雙層排水瀝青路面實踐與創新應用研究

曹興松，楊曉強，段寶東，劉世雄

（1重慶對外建設（集團）有限公司，重慶401112；2北京科路泰交通技術有限公司，北京100088；3江蘇交通控股集團有限公司，南京210002）

雙層排水瀝青路面實踐與創新應用研究

曹興松1，楊曉強2，段寶東3，劉世雄1

（1重慶對外建設（集團）有限公司，重慶401112；2北京科路泰交通技術有限公司，北京100088；3江蘇交通控股集團有限公司，南京210002）

我國首次在遂資高速公路修筑了雙層排水瀝青路面的工程試驗觀測路。工程領域開展了與環境行為學的理論研究與驗證。項目從關鍵原材料控制、噪聲、剎車安全性能和施工工藝等環節的研究，解決了雙排水瀝青路面的結構穩定性，以及雙層攤鋪施工工藝的層間粘結控制標準，提出了高粘度改性瀝青和粗集料控制關鍵指標，得到了降噪瀝青路面的檢測和評價方法，以及雙層排水瀝青路面安全指數的剎車檢測和評價方法，獲得了雙層排水瀝青路面的設計參數和施工的控制技術標準。

雙層排水；瀝青路面；高速公路；環境行為學

引言

雙層排水瀝青路面結構在降噪、抗滑、排水、抗凍及功能耐久性等方面具有較大的優勢。遂資高速公路通過雙層排水瀝青路面工程應用及創新研究，得出了“冷+熱”和“熱+熱”的層間處理技術，提出了雙層排水瀝青路面的工程降噪性能測試方法，探索了雙層排水瀝青路面的車輛剎車性能評價方法。

雙層排水瀝青路面的結構即將成為我國當前道路安全、舒適功能革新的最佳路面形式。2015年國家從戰略角度的考慮，提出了“海綿”道路的科技推廣。

項目通過沿海高速公路排水瀝青路面10年觀測成果基礎上，四川遂資高速雙層排水瀝青路面采用18cm水穩穩定底基層與1.5%水泥劑量的墊層，逐層連續雙層連續攤鋪成型工藝；36cm卵碎石水穩穩定基層采用逐層連續雙層連續攤鋪成型工藝，底基層與基層之間采用1∶1水泥漿，灑布量控制在1.5± 0.2kg/m2（水泥計），6cmAC-20C下面層設計目標空隙率為3.5%，滲水系數不大于100mL；雙層排水瀝青路面結構設計為0.3～0.4kg/m2（瀝青計）改性乳化瀝青下面層表層防水粘結層+ 6.5cmPAC-16中面層+0.1～0.15kg/m2（瀝青計）改性乳化瀝青黏層+3.5cmPAC-10表面層。遂資高速公路雙層排水瀝青路面首次提出0.1～0.15kg/m2（瀝青計）改性乳化瀝青超前預養護層設計理念，并成功運用了透水標線新結構設計[1]。

1 原材料

（1）瀝青

瀝青采用廈門華特SBS改性瀝青為基礎瀝青，各項指標符合設計要求。

（2）高粘度添加劑

采用DHVA高粘添加劑，各項技術指標滿足指南要求，其檢測情況見表1。

表1 DHVA高粘度添加劑檢測結果

（3）高粘度改性瀝青

目標配合比設計采用施工單位提供的廈門華特SBS改性瀝青，摻加8%DHVA高粘度添加劑制作排水瀝青路面專用的高粘度改性瀝青，其各項技術指標滿足指南要求，具體檢測情況見表2[2]。

（4）粗集料

表2 高粘度改性瀝青檢測結果

PAC-16中面層粗集料：采用四川省簡陽市玉豐料廠生產的卵碎石粗集料4.75～9.5mm、9.5～16.0mm、16.0～19.0mm，其中軟弱顆粒含量和1各破碎面顆粒含量不符合設計要求。PAC-10上面層粗集料為四川省峨眉山市龍坤石業生產的玄武巖4.75～9.5mm，所檢指標均符合設計要求。

（5）細集料

細集料采用四川省峨眉山市龍坤石業生產的0～2.36mm玄武巖機制砂，所檢指標符合設計要求。

（6）礦粉

礦粉采用重慶市銅梁石灰巖碎石自制加工的礦粉，所檢參數符合設計要求。

（7）纖維

纖維采用北京科路泰交通技術有限公司生產的聚酯纖維，在PAC-10上面層中按照混合料總量0.1%進行添加，纖維相對密度為1.018。

2 雙層排水瀝青路面施工工藝研究

項目組開展了“冷+熱”層間粘結工藝及參數研究，主要采用不同灑布量的改性SBS乳化瀝青和不灑布改性乳化瀝青。根據研究結果表明，當下層排水瀝青路面隨著瀝青油膜厚度的增加彎拉強度增加，最大破壞彎拉應變有輕微衰減趨勢。排水瀝青路面自身整體抗彎拉與抗層間拉應力滿足設計和實際荷載要求。最佳灑布量為0.10～0.15 kg/m2（以瀝青計）。

室內試驗研究了雙層排水瀝青路面不同層間狀況變化對層間結合的影響。為此，分為以下幾個環節開展試驗：（1）模擬不同成型工藝在室內制備試驗試件。本次試驗采用成型車轍試件的輪碾成型機，通過調節厚度，分別采取一次攤鋪、一次成型碾壓（熱+熱）和兩次、分層成型碾壓（冷+熱）模擬現場施工工藝，其中對分層成型碾壓（冷+熱）又進行在表面變化粘層灑布用量的模擬試驗。（2）設計抗剪試驗的模擬方法。為測試層間結合強度，考慮到我國工地實驗室設備資源的豐富性，引入水泥抗折強度試驗機進行對層間結合面的模擬剪切試驗，試件尺寸為40mm×40mm×160mm棱柱體，采取垂直切割、在雙層結合面剪切試驗和平行于結合面切割進行試驗兩種方式；試驗前，對制備的試件進行恒溫養生（5℃）不少于4h，加載速度為50N/S。（3）力學模型。兩種試驗的加載圖示見圖1，試驗①相當于對層間結合面的剪切測試，試驗②為兩層整體抗彎拉強度的測試。試驗后，根據采集的極限荷載和試件撓度，計算層間最大彎拉強度、最大破壞彎拉應變，作為破壞斷面強度和抗變形能力的表征見圖2和圖3。

圖1雙層層間結合面剪切試驗方法

圖2雙層層間結合面剪切試驗結果對比（力學模型采用如圖②加載）

圖3雙層層間結合面剪切試驗結果對比（力學模型采用如圖①加載）

層間灑布乳化瀝青可以顯著增強兩層之間的結合，提升路面承載能力。但雙層排水瀝青路面又希望層間實現暢通的透水，因此，灑布乳化瀝青對界面間透水功能的影響情況非常關鍵。為此，針對雙層排水瀝青路面層間粘結工藝對透水能力的影響開展了深入的研究，測試成果見表3。

表3 雙層排水路面不同層間結合方案對透水性影響對比試驗

3 道路功能特性

（1）噪聲

行車噪音主要由輪胎與路面間空氣的抽空與壓縮產生，排水瀝青路面具有的多孔結構為高速行駛輪胎引起空氣的抽、壓提供了聯通的消散渠道，與常規的表面層相比，排水瀝青面層具有吸收、降低輪胎滾動噪音的作用[3]。因此，排水瀝青路面也被稱為“低噪音路面”。

排水路面施工完成后，進行了現場噪聲測試。測試車輛采用了別克商務車，噪聲測量使用定點測試方法，使用SL-401型噪聲計，距路面高度1.0m左右，位于路肩外，測試車輛在中央車道行駛。為剔除車輛發動機噪音的影響，車輛達到測試速度后，以空擋滑行方式通過測試點，同時駕駛員觀察速度指示表，記錄車輛行駛速度。噪聲采用A計權網絡，分別測量最大值與考慮時間計權的等效值。本項目通過三種結構測試噪音結果見表4。

表4 遂資高速公路三種路面結構噪音測試結果表

（2）剎車性能

雙層排水瀝青路面具有較強的輪胎對路面的附著能力，大多數通過路面表面的摩擦系數表征，排水瀝青路面通過擺式摩擦系數儀是無法正確且準確評價出來。與常規密級配的區別在攤鋪前期后一年左右是無法檢測出來它們之間的差別。

通過研究車輛實際在道路上的剎車距離，這一指標探索排水瀝青對道路行駛的汽車的安全指數。本項目采用別克GL8商務車，在測試速度定速巡航行駛、至測試起點急剎（一腳踩到底，重復4次），測試時普通路面（SMA）表面濕滑，但尚未形成水流，排水路面表面略潮濕、無水膜。條件為同方向、同坡度、同天氣狀態進行測試分析，數據見表5和表6，性能趨勢圖見圖4-圖5。

表6 遂資高速公路兩種路面結構晴天剎車測試結果表

圖4 排水瀝青路面與SMA路面雨天剎車距離測試趨勢

圖5 排水瀝青路面與SMA路面晴天剎車距離測試趨勢

排水瀝青路面在晴天按照不超速的110km控制行車，在緊急急剎狀態下，與抗滑性能較高的SMA道路可縮短10m。與雨天的排水瀝青路面性能相當。通過測試表明排水瀝青路面不光在雨天具有道“主動安全”性能，而且晴天的安全性能也大幅度提高。

4 結論

遂資高速公路雙層排水瀝青路面試驗段經過3年運營的工程觀測，各項指標無衰減現象。本文通過在室內改變成型方式模擬雙層攤鋪的“冷+熱”和“熱+熱”施工工藝，對抗彎拉試驗、雙層混合料整體抗彎拉應變試驗等進行了深入研究。雙層排水瀝青路面與密集配和雙層排水瀝青路面降噪效果明顯。適合城市降噪要求高的路段、旅游道路和鄰近的野生動植物保護區道路。雙層排水瀝青路面具有大幅度縮短緊急剎車距離的特性，提升道路的主動安全功能。

[1]卜小娟，賀強，楊曉強.排水性瀝青路面施工技術及質量檢測[J].江西建材，2015（8）：171-172.

[2]賀強，卜小娟，楊曉強.排水性瀝青混合料配合比設計及調整[J].江西建材，2015（8）：170-172.

[3]劉世雄，楊曉強，曹興松.排水瀝青路面罩面工程的應用研究[J].重慶建筑，2016（1）：45-48.

責任編輯：孫蘇，李紅

Application Study on Practice and Innovation of Asphalt Pavement Surface with Bi-layer Drainage

An observation road of asphalt pavement surface with bi-layer drainage is constructed in China for the first time.The theoretical study and verification of environment-behavior studies are conducted in engineering field.The project studies from key raw materials control,noises,brake safety performance and construction technologies,solving the structural stability of asphalt pavement surface with bi-layer drainage and the layer cohesion control standard of bi-layer pavement construction techniques.This paper presents key indicators of high cohesion asphalt and coarse aggregates control,the testing and evaluation methods for denoising asphalt pavement surface are obtained,and the brake testing and evaluation methods for safety indexes of asphalt pavement surface with bi-layer drainage as well.The design parameters of asphalt pavement surface with bi-layer drainage and technological standard of control construction are also obtained.

bi-layer drainage;asphalt pavement;expressway;environment-behavior studies

U416.223

：A

：1671-9107（2016）11-0033-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.11.033

2016-07-19

曹興松(1972-)，男，重慶人，博士，教授級高級工程師，主要從事公路橋梁隧道的科研開發等工作。