青面層工程實(shí)例,對養(yǎng)護(hù)工程路面結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì),對PAC-13排水瀝青混合料配合比進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì),闡述施工過程中與新建路面不同的施工質(zhì)量控制要點(diǎn),通過連續(xù)兩年路面技術(shù)狀況檢測評估養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施后的效果,為解決寬幅路面排水不暢造成的行駛隱患、全面提高運(yùn)營路段安全性能及服務(wù)水平提供借鑒。

1 路面方案設(shè)計(jì)

1.1 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

廣西沿海地區(qū)某高速公路當(dāng)前為雙向八車道,單向行車道寬度達(dá)15 m,屬于寬幅路面,設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km。項(xiàng)目建成通車運(yùn)營后,部分路段存在排水不暢、雨天事故多發(fā)的情況。為消除雨天路面積水、增加行駛安全性,該項(xiàng)目對雨天排水不暢路面積水、事故多發(fā)路段應(yīng)用大空隙排水瀝青路面,以解決因路面易積水引發(fā)的行車隱患問題,全面提升該運(yùn)營路段的安全性能和服務(wù)水平。路面結(jié)構(gòu)組合如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)組合表

1.2 邊部排水設(shè)計(jì)

PAC-13排水路面工程實(shí)施范圍內(nèi),超高段將利用縫隙式集水溝切割開槽方式進(jìn)行排水,路拱橫坡路段則采用切割邊溝開槽的方式進(jìn)行排水,均為每間隔1 m開一處排水槽,開槽尺寸為寬10 cm、深6 cm。開槽槽底應(yīng)低于銑刨后舊路中面層頂面。槽底有一定橫坡,集水溝側(cè)稍低,以保證雨水順利排至集水溝內(nèi)。

2 排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

2.1.1 SBS改性瀝青

SBS改性瀝青性能見表2。

表2 SBS(Ⅰ-D)改性瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果表

由表2可知,所用瀝青均符合設(shè)計(jì)文件技術(shù)要求。

2.1.2 添加劑

所用添加劑為高黏劑和聚酯纖維。高黏劑摻量為SBS改性瀝青質(zhì)量的8.7%,聚酯纖維摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.1%。具體使用方法為:將一定質(zhì)量的高黏劑、聚酯纖維和集料一起加入拌和鍋中,拌和90 s后,再加入SBS改性瀝青拌和90 s,最后加入礦粉拌和90 s,即制備得到PAC-13排水瀝青混合料。

2.1.3 礦料

礦料吸水率及密度試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 礦料吸水率、密度試驗(yàn)結(jié)果表

2.2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 礦料級配設(shè)計(jì)

根據(jù)礦料的篩分結(jié)果,調(diào)試兩組不同的PAC-13礦料級配以確定目標(biāo)配合比。按油石比4.8%制作馬歇爾試件,測定VV、VFA和VMA等指標(biāo),在符合設(shè)計(jì)要求條件下根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定礦料級配,測試結(jié)果見表4。試件成型過程中馬歇爾試件擊實(shí)次數(shù)為50次,集料的烘料溫度為185 ℃,瀝青的加熱溫度為165 ℃,瀝青混合料的拌和溫度為180 ℃,擊實(shí)成型溫度控制在170 ℃～175 ℃。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),選擇合成級配一作為初擬礦料級配并進(jìn)行后續(xù)驗(yàn)證,如表5所示。

表4 兩組礦料級配的設(shè)計(jì)組成結(jié)果表

表5 初擬級配的體積分析結(jié)果表

2.2.2 油石比確定

通過析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)確定油石比。根據(jù)圖1的謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)結(jié)果,PAC-13 的最大油石比OACmax=4.80%;根據(jù)圖2的肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果,PAC-13 的最小油石比OACmin=4.72%。根據(jù)《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》 (JTG/T 3350-03-2020)[1],PAC-13的最佳油石比為最大油石比4.8%,其馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖1 析漏損失與油石比關(guān)系曲線圖

圖2 飛散損失與油石比關(guān)系曲線圖

表6 4.8%油石比下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

由表6可知,設(shè)計(jì)的排水瀝青混合料PAC-13的馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求。

2.3 性能驗(yàn)證

2.3.1 水穩(wěn)定性

對所設(shè)計(jì)的排水瀝青混合料PAC-13進(jìn)行殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融試驗(yàn),分別以殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比評價(jià)其水穩(wěn)定性能[2],見下頁表7～8。

表7 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果表

由表7、表8可知,設(shè)計(jì)的排水瀝青混合料PAC-13的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求。

表8 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表

2.3.2 高溫穩(wěn)定性

對所設(shè)計(jì)的排水瀝青混合料PAC-13進(jìn)行車轍試驗(yàn)。根據(jù)表9試驗(yàn)結(jié)果可知,所設(shè)計(jì)的排水瀝青混合料PAC-13的動(dòng)穩(wěn)定度符合其技術(shù)要求。

表9 車轍試驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和混合料的各項(xiàng)技術(shù)要求,表明本次所設(shè)計(jì)的排水瀝青混合料PAC-13的各性能指標(biāo)均符合其技術(shù)要求,可作為排水瀝青混合料PAC-13生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。

3 施工工藝質(zhì)量控制要點(diǎn)

對在運(yùn)營中的高速公路進(jìn)行銑刨重鋪排水瀝青路面,施工中除按照新建高速公路施工要點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制外,還需對舊路銑刨、防水粘結(jié)層施工,攤鋪碾壓等工藝提出更高的質(zhì)量控制要求。

3.1 銑刨

采用精銑刨對原路瀝青上面層進(jìn)行處理,尤其應(yīng)注意對銑刨深度的控制;為保證路面橫向排水通暢,還應(yīng)注意對銑刨面橫坡的控制,可適當(dāng)增加橫坡。應(yīng)防止出現(xiàn)局部銑刨過深造成下雨積水點(diǎn)情況的出現(xiàn)。

3.2 防水粘結(jié)層施工

防水粘結(jié)層采用SBS改性熱瀝青作為膠結(jié)料,并撒布一定量的碎石或預(yù)裹附瀝青碎石,粘結(jié)層瀝青撒布量宜控制在1.5±0.2 kg/m2,碎石規(guī)格為5～10 mm,碎石應(yīng)采用輝綠巖[3],進(jìn)行拌和樓滾筒除塵,含泥量≤3%。在保證施工不粘輪的情況下,建議碎石撒布量采用下限值。

3.3 拌和

拌和過程要嚴(yán)格控制SBS改性瀝青和集料的加熱溫度以及SBS改性瀝青混合料的出廠溫度[1]。PAC-13混合料拌和時(shí)間根據(jù)具體情況確定,以瀝青均勻裹覆集料為準(zhǔn)。間歇式拌和機(jī)每盤的生產(chǎn)周期為65～75 s,其中干拌時(shí)間為20 s,濕拌時(shí)間為45～55 s。施工流程第一步:骨料+聚酯纖維,加熱溫度185 ℃～200 ℃,干拌時(shí)間為20 s;第二步:摻入SBS改性瀝青+高黏添加劑,瀝青溫度≥160 ℃、拌和10～20 s;第三步:摻入礦粉,拌和35 s。

3.4 運(yùn)輸

運(yùn)輸車應(yīng)全部用篷布覆蓋,用以防止運(yùn)輸途中瀝青混合料降溫過快、遭受雨水和其他污染等。出料后,后場技術(shù)員對每輛運(yùn)輸車的瀝青混合料出廠溫度進(jìn)行檢測,合格后方可運(yùn)輸出場。到達(dá)施工現(xiàn)場后,技術(shù)員對每輛運(yùn)輸車的瀝青混合料到場溫度再次進(jìn)行檢測?；旌狭系綀鰷囟冗^低會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場碾壓溫度不夠,平整度下降、成型后的路面空隙率過大。

3.5 攤鋪

采用1臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行全幅攤鋪,避免出現(xiàn)施工縱縫及確保攤鋪橫坡;保持?jǐn)備仚C(jī)連續(xù)且穩(wěn)定運(yùn)行,是提高路面平整度的重要手段。攤鋪機(jī)不得隨意變換速度或中途停頓,攤鋪速度應(yīng)與拌和樓產(chǎn)能相匹配,宜控制在1.5～4.0 m/min。

3.6 碾壓

初壓采用2臺(tái)鋼輪壓路機(jī)靜壓1～2遍,復(fù)壓采用2臺(tái)鋼輪壓路機(jī)同進(jìn)同退組合碾壓3～4遍,終壓采用膠輪壓路機(jī)1～2遍,最后緊跟1臺(tái)鋼輪壓路機(jī)碾壓1遍收光。應(yīng)注意碾壓遍數(shù)的控制,過壓會(huì)導(dǎo)致空隙率過小,從而影響滲水性能。

4 檢測結(jié)果及后續(xù)跟蹤監(jiān)測

4.1 工程檢測結(jié)果

對銑刨重鋪排水路面路段進(jìn)行工程質(zhì)量檢測,結(jié)果匯總?cè)绫?0所示。

表10 排水路面工程檢測結(jié)果匯總表

4.2 跟蹤監(jiān)測結(jié)果對比分析

采用多功能檢測車,施工后連續(xù)兩年對實(shí)施路段進(jìn)行路面技術(shù)狀況檢測,對比分析試驗(yàn)路段的總體性能及耐久性。檢測結(jié)果如后頁表11所示。

表11 試驗(yàn)路段施工后路面技術(shù)狀況檢測結(jié)果表

由表11檢測結(jié)果可知,PAC-13排水路面經(jīng)過2年的使用,各路段兩年的PQI評分均在90分以上,說明路面具有優(yōu)良的使用性能。從各路段PQI評分結(jié)果看,2022年P(guān)QI與2021年P(guān)QI差值分別為0.31、1.69,兩年評分結(jié)果十分接近,表明2022年P(guān)AC-13路面使用性能總體與2021年保持在同一水平。各路段PCI、RQI、RDI、PBI等分項(xiàng)指標(biāo)評分與2021年檢測基本相同,SRI為檢測結(jié)果中相對差別較大的指標(biāo),其中G75下行3車道K2030+800～K2031+900路段的2022年SRI評分為86.93,較2021年的91.30下降了4.37,評分等級由“優(yōu)”下降為“良”;G75下行3車道K2052+200～K2053+400路段的2022年SRI評分為87.29,較2021年的90.00下降了2.71,評分等級由“優(yōu)”下降為“良”,表明此路段抗滑性能有一定程度的下降。

5 結(jié)語

經(jīng)過本文研究認(rèn)為,排水瀝青混合料在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)通過適當(dāng)提高路面高溫穩(wěn)定性,注重舊路銑刨及防水粘結(jié)層施工工藝質(zhì)量等技術(shù)要求,路面經(jīng)過兩年使用后仍具有良好的路面技術(shù)狀況。通過排水瀝青路面大空隙率的特點(diǎn),能有效解決多雨地區(qū)寬幅路面“零坡段”雨天路面積水,行駛車輛易打滑發(fā)生交通事故的問題,為后續(xù)類似養(yǎng)護(hù)工程的建設(shè)實(shí)施及排水瀝青路面的技術(shù)推廣提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。